L’origine de ce phénomène rapporté des milliers de fois vient de trouver une explication très plausible
Le capitaine Haddock en perd son monocle, Tournesol son chapeau, et Milou de´tale. Dans l’album de Tintin Les Sept Boules de cristal, une boule de feu surgit de la cheminée et tournoie dans la pie`ce. Hallucinat ion d’Herge´ ou phe´nome`ne re´el? Voilà des siècles que ce que les scientifiques appellent la «foudre en boule» nourrit les anecdotes, vraisemblables ou fantasmagoriques. Ces dernières années, des expériences en laboratoire et surtout, en 2014, une observation en direct ont permis de faire grandement avancer la compréhension de ce phénomène.
Les descriptions de la foudre en boule sont très nombreuses. Le plus souvent, elles évoquent un nuage sphérique incandescent, de quelques dizaines de centimètres de diamètre, brillant comme une ampoule de 100W, qui flotte et se déplace peu au-dessus du sol. D’aucuns avancent que cette boule peut passer à travers les trous de serrure, voire les fenêtres ou les murs. Sa durée de vie est de l’ordre de quelques secondes, et elle disparaît en silence ou en explosant. Quant à sa dangerosité, les avis divergent.
Certains considèrent ce phénomène comme inoffensif. D’autres, comme Pierre Zweiacker, doutent de cela. Ce physicien, spécialiste de la foudre à l’EPFL, se remémore un cas où il a été sollicité comme expert: «C’était en l’an 2000, à Thonon- les-Bains: un gardien de camping a raconté avoir vu passer une boule de feu à travers le portail électrique, traverser la route voisine, puis une haie, jusqu’à un terrain de football, où un enfant a été retrouvé mort «foudroyé»… L’analyse du trou créé dans la haie a permis de conclure, après étude des feuilles devenues sèches, à la présence d’une source ponctuelle de chaleur extrême.»
Quatrième état de la matière
Depuis le XIXe siècle, les savants tentent d’expliquer ce phénomène; il existerait à ce jour une centaine d’hypothèses. En 1888, Lord Kelvin avance par exemple que la foudre en boule ne serait que le fruit d’une illusion d’optique. Cette idée à traversé les siècles, puisqu’en 2010, des chercheurs de l’Université d’Innsbruck tentent une explication physiologique: lors d’orages, les modifications du champ magnétique environnant causées par certains éclairs impacteraient aussi les personnes situées à proximité, créant dans leur cerveau des sortes de «courts-circuits» neuronaux résultant en des hallucinations lumineuses.
Peu convaincus par cette idée, la majorité des chercheurs pense que le phénomène est bien réel. D’une réaction nucléaire à l’implication de météorites d’antimatière ou la création de micro-trous noirs: tous les ressorts de la physique ont été mis à contribution pour l’expliquer. Mais très vite, un ingrédient a été proposé, devenu depuis incontournable: un plasma.
Souvent appelé «quatrième état de la matière», le plasma est un gaz brûlant de particules chargées, où les noyaux des atomes et les électrons tournant habituellement autour de ceux-ci sont dissociés. Formalisée en 1955 par le Nobel de physique russe Piotr Kapitsa, l’idée qu’un plasma entrait dans la composition de «foudre en boule» a longtemps tenu la route, car il semblait plausible que la fabuleuse énergie transportée par un éclair (500 mégajoules en moyenne) soit capable d’en générer un dans l’air. Mais un détail crochait: sans énergie pour le maintenir, un plasma s’éteint aussitôt. Or un coup de foudre dure moins d’une milliseconde. Comment expliquer la persistance de la foudre en boule pendant des secondes? Dilemme.
Reproduction en laboratoire
En l’an 2000, John Abrahamson, de l’Université de Canterbury, en Nouvelle-Zélande, propose dans la revue Nature une nouvelle théorie: lorsque l’éclair frappe le sol, il vaporise lors d’une réaction chimique violente des nanoparticules de silicium (Si), de monoxyde de silicium (SiO) et de carbure de silicium (SiC), autant d’éléments qui composent la terre et la matière végétale présentes. L’onde de choc les propulse en l’air, ce qui forme un «plasma poussiéreux». Qui ne reste pas inerte, puisque ses composants ont tendance à se recombiner au contact de l’oxygène. Ce processus émet de la lumière, mais s’arrête au bout de quelques secondes, une fois toutes les nanoparticules oxydées. Ne restait alors qu’à tenter de confirmer cette théorie par une expérience.
