Un laser pour guider la foudre

1 Été 2021, l’orage gronde au-dessus du massif de l’Alpstein, dans l’est de la Suisse. À la station météorologique du Säntis, le point culminant de la région, Aurélien Houard, de l’École polytechnique, et les chercheurs d’un consortium européen s’apprêtent à concrétiser une idée digne d’un roman de science-fiction : contrôler la foudre en pointant un laser vers le ciel.

2 Cette idée, aussi surprenante soit-elle, ne date pas d’hier. En 1974, Leonard Ball, de la Société américaine d’optique, a envisagé pour la première fois la possibilité de déclencher la foudre et de la diriger à l’aide d’un laser. Les premières tentatives expérimentales sur la foudre naturelle voient le jour dès 2004, sans succès pendant près de vingt ans.

3 Dans sa version la plus simple, un paratonnerre est formé d’une pointe métallique reliée à la terre. Ce dispositif fut imaginé pour la première fois par Benjamin Franklin en 1752, alors persuadé de la nature électrique de la foudre, contre l’avis de nombreux scientifiques de son époque.

4 Il avait pourtant raison. Lors d’un orage, une tension s’établit entre les nuages chargés et le sol. Si cette tension est suffisante (on parle de « tension de claquage »), des colonnes d’air ionisé se forment. Un canal de plasma (cet état de la matière dans lequel les électrons circulent librement) relie alors le sol aux nuages ; un chemin prêt à accueillir une décharge allant jusqu’à 200 000 ampères : la foudre.

5 Au sol, les points en hauteur concentrent les charges, et la tension électrique avec les nuages y est plus élevée, d’où l’intérêt du paratonnerre. Une autre stratégie consisterait à créer artificiellement et de façon contrôlée un plasma dans l’air pour guider un éclair en formation. C’est la piste des lasers de haute puissance.

6 La difficulté est de maintenir une puissance élevée tout en émettant assez d’impulsions laser par seconde pour maintenir en continu le filament de plasma, alors que l’effet d’une impulsion ne dure qu’une milliseconde. Dès que le plasma disparaît, la conductivité de l’air se réduit brutalement. Les expériences antérieures avaient atteint une cadence de 10 impulsions par seconde, ce qui était insuffisant.

Le laser près de la tour de télécommunication du Säntis, en Suisse.

Reconstitution d’un événement. L’éclair suit le laser sur plusieurs dizaines de mètres avant de frapper la tour de télécommunication.

7 Le partenaire allemand du consortium, Trumpf scientific lasers, après trois ans de développement, a réussi à mettre au point le laser adéquat, d’une fréquence de 1 000 coups par seconde. Pointé vers le ciel, ce laser est parvenu à maintenir un filament plasma d’environ 100 mètres de long au-dessus de la tour de télécommunication du Säntis. À l’été 2021, durant le temps de fonctionnement du laser, la tour a été frappée quatre fois par la foudre. Pour chacun de ces événements, les scientifiques ont montré que la décharge avait emprunté la trajectoire tracée par le laser, sur une distance allant jusqu’à 50 mètres.

8 Dans l’idée initiale de Léonard Ball, le laser est théoriquement capable de déclencher artificiellement la décharge des nuages et, ainsi, de protéger davantage les zones vulnérables. Pour le moment, l’équipe n’a pas réussi à mettre en évidence ce phénomène de déclenchement en dehors des conditions contrôlées du laboratoire. On devra, encore un certain temps, se contenter de la simplicité de l’héritage de Benjamin Franklin.