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Quid des "sprites" ou "sylphes"

Photo (c) Stephane Vetter

Ces phénomènes électriques de très grande ampleur ont été découverts il y a 27 ans seulement, par hasard en 1990. Photographiés dans certaines conditions depuis le sol ou encore depuis l'espace, ces espèces de décharges électriques géantes conservent une part de mystère. Stéphane Vetter, Photographe de paysages célestes à The World at Night - TWAN, a immortalisé ces phénomènes ce week-end (21-22 janvier 2017) au-dessus d'un orage en Sardaigne... visibles depuis les crêtes vosgiennes ! Appréciez cette photo incroyable à droite !

En 1990, le phénomène a fait une première apparition dans les JT de l'époque. Un phénomène électrique jusqu'ici supposé mais non confirmé a été filmé par hasard l'été précédent, le 6 juillet 1989. Des chercheurs de l'université du Minnesota filmaient le lancement d'une fusée et la caméra a enregistré un orage lointain. Un TLE (Transient Luminous Event ou TLE en anglais) a ensuite été identifié, bien qu'il n'apparaisse que sur deux images du film. En français, on parle de phénomènes lumineux transitoires.

Les TLE étaient évoqués dès les années 1920 par le physicien écossais C. T. R. Wilson, sans preuves à l'appui. Il aura fallu attendre 70 ans et un heureux hasard pour trouver la preuve de l'existence du phénomène électrique.

Les TLE sont des phénomènes de fluorescence optique, provoqués par des décharges électriques au cours d'orages. Ils durent globalement entre moins d'une milliseconde et plus de 2 secondes.

Ces phénomènes sont encore peu connus, de même que leur dangerosité pour les aéronefs, notamment les engins spatiaux. Une hypothèse veut que la navette spatiale américaine Columbia ait été prise dans un de ces éclairs, hypothèse réfutée par l'Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace américaine.

Les noms de "farfadets" et de "jets bleus" sont devenus répandus après la mise en ligne, sur Internet, d'une vidéo réalisée lors d'une campagne de recherche aéroportée destinée à étudier les farfadets, en 1994.

FARFADETS

Les farfadets (sprites, en anglais), également dénommés sylphes rouges, apparaissent par groupes de deux ou trois, lors d'éclairs puissants, dans la mésosphère (haute atmosphère). Leur faible durée (de quelques millisecondes à quelques centaines de millisecondes6) et leur altitude les rendent très difficiles à observer du sol. En forme de méduse de un à cinquante kilomètres de large dont les filaments surmontés d'arcs pendent en direction de la Terre, et se forment entre 80 kilomètres et 145 kilomètres d'altitude, pour descendre vers les 40 kilomètres d'altitude. Ceux qui ont la forme de colonnes verticales sont appelés C-sprites (columniform sprites, en anglais). Certains de ces C-sprites présentent des vrilles pendantes, et portent alors le nom de «farfadets-carottes».

Ces lueurs semblent provoquées par des perturbations ionisantes, se produisant au-dessus d'un nuage d'orage, ou cumulonimbus, et dues à des éclairs positifs de grande taille entre le nuage et la Terre. L'atmosphère réagit alors comme un tube fluorescent, et devient lumineuse, d'une couleur variant entre le rouge-orangé (au sommet) et le bleu verdâtre (à la base). Cette couleur provient du diazote N2 de l'air, qui émet des rayons lumineux de longueurs d'onde différentes suivant la pression (qui diminue avec l'altitude). Leur apparition peut être précédée par celle d'un halo rougeâtre.

Un autre mécanisme proposé pour la formation des farfadets est lié à des avalanches d’électrons relativistes, d’une énergie supérieure à 1 million d'électrons-volts, déclenchées à travers la stratosphère et la mésosphère par les rayonnements cosmiques. Ces faisceaux d’électrons ascendants pourraient interagir avec les molécules de l’air et produire des rayonnements X et gamma secondaires et ionisent la partie supérieure de la ionosphère.

Ils ont été baptisés ainsi par des chercheurs de l'université de l'Alaska, qui entendaient ainsi éviter d'associer à ces phénomènes, alors encore largement inexpliqués, des propriétés physiques erronées. Leur nom fait référence à Ariel, un farfadet (esprit de l'Air) espiègle de La Tempête, de Shakespeare. On en observe des milliers par an. Les farfadets ont, parfois à tort, été tenus pour responsables d'accidents inexpliqués impliquant des véhicules en opération à haute altitude au-dessus des orages.

