Les éclairs sous l'oeil de la caméra

Durant le mois d'août, l'IRM a réalisé une campagne d'observation des éclairs produits par les orages en Belgique. Les éclairs ont été observés à l'aide d'une caméra à haute vitesse d'enregistrement couplée à un instrument de mesure des variations du champ électrique. L'analyse de ces données permettra d'évaluer les performances du système de détection de la foudre de l'IRM.

 

La caméra enregistre 200 images par seconde ce qui permet de distinguer les décharges successives qui peuvent se produire lorsqu'un éclair touche le sol. L'éclair est le plus souvent initié par un traceur descendant qui progresse du nuage vers le sol. Lorsque le traceur atteint le sol, une décharge appelée arc en retour, se produit. Cette décharge n'est rien d'autre qu'un courant électrique de forte intensité et très lumineux qui se propage entre le sol et le nuage d'orage (le cumulonimbus). Cette première décharge peut être suivie de décharges subséquentes. Un même éclair est donc constitué d'un ou plusieurs arcs en retour successifs. Le canal entre le nuage et le sol s'illumine plusieurs fois donnant à l'éclair un caractère scintillant. En raison de la persistance rétinienne, l'oeil humain n'est cependant pas capable de bien distinguer les différents arcs en retour. La vidéo ci-dessous montre au ralenti un éclair constitué de 7 arcs en retour. La séquence dure en réalité 0.76 secondes.

 

Vidéo prise à Denderleeuw le 23/08/2011à 07:30:39 UTC (09:30:39 temps local). La séquence dure en réalité 0.76 secondes.

 

Il existe deux types d'éclairs : les coups de foudre et les intra-nuages. Les coups de foudre sont les éclairs qui touchent le sol tandis que les intra-nuages se produisent dans l'atmosphère au sein du nuage, entre deux nuages ou encore entre un nuage et l'air. Les deux types d'éclairs sont clairement reconnaissables dans le second film ci-dessous. Un coup de foudre constitué d'une seule décharge est d'abord visible sur la gauche de l'image. Ensuite, un spectaculaire éclair intra-nuage se forme et se propage par bonds vers la droite. Le film présente au ralenti une séquence de 0.7 secondes. Il illustre à merveille la complexité du phénomène.

 

Vidéo prise à Denderleeuw le 23/08/2011 à 08:26:54 UTC (10:26:54 temps local).

 

La position exacte de la caméra (A) et la localisation de l'éclair (B) correspondant aux deux films ci-dessus, sont indiquées sur les cartes suivantes. Celles-ci montrent également les précipitations observées par le radar météorologique de l'IRM installé à Wideumont. Ces images montrent que les éclairs ne se produisent pas toujours là où les précipitations sont les plus intenses (zones en rouge).

 

Position de la camera (A) et de l'éclair (B) à 07:30 UTC

 

Position de la camera (A) et de l'éclair (B) à 08:26 UTC

 

Au total, les mesures de 70 éclairs ont pu être récoltées durant trois jours d'orage (22.08, 23.08 et 26.08.2011). Ces observations ne peuvent être réalisées que si l'appareillage de mesure est installé avant l'arrivée de l'orage, ce qui a été possible grâce à la précision des informations fournies par les prévisionnistes de l'IRM. La photo ci-dessous montre l'appareillage nécessaire : (1) la caméra à haute vitesse d'enregistrement, (2) l'instrument pour mesurer le champ électrique, (3) le générateur de courant et (4) l'antenne GPS pour la synchronisation des mesures. Tous ces instruments sont reliés à un ordinateur se trouvant dans la voiture.

 

La modification du champ électrique associée à la décharge électrique fournit des informations complémentaires et notamment la polarité de la décharge (positif/négatif). La figure suivante montre l'évolution du champ électrique (V/m) en fonction du temps pour un éclair constitué de 4 arcs en retour. Les 4 décharges sont les 4 pics négatifs du champ électrique. Les autres pics sont générés par des traceurs ou des intra-nuages qui ont généralement une moindre influence sur le champ électrique.

 

Ce travail a été réalisé en étroite collaboration avec ALDIS (Austrian Lightning Detection and Information System) et grâce au soutien du STCE (Solar-Terrestrial Centre of Excellence - Belspo).
Nos remerciements vont à Christian Vergeiner (Graz University of Technology) pour la réalisation des observations et à Wolfgang Schultz (ALDIS) pour la mise à disposition des instruments.