Nuages d’orage: rayons gamma

Les secrets entourant les nuages d’orage sont encore nombreux, notamment en ce qui concerne leur capacité à émettre des rayons gamma, une découverte accidentelle faite dans les années 1970. Pour tenter de percer ce mystère, des scientifiques ont suivi la radioactivité des tempêtes tropicales en utilisant un ancien avion de reconnaissance U-2, maintenant réaffecté comme laboratoire scientifique pour la NASA. Le vol a été effectué à une altitude de 20 kilomètres, en survolant des cumulonimbus sur le golfe du Mexique. Les nuages sont révélés être d’immenses sources de « rayons gamma bouillonnants », comme le rapportent les premiers auteurs de deux articles parus dans Nature, Nikolai Ostgaard et Martino Marisaldi de l’université de Bergen en Norvège.

L’un des phénomènes qu’ils ont découverts a été nommé « clair scintillant de rayons gamma » (FGF en anglais, « flickering gamma-ray flash »), qui se caractérise par des émissions de quelques millisecondes. Contrairement à ce que l’on pensait jusqu’à présent, ces rayons gamma n’accompagnent pas l’éclair, mais semblent jouer un rôle dans sa formation. Ce phénomène reste néanmoins mal compris.

Selon le physicien américain Joseph Dwyer de l’université du New Hampshire, « ces recherches peuvent constituer une véritable révolution dans notre compréhension du processus d’électrification des orages et de la foudre. » Il note cependant qu’après « des décennies de mesures in situ, nous n’avons pas réussi à détecter des champs électriques assez puissants pour créer une étincelle capable de déclencher un éclair ». C’est un paradoxe, étant donné que nous observons environ 8,6 millions d’éclairs chaque jour dans le monde.

Des satellites de la NASA, initialement lancés pour détecter des radiations provenant des recoins les plus reculés de l’univers, ont permis de repérer des nuages émettant des rayons gamma, signes distinctifs d’événements cosmiques violents liés, par exemple, à des trous noirs supermassifs. Ces phénomènes, appelés « flashs de rayons gamma terrestres » (TGF), ont souvent été aperçus accompagnant les éclairs. D’autres « émissions gamma » ont été enregistrées, considérées comme des émissions stables, bien que de faible intensité.

De par notre compréhension de la physique de particules, nous savons comment de tels nuages orageux peuvent émettre des rayons gamma. Ces cumulonimbus gigantesques, qui peuvent s’étendre plus de 10 kilomètres de hauteur, sont le site de mouvements extrêmement violents. De légères particules, comme des flocons remontant, et des gouttelettes gelées, plus pesantes, se croisent à grande vitesse. Ces interactions provoquent des frictions et des séparations de charges, libérant des électrons à haute énergie.