ELFES

Les elfes (acronyme de Emission of Light and Very low-frequency perturbations from Electromagnetic pulse Sources, ELVES, en anglais14), ou halos, prennent la forme de disques faiblement lumineux ou d'anneaux), et apparaissent lors d'éclairs puissants, à la base de l’ionosphère (à des altitudes de l’ordre de la centaine de kilomètres). Ces lueurs sont en expansion. Leur diamètre atteint 400 km.

Image: Timo Kantola, Ismo Luukkonen/Tähdet ja avaruus

Ces disques semblent provoqués par des impulsions électromagnétiques, résultant d'un orage, qui se propagent dans toutes les directions, formant une sphère, et accélérant des électrons. Lorsque cette sphère atteint une altitude d'environ 100 kilomètres, les molécules de gaz azote de l'atmosphère s'illuminent, à la suite de leur excitation lors de collisions avec les électrons accélérés. La forme de disque observée est due à l'intersection entre cette sphère et cette couche plane de l'atmosphère. Leur faible durée (environ 1 à 5 millisecondes) et leur altitude les rendent difficiles à observer du sol. Ils ont une teinte rouge.

La première observation d'un elfe a lieu lors de la mission STS-41 de la navette spatiale Discovery, lors d'un survol de la Guyane française, le 7 octobre 1990.

JETS BLEUS

Jets bleus
Les jets bleus sont des lueurs bleues montant des nuages orageux vers la stratosphère. Ils diffèrent des farfadets en ce qu'ils se projettent à partir du sommet d'un cumulonimbus, au-dessus d'un orage, généralement sous la forme d'un cône étroit, d'angle voisin de 15°, en direction des niveaux inférieurs de l'ionosphère, à 40 à 50 kilomètres au-dessus de la Terre. De plus, alors que les farfadets ont tendance à être associés à une activité significative des éclairs, les jets bleus ne semblent pas être directement déclenchés par ces derniers. Cependant, ils apparaissent associés avec la grêle, durant les orages. Ils sont aussi plus brillants que les farfadets et, comme leur nom l'indique, de couleur bleue. Celle-ci semble due à un ensemble de raies spectrales d'émission dans le bleu et le proche ultraviolet, attribuées au diazote moléculaire, neutre et ionisé. La vitesse ascensionnelle des jets bleus est de l'ordre de 100 km/s.

Image : Elka Liot & Muscapix Gregory Moulard


Le premier enregistrement date du 21 octobre 1989, sur une vidéo monochrome d'un orage sur l'horizon, prise à partir de la navette spatiale américaine, alors qu'elle survolait l'Australie. Les jets bleus sont beaucoup moins fréquents que les farfadets.

Démarreurs bleus
Les démarreurs bleus sont découverts sur une vidéo enregistrée lors d'un vol nocturne de recherche au voisinage d'orages. Un démarreur bleu est un phénomène lumineux ascendant étroitement apparenté aux jets bleus. Il est plus bref et plus brillant qu'un jet bleu et n'atteint que 20 km d'altitude. Selon le Dr Victor Pasko, professeur associé de génie électrique, les démarreurs bleus semblent être des jets bleus qui ne se forment pas totalement.

Jets géants
Le 14 septembre 2001, des scientifiques de l'observatoire d'Arecibo photographient un jet géant, d'une taille double de celle des jets précédemment observés. Il atteint environ 70 km d'altitude dans l'atmosphère. Il est situé au-dessus d'un orage océanique, et dure moins d'une seconde. Le jet est d'abord observé avec une vitesse ascensionnelle de 50 km/s (180.000 km/h), similaire à celle d'un jet bleu classique, puis il se divise en deux et atteindrait alors 250 km/s (900.000 km/h). Lorsqu'il entre dans l'ionosphère, il se disperse avec un brillant éclat de lumière.

Le 22 juillet 2002, cinq jets géants, de 60 à 70 km de long, sont observés, à partir de Taïwan, au-dessus de la Mer de Chine du Sud. Les jets durent moins d'une seconde, avec des formes comparées par les chercheurs à celles d'arbres et de carottes géants.

Ces phénomènes découverts récemment restent bien évidemment à l'étude.

Credit: Danish National Space Center

- Frédéric Decker, Lameteo.org - Article basé sur l'article Wikipedia "Phénomène lumineux transitoire" - Lundi 23 janvier 2017 -