Les éclairs, bien connus pour leur puissance destructrice sur les êtres vivants, les végétaux et les constructions, demeuraient jusqu’à récemment un mystère en ce qui concerne leur origine exacte. Si l’on en comprend la nature, à savoir une décharge électrique intense entre le ciel et le sol ou d’un nuage à un autre, la manière dont cette énergie se libère restait floue.
Une avancée significative vient d’être proposée par une équipe dirigée par Victor Pasko de la Penn State University, qui a publié ses résultats le 28 juillet 2025 dans le Journal of Geophysical Research. L’étude propose un nouveau modèle explicatif pour le déclenchement des éclairs, s’attachant non seulement aux aspects visibles, mais aussi aux phénomènes invisibles associés.
La théorie traditionnelle veut que la foudre apparaisse quand le champ électrique entre deux points excède un certain seuil, appelé champ de claquage. Pourtant, comme le rappelle Sébastien Célestin, professeur de physique à l’Université d’Orléans et coauteur de l’étude : « Le problème, souligne pour Sciences et Avenir Sébastien Célestin, professeur de physique à l’Université d’Orléans et coauteur de l’étude, c’est que les champs électriques à l’intérieur des nuages d’orages ne semblent pas assez intenses pour déclencher des éclairs. La valeur du champ de claquage est de 30 kV/cm dans un air sec homogène. Or, nous avons des éclairs pour des champs bien plus faibles. »
Pour expliquer ce paradoxe, l’étude se penche sur le rôle des électrons dits « runaway ». Un électron, souvent issu du rayonnement cosmique, pénètre dans un nuage d’orage et peut être accéléré par le champ électrique ambiant, même s’il est trop faible pour générer un éclair de manière classique. Ce processus permet à l’électron d’atteindre de très hautes vitesses tout en échappant aux collisions habituelles.
En traversant l’atmosphère, cet électron rapide peut être dévié par les noyaux atomiques, ce qui entraîne la création de photons gamma. Ces photons peuvent ensuite libérer des électrons supplémentaires des molécules d’air par effet photoélectrique, un phénomène décrit par Einstein en 1905. Cette réaction en chaîne aboutit à une avalanche auto-entretenue d’électrons et de photons.
En l’espace de microsecondes, cette cascade transforme l’air localement en un milieu hautement ionisé et conducteur, permettant à l’éclair de se former sans atteindre les valeurs théoriques de champ électrique. L’éclair apparaît alors, accompagné d’une multitude de phénomènes électromagnétiques, bien plus variés qu’un simple flash lumineux et un coup de tonnerre.
« Un éclair, ce n’est pas seulement de la lumière visible. C’est tout un spectre d’émissions, sur une gamme de fréquences et d’énergies qui va de l’onde radio au rayonnement gamma », souligne Sébastien Célestin. Des manifestations longtemps jugées anecdotiques prennent ainsi une place centrale dans la compréhension actuelle de l’orage.
Le modèle explicatif avancé éclaire également des phénomènes rares mais intrigants, comme les flashs gamma terrestres (TGF), détectés depuis les années 1990, et les Narrow Bipolar Events, des émissions radio courtes et intenses. Grâce à ce scénario, il devient possible de relier ces signaux à des processus physiques précis, même là où aucun arc lumineux n’est encore visible.
Les implications de ces découvertes ne concernent pas uniquement la théorie scientifique. Les enjeux touchent aussi la sécurité aérienne, puisque les avions traversent fréquemment ces zones orageuses où se produisent éclairs et TGF. « On essaie de quantifier la dangerosité de ces phénomènes sur l’aviation civile », explique Sébastien Célestin. Les données récentes montrent que les TGF sont bien plus fréquents qu’on ne le pensait, remettant en question les évaluations de risque antérieures.