Plusieurs groupes de physiciens s’y sont attelés. Comme, en 2007, des chercheurs de l’Université de Pernambuco (Brésil): en induisant un arc électrique entre une pointe et une galette de silicium – ce qui reproduit la foudre –, ils sont parvenus à créer des bulles lumineuses de quelques centimètres. Parallèlement, Eli Jerby, à l’Université de Tel-Aviv, procède de même et parvient à générer dans un four à micro-ondes une boule flottante et rougeoyante de quelques centimètres de diamètre.
Création de plasmoïdes
L’affaire se précise encore lorsque James Brian Mitchell, à l’Université de Rennes, propose à Eli Jerby de reproduire son expérience au sein du synchrotron ESRF de Grenoble, un gigantesque instrument qui permet de décrire, à l’aide de rayons X, l’intérieur moléculaire de la matière. «Nous avons ainsi démontré que la boule de feu [générée avec l’installation israélienne] contenait des nanoparticules et qu’il s’agissait bien d’un plasma poussiéreux», explique James B. Mitchell dans La Recherche. Au final, les travaux brésiliens et israéliens s’avèrent riches en enseignements, mais ne permettent pas de conclure le débat sur l’origine de la foudre en boule, tant ces recherches ont été menées dans des conditions précises de laboratoire.
Pendant les années suivantes, les tenants d’autres théories ont dès lors poursuivi leurs expériences. Plusieurs groupes, surtout au Max-Planck Institut de Garching (Allemagne) et à l’US Air Force Academy, ont fait parler d’eux. Ils sont parvenus à produire une boule de plasma brillante en déclenchant une puissante décharge électrique au-dessus d’un électrolyte, soit un liquide apte à conduire un courant, comme l’eau. Des objets globulaires – nommés «plasmoïdes» –, dont la durée de vie variait entre une demi et quelques secondes, comme dans la réalité. Intéressant. Mais à nouveau, souci dans l’explication: la foudre en boule n’apparaît en vrai pas seulement au-dessus d’étendues d’eau.
Coup de chance
C’est en 2012 que la chance donne un coup de pouce à la science: Ping Yuan et ses collègues de l’Université Northwest Normal à Lanzhoun (Chine) s’échinaient à filmer des éclairs naturels pour, aussi, en analyser le spectre électromagnétique à l’aide d’un spectrographe optique, instrument qui permet de détecter quels éléments chimiques composant une source de lumière. Un soir, par pur hasard, ils parviennent à capturer les images d’une boule de foudre: un halo d’environ 5 mètres de diamètre, qui se déplace sur 15 m en 1,64 seconde. Mieux: les données fournies par le spectrographe ont trahi la présence de fer, d’azote, d’oxygène et surtout de silicium.
De quoi prouver définitivement la théorie du «plasma poussiéreux»? Très probablement. Mais des questions demeurent. Par exemple, la boule de foudre observée en Chine était démesurément grande par rapport aux observations habituelles. Et, plus généralement, «comment la boule de foudre reste-t-elle stable? Et pourquoi exploserait-elle, comme cela est parfois rapporté? Cela n’est pas clair», dit Pierre Zweiacker. Et puis, la théorie du plasma poussiéreux n’explique pas encore comment la foudre en boule traverserait murs et fenêtres… En 2012, une étude australienne a apporté des éléments de solution, montrant comment le phénomène peut naître sur une vitre, mais à l’intérieur d’une habitation: il implique, lors d’un orage, l’apport massif de particules chargées (ions) sur la vitre. Assez pour générer, du côté intérieur, un champ électrique susceptible d’exciter les molécules d’air présentes, et créer un plasma flottant. Ce modèle ne figure toutefois pour l’instant que sur papier, laissant encore à la foudre en boule quelques relents mystérieux.
Hergé, lui, devait accorder peut de valeur à ce genre de description quasi hallucinatoire; il a préféré faire surgir sa boule de foudre d’une cheminée.
