Des ondes ultrasonores domptent les étincelles électriques

Les étincelles électriques sont utilisées pour le soudage, l’alimentation des appareils électroniques, la destruction des germes ou l’allumage du carburant dans certains moteurs de voiture. Malgré leur utilité, elles sont difficiles à contrôler dans un espace ouvert, elles se divisent en branches chaotiques qui ont tendance à se diriger vers les objets métalliques les plus proches.

Une étude récente met en évidence un moyen de transporter l’électricité dans l’air par des ondes ultrasoniques. Le niveau de contrôle des étincelles électriques permet de guider l’étincelle autour d’obstacles, ou de lui faire atteindre des points spécifiques, même dans des matériaux non conducteurs.

« Nous avons observé ce phénomène il y a plus d’un an, puis il nous a fallu des mois pour le contrôler, et encore plus de temps pour trouver une explication », explique le Dr Asier Marzo, de l’université publique de Navarre, chercheur principal de l’étude.

Ce guidage se produit parce que les étincelles chauffent l’air, qui se dilate et perd de sa densité. L’air chaud est alors guidé par les ondes ultrasoniques vers des régions où l’intensité sonore est plus élevée et les étincelles suivantes suivent alors ces régions d’air plus léger en raison de sa tension de claquage plus faible.

« Le contrôle précis des étincelles permet de les utiliser dans une grande variété d’applications, telles que les sciences atmosphériques, les procédures biologiques et l’alimentation sélective des circuits », commente le professeur Ari Salmi de l’université d’Helsinki.

Le plasma électrique peut se former dans l’air, créant un canal ionique qui transfère le courant électrique. Ce courant peut alimenter des appareils électroniques à haute tension, tuer des bactéries, produire des sensations tactiles ou être utilisé pour le soudage. Cependant, la formation de l’étincelle est chaotique et difficile à contrôler. Les impulsions laser peuvent créer des décharges guidées, mais elles nécessitent une puissance élevée qui perturbe et est difficile à contrôler. Nous montrons ici que les champs ultrasoniques peuvent guider les étincelles de plasma, même autour d’obstacles. Les faisceaux ultrasoniques peuvent être dirigés de manière dynamique et en quelques millisecondes, ce qui permet un contrôle précis, non dangereux et rapide des étincelles à haute tension. Ce phénomène peut être utilisé pour des applications dans le domaine de la commutation à haute tension et des traitements au plasma.

Auparavant, les étincelles ne pouvaient être guidées qu’à l’aide de décharges induites par laser, appelées familièrement électrolasers, ce qui nécessitait l’utilisation de lasers dangereux, ainsi qu’une synchronisation précise entre le laser et la décharge électrique. La méthode mise au point utilise des ultrasons plutôt que des lasers, et elle est sans danger pour les yeux et la peau. L’équipement est compact, abordable et peut être utilisé en continu.

« Je suis enthousiasmé par la possibilité d’utiliser de très faibles étincelles pour créer des stimuli tactiles contrôlés dans la main, et peut-être le premier système de braille sans contact », déclare Josu Irisarri, premier auteur de la publication de l’université publique de Navarre.

Légende illustration :Dans cette étude, une étincelle électrique de 4 cm a été guidée autour d’un obstacle à l’aide de champs ultrasoniques. (Crédit : Josu Irisarri)

L’étude a été réalisée en collaboration avec des chercheurs de l’Université publique de Navarre (UPNA), de l’Université d’Helsinki et de l’Université de Waterloo et a été publiée dans la revue Science Advances.

Josu Irisarri, Inigo Ezcurdia, Naroa Iriarte, Marika Sirkka, Dmitry Nikolaev, Joni Mäkinen, Alexander Martinez-Marchese, Denys Iablonskyi, Ari Salmi, Asier Marzo. Electric Plasma Guided with Ultrasonic Fields. Science Advances, 2025. DOI:10.1126/sciadv.adp0686

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