Comment attirer et stocker la foudre ?

⬤ Où tombe la foudre ?

Tout d’abord, pour pouvoir stocker la foudre, il faudrait savoir où elle tombe. Le site joint nous montre les impacts de foudre en temps réel en France et en Europe, ils sont détectés grâce à des antennes de la société de météorage qui sont répartis dans tout le pays et qui permettent de suivre le déplacement des orages à l’instant même.

http://www.meteociel.fr/observations-meteo/foudre.php

De plus, la carte ci-dessous est basée sur des données collectées allant de 1995 à 2002, elle montre les zones où la foudre tombe le plus souvent. Plus on va vers le noir, plus il y a d’éclairs et d’orages. Ainsi, on sait approximativement les endroits où la foudre tombe le plus souvent. On sait que l’endroit qui attire le plus les éclairs en Amérique est situé au centre de la Floride, on parle même du « couloir de la foudre ». Chaque année on y compte plus de 25 impacts par kilomètre carré.

Carte montrant les zones d’impact les plus fréquents de la foudre entre 1995 et 2002

Image radar de la carte de la France montrant les impacts d’éclairs le 1 Juillet 2016 à 20h00.
Les points verts sont les capteurs qui permettent de recueillir le nombre d’éclairs sur le territoire

Image radar de la carte de France montrant les impacts d’éclairs le 30 Décembre 2016 à 14h57

Lorsque l’on compare les deux cartes, on observe qu’il y a plus d’éclairs en été qu’en hiver. Cela est dû à la chaleur qui provoque l’augmentation du nombre d’orages en été car les masses d’air bougent plus quand il fait chaud. Cependant, il faut savoir que l’endroit où l’on se trouve est également important. Si l’on se place au niveau mondial, plus on s’éloigne de l’équateur, plus les températures baissent donc moins il y a d’orages. Au niveau des pôles le nombre d’orages et d’éclairs est nul. On sait que la foudre frappe le plus au nord-ouest du Venezuela et à l’extrême est de la République démocratique du Congo. Le docteur Earl Williams du MIT (Institut Technologique du Massachusetts), est une référence mondiale dans l’étude scientifique des éclairs. A partir des données satellite de la Nasa, il a calculé que le bassin du Congo attirait 2 fois plus d’éclairs que la Floride. A certains endroits, on dénombre plus de 150 impacts par m2 par an. Mais ce phénomène régional est encore assez peu analysé. Cela provient du fait que les orages qui produisent la foudre sont engendrés par une instabilité atmosphérique et à une humidité à bas niveau. Les zones équatoriales étant plus chaudes et humides sont donc plus orageuses que les zones polaires.

⬤ Comment attirer la foudre ?

1 - Aujourd’hui, nous maîtrisons une technique pour « faire tomber » la foudre à un endroit précis. Aux USA, dans des lieux à très fort potentiel kéraunique* comme en Floride, des expériences sont réalisées. Ainsi, la technique la plus utilisée est celle qu’utilise le Centre du CEA à Saint-Privat d’Allier où les chercheurs arrivent à faire tomber un éclair à un endroit précis et au moment voulu. Ils utilisent pour cela une fusée qui tracte un fil de cuivre gainé* de Kevlar. Quand la fusée arrive au nuage orageux, l’éclair vaporise le fil de cuivre et une série d’autres décharges se produit. Ils ont observés que la foudre déclenchée artificiellement est du type ascendant, présentant des propriétés semblables à la foudre naturelle. Ces expériences sont complémentaires à celles réalisées par l’EDF avec des éclairs en laboratoire d’une dizaine de mètres de long.

2 - Le paratonnerre qui a été inventé par Benjamin Franklin en 1752. Il est composé d’une tige métallique pointue de 5 à 10 mètres qui est placée en hauteur et qui est connectée à la terre ou à un bassin d’eau par plusieurs éléments mécaniques qui sont capables de conduire l’électricité. La tige créer un champ électrique autour de la pointe et un éclair finira sa course dessus s’il passe à proximité. La tige métallique est l’endroit où va se concentrer l’effet de pointe et ainsi attirer la foudre. Et les conducteurs métalliques sont solidaires à la tige et permettent le cheminement du courant électrique jusqu’à la terre. Il faut savoir qu’un paratonnerre n’attire pas la foudre mais permet de diriger ce phénomène en le faisant tomber dessus. Il fonctionne sur le système suivant : une antenne pointue va attirer la foudre, cette antenne est connectée à des fils conducteurs qui évacuent le courant vers la terre. Le paratonnerre a pour but d’éviter les dégâts et les incendies. S’il fallait récupérer la foudre à l’aide de paratonnerre, il faudrait couvrir le territoire français de plus de 2 milliards de tiges et investir plus de 290 milliards d’euros. Même si avoir des paratonnerres dans son jardin réduirait les coûts d’électricité, cela ne serait pas esthétique.

