Alors que nous profitons encore d’une agréable saison sèche, regard éclairé sur les orages à venir, à travers le prisme d’une récente découverte scientifique japonaise…
Des équipes japonaises en effet ont réussi à détecter un signal démontrant que les éclairs produisaient, via à un rayonnement gamma très intense, des éléments radioactifs dans l’air. Il s’agit donc là d’une source radioactive naturelle qui vient d’être identifiée.
Les géophysiciens le savent depuis longtemps : des rayons gamma peuvent être produits à l’occasion d’éclairs. On les désigne par le terme de « Terrestrial Gamma-Ray ». Mais l’identification, dans l’éclair, d’une source radioactive naturelle, est bien nouvelle.
Anatomie d’un éclair
Avant tout, qu'est-ce donc qu'un éclair ? Il s'agit d'un phénomène lumineux naturel accompagné de de tonnerre (décharge sonore) qui se produit lors d'orages.
Afin de comprendre la genèse d'un éclair, il faut savoir que les nuages orageux contiennent énormément de charges électriques, c’est-à-dire que des charges positives se concentrent au sommet du nuage tandis que des charges négatives se concentrent à la base. Ainsi, au sol, sous le cumulonimbus (un nuage très étendu), des charges positives vont remonter vers la surface car attirées par la base du nuage.
L'air sec est un isolant électrique qui voit sa conductivité électrique augmenter lorsque l'humidité locale augmente comme c'est le cas lors d'un temps orageux. Le champ électrique créé par les charges positives au sol et négatives à la base du nuage va attendre une valeur critique qui va rendre un court instant l'air conducteur.
Dès lors, les charges électriques s'échangent à très grande vitesse à travers l'air : c'est l'éclair.
Deux remarques …
Le tonnerre (onde sonore intense) a pour origine le mouvement très bref et très rapide qui se produit dans la matière au passage des charges.
L'air, même humide, est peu conducteur électrique, ce qui explique que les éclairs se produisent là où la distance avec le nuage est la plus courte (en haut d'un tour, au fait d'un arbre, partant d'un paratonnerre, etc...)
De la lumière des éclairs...
Une réaction photo-nucléaire est un processus d'émission de rayonnements (de la même nature que la lumière) émise à l'échelle atomique et qui se produit par apport d'énergie. Celle-ci ne peut se produire que lorsque l'énergie atteint une valeur seuil. Lors de l’absorption de cette énergie, il y a émission d’un ou plusieurs photons (particule de lumière) ce qui entraine la désexcitation du noyau (libération de l'énergie reçue). Ce phénomène explique (en partie) l'émission de la lumière lors d'un éclair.
Par ailleurs, le passage des électrons est si « énergétique » qu'il provoque l'ionisation de la matière et la formation d'un plasma (« soupe » d'électrons et de noyaux atomiques à très haute température) et fortement émettrice.
Enfin, un 3ème élément connu est l'effet Bremstrahlung appelé aussi rayonnement de freinage. Lorsque les électrons passent suffisamment près des noyaux des atomes, ceux-ci modifient leur vitesse et il y a alors une émission de rayons gamma. Ce sont ces rayonnements qui nous intéresse plus particulièrement ici...
Une découverte « révolutionnaire »
Un groupe de physiciens japonais est donc à l’origine de la découverte d’un nouveau phénomène associé aux TGF, Flashs de rayons Gamma Terrestre. Les flashs de rayons gamma désignent la « collision » d’un électron avec les noyaux des atomes dans l’air, l’énergie dégagée par cette collision étant émise sous forme d'un rayon gamma.
Et la nouvelle est d’importance : ces TGF génèrent des réactions nucléaires.
Nous savions que des rayons gamma peuvent provoquer la transformation d'un élément stable en élément instable et donc radioactif, ou encore produire de l'antimatière. Et cette transformation de la matière sous l'effet de rayonnement gamma a déjà été observée dans des accélérateurs de particules. Mais elle ne l’a jamais été in situ, dans la nature, compte tenu de la difficulté protocolaire inhérente à ces mesures. C’est donc là une première.
L’antimatière ainsi produite est comme une forme de « miroir » de la matière, c’est-à-dire que chaque particule élémentaire possède un jumeau quasiment identique. Ils naitraient ensuite des isotopes radioactifs de certains noyaux comme l’azote et l’oxygène.
Teruaki Enoto et ses collègues ont pu observer dans des orages quelques millisecondes de flash gamma. Ils ont donc émis les hypothèses suivantes : les photons créés au cours de l’orage ont heurté des neutrons dans des noyaux (d’azote, par exemple) et les ont éjectés (ce phénomène est très probable car leurs expériences ont montré que les neutrons qui arrivent au sol correspondent avec les flashs gamma qui sont observés dans des nuages orageux) ; ils sont par la suite capturés par d’autres noyaux qui deviennent excités ; la désexcitation de ces noyaux produit une émission de photon gamma.
L’équipe de Teruaki Enoto a ainsi enregistré un signal propre à la production de rayons gamma.
Et démontré que les éclairs sont capables de produire des réactions nucléaires.
Cette découverte permettra-t-elle l’exploitation d’une nouvelle source d’énergie naturelle pour l’Homme ?
Léo MANEIN, Terminale S - LFM
Sources :
https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-antimatiere-4998/
http://www.eea.univ-montp2.fr/IMG/pdf/M2_seminar_opto_et_radiations_-_Copie.pdf
https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/meteorologie-eclair-15208/
https://fr.wikipedia.org/wiki/Réaction_nucléaire
https://www.sciencesetavenir.fr/nature-environnement/electricite-comment-se-cree-un-eclair_37633
https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-antimatiere-4998/
http://www.ca-se-passe-la-haut.fr/2013/09/des-orages-nucleaires.html
