Quand l’éclair frappe à l’envers

Les coups de foudre ascendants sont initiés du sol et remontent vers le ciel. Déclenchées en général au sommet des constructions hautes et effilées, ces décharges représentent un sérieux danger pour les éoliennes. Une étude de l’EPFL décortique les mécanismes de ce phénomène mal connu.

La foudre, colère du ciel ? Pas toujours. Dans certaines circonstances, elle peut également être initiée depuis le sol. Ces décharges ascendantes peuvent facilement être différenciées des descendantes par l’inversion des branches de l’éclair, qui se dirigent vers la couverture nuageuse plutôt que vers la Terre. Phénomène mal connu, il se produit essentiellement en présence de constructions effilées implantées sur les hauteurs. Fasciné, un chercheur du Laboratoire de compatibilité électromagnétique de l’EPFL (EMC) a décidé de l’étudier et d’en faire même le sujet de sa thèse. Les résultats de sa recherche ont récemment été publiés dans le Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics.

«Les coups de foudre ascendants sont observés depuis les années 1930, mais ce n’est que récemment, avec le fort développement des éoliennes, qu’il est devenu un sujet de préoccupations», explique Aleksandr Smorgonskii, doctorant au EMC Lab.

Aussi fortes soient-elles, ces décharges ne posent pas de problème aux antennes de communication ni aux gratte-ciels. Leurs structures métalliques et les paratonnerres dont ils sont équipés conduisent l’électricité du sol au sommet, d’où elle peut s’échapper sans provoquer de dégâts. En revanche, pour les éoliennes, c’est une autre histoire…

Hélices détruites

«Afin d’optimiser leur prise au vent, ces appareils sont le plus souvent installés en montagne, et qui plus est sur les crêtes, relève le chercheur. Or, hauteur de construction et altitude représentent précisément les conditions qui favorisent le déclenchement de coups de foudre ascendants. Si les mâts sont en métal, les pales des hélices sont le point faible. Non seulement elles sont longues et légères, donc fragiles, mais également faites de matières composites non conductrices. Elles se retrouvent donc souvent endommagées si ce n’est détruites par la puissante charge électrique.»

Il s’agit, pour Alexandr Smorgonskii, de décortiquer les mécanismes de déclenchement de ce type de coups de foudre, afin que l’on puisse mieux tenir compte des risques dans la planification de futurs champs d’éoliennes. Pour ce faire, il a analysé les données enregistrées durant une quinzaine d’années sur deux tours, des émetteurs radio situés aux sommets du Gaisberg en Autriche, et du Säntis, en Suisse centrale. Localisé à plus de 2500 mètres d’altitude, ce dernier est réputé pour être le lieu d’Europe le plus souvent frappé par la foudre.

Eclairs autonomes

Parmi les chiffres les plus intéressants, il ressort de l’étude que ces hautes structures peuvent enregistrer, au cours de l’année, jusqu’à cent fois plus de décharges ascendantes que de descendantes. Il apparaît également que la plupart de ces éclairs issus du sol ne sont pas liés à une activité orageuse préalable. Grâce au système Euclid, qui répertorie tous les coups de foudre en Europe, le chercheur a pu vérifier si une décharge descendante avait eu lieu dans un rayon de 50 kilomètres et moins d’une seconde avant le déclenchement ascendant. Cela s’est révélé être le cas dans seulement 15% des cas. Plus de 80% des coups de foudre ascendants sont donc générés de manière autonome.

«Les conditions météorologiques, notamment la température et sa distribution dans l’air, apparaissent également comme une donnée importante dans le déclenchement de ces coups de foudre», ajoute le doctorant. Pour déterminer l’exacte nature des risques, les données géographiques et climatologiques particulières à chaque site devraient donc également être minutieusement étudiées.