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L'interaction entre la foudre et les sprites : un phénomène mystérieux

Que sont les sprites rouges ? Ce sont des phénomènes électriques particuliers, encore peu connus et peu étudiés, qui sont générés au-dessus d'orages particulièrement intenses. Voici quelques informations.

Sprites rouges et jets bleus pris avec une caméra automatique de l'observatoire international Gemini, à 4 200 mètres sur le Mauna Kea, à Hawaï.
Sprites rouges et jets bleus pris avec une caméra automatique de l'observatoire international Gemini, à 4 200 mètres sur le Mauna Kea, à Hawaï.

Les sprites rouges ou farfadets sont un phénomène électrique atmosphérique, encore peu connu et peu étudié, qui est généré au-dessus d'un énorme nuage d'orage. Ils se produisent dans les couches supérieures de l'atmosphère, jusqu'à 80 km d'altitude, plus précisément au-dessus des nuages orageux, s'associant à l'ionisation de l'air.

Pourquoi est-il si difficile de les observer ?

Ils sont difficiles à observer à l'œil nu en raison de leur durée très courte, de l'ordre d'une fraction de seconde. C'est pourquoi ils ne sont pas facilement observables sans une instrumentation adéquate. Les spectres rouges ont été photographiés plusieurs fois ces dernières années, même si comme déjà expliqué il est vraiment difficile de pouvoir les observer. Et pour cette raison, ils sont considérés comme des phénomènes vraiment rares.

Que sont les sprites rouges ?

Le nom anglais "red sprite" dérive de l'acronyme de "Stratospheric mesospheric Perturbations Resulting of Intense Thunderstorm Electrification". Il s'agit en substance de véritables perturbations qui se développent entre la stratosphère et la mésosphère, alimentées par des éclairs intenses produits par les orages.

Ils se développent dans les étages supérieurs de l'atmosphère qui constituent la mésosphère. Ils se trouvent donc à plusieurs kilomètres au-dessus de nos têtes, entre 50 et 90 km et se produisent au-dessus des cellules orageuses.

Y a-t-il une explication à leur origine ?

Lorsque la foudre frappe le sol (foudre nuage-terre) transférant une charge positive, elle laisse le sommet du nuage chargé négativement. Ensuite, si suffisamment de charges négatives s'accumulent dans ce sommet, une décharge électrique se déclenche dans l'ionosphère au-dessus et donne naissance à un spectre rouge.

Ce phénomène fascinant est de très courte durée, on parle même en millièmes de seconde, environ 10-20 millièmes de seconde soit pratiquement un clin d'œil. Leur couleur est souvent rougeâtre, mais peut prendre des nuances tendant vers le violet et le bleu. Dans ce cas, ils sont appelés "jets bleus". Cela est dû à la forte présence d'azote, dont les molécules excitées deviennent visibles dans ce spectre de couleurs.

Selon l'une des théories les plus accréditées du monde scientifique, les spectres rouges se forment en correspondance avec une violente décharge électrique d'un coup de foudre qui frappe la surface de la terre. Ce sont des bulles d'air ionisé qui sont projetées au-dessus du nuage d'orage jusqu'à environ 80-90 kilomètres, dans la mésosphère, puis redescendent, se déplaçant à un dixième de la vitesse de la lumière.

L'ensemble du processus ne prend que 20 millisecondes. Les spectres rouges sont des plasmas « froids » : ils s'apparentent beaucoup plus à des décharges de tubes fluorescents qu'à des coups de foudre, car le mécanisme qui les déclenche est différent.

Les différentes formes des spectres rouges

Les sprites peuvent prendre trois formes différentes : méduse, colonne ou carotte. Comme déjà expliqué plus haut, il est vraiment très difficile de prendre une telle photo ou même de les voir à l'œil nu car ils peuvent se former à très haute altitude de l'atmosphère et sont souvent recouverts de nuages d'orage.

Pourtant, ces dernières années, des outils sophistiqués ont été développés qui permettent une observation plus précise du phénomène, comme des caméras à très haute vitesse capables de filmer 10 000 images par seconde.