Illustration d’un paratonnerre de Franklin de 1904, dans le livre « Leçons de Physique »
Edition Vuibert et Nony ; Gillard

3 - Le téramobile, est un dispositif mobile qui délivre des impulsions laser ultra puissantes et ultra brèves mis au point par des chercheurs français et allemands. Il s’agit d’un laser très puissant inventé dans le but d’étudier la foudre. Les scientifiques ont voulu étudier la trajectoire de l’éclair, pour cela ils ont recrée des décharges semblables à la foudre et à l’aide d’un laser émis par le Téramobile, les ont guidées. La puissance des impulsions émise par ce dispositif est instantanée et de 5 térawatts soit une puissance équivalente à environ 1000 centrales nucléaires, sa durée elle est d’environ 10-13 secondes (soit 100 femtosecondes). Compte tenu de cette durée très brève, et à raison de 10 impulsions par seconde, on en déduit que la puissance moyenne émise par le laser n’est que de quelques watts. Ce laser permet d’étudier les propagations d’impulsions laser intenses dans l’atmosphère, de détecter les polluants et de contrôler la foudre. La puissance élevée provoque l’ionisation de l’air qui a un effet délocalisant, ainsi l’impulsion laser est autoguidée. L’ionisation de l’air permet également de canaliser la foudre, car l’impulsion laser en se propageant créer une sorte de filament rectiligne d’air ionisé qui conduit l’électricité. Donc le laser permettrait de déclencher la foudre, de frayer un chemin à l’éclair et l’obliger à se déplacer en ligne droite. Les premières expériences ont été réalisées en laboratoire sur des distances de 3 ou 4 mètres. Il faut savoir que c’est un instrument de recherche unique au monde, la première phase du projet qui durera de 1999 à 2003 aura coûté environ 2.5 millions d’euros. Pour le moment, l’application de ce laser est pour détourner la foudre et pour prévenir les dommages au lieu de récolter l’énergie de la foudre.

Décharge de haute tension sans guidage laser, chemin zigzagant

Décharge de haute tension avec guidage laser, chemin rectiligne

4 - Depuis la fin des années 1980, plusieurs tentatives ont été faîtes pour étudier la possibilité de « récolter l’énergie de la foudre ». L’énergie présente dans la foudre est concentrée dans un petit endroit et est passée pendant une période de temps extrêmement courte. Il a été proposé que l’énergie contenue dans la foudre soit utilisée pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau pour exploiter l’énergie provenant du chauffage rapide de l’eau par la foudre ou d’utiliser un groupe de parafoudres pour exploiter les éclairs directement en les convertissant en chaleur ou en énergie mécanique. Une technologie capable de récolter l’énergie de la foudre devrait être capable de capturer rapidement la puissance élevée impliquée dans un éclair. Cependant, l’énergie de la foudre étant sans cesse en train de changer, la puissance de foudre que les tiges peuvent récolter les rend impraticables car si les tiges sont trop hautes cela endommage le stockage et si elles sont trop basses elles ne peuvent pas fonctionner. De plus, il est difficile de convertir de l’énergie électrique de haute tension en énergie de basse tension qui peut être stockée. En été 2007, une compagnie d’énergie alternative « Alternate Energy Holdings » a testé une méthode pour capturer l’énergie dans les éclairs. Martin A. Uman, le co-directeur du « Lightning Research Laboratory » a dit « l’énergie dans un orage est comparable à celle d’une bombe atomique, essayer de récolter l’énergie de la foudre de la terre est sans espoir ». Il y aurait une autre méthode, celle de récolter directement la charge atmosphérique avant même qu’elle ne se transforme en foudre.

⬤ Comment stocker cette énergie ?

- Il est vrai que, si un jour on arrive à récupérer l’énergie de la foudre il faut une solution pour pouvoir la garder. Cela consisterait à stocker l’énergie pour la restituer plus lentement. Mais il n’y a aucune technologie permettant de stocker 140 kWh en 25 millisecondes. On pourrait penser à des condensateurs mais les charges sous la tension de 100 000 000 Volts typiques d’un éclair les feront claquer. On peut également penser à un anneau supraconducteur, en ce moment, un anneau est en développement et serait capable de stocker 0.14 kWh en 1 seconde. Mais cela ne suffit toujours pas pour récupérer l’énergie d’un éclair.

- L’énergie de la foudre étant très forte et dans un intervalle de temps minimal on pourrait envisager de diviser l’énergie comme un générateur* dans une maison. Mais cela induit qu’il faut pouvoir attirer et conduire l’énergie dans différentes batteries. On pourrait pour permettre la division, faire passer le courant dans des câbles jusqu’à une centrale électrique mais il y a entre autres des problèmes de surtensions.

- Tous les essais réalisés à ce jour avec divers modèles de batteries ce sont soldés par des échecs.

La récupération et le stockage de l’énergie de la foudre restent encore une grande énigme de nos jours.