Des lasers et de la foudre : déjouer Thor avec la technologie

La plupart d'entre nous ne passent pas beaucoup de temps à penser à la foudre. De temps en temps, nous entendons des nouvelles miraculeuses sur l'homme qui vient de survivre à son quatrième coup de foudre, mais à part cet éclair, il ne joue probablement pas un si grand rôle dans votre vie quotidienne. À moins que vous ne travailliez dans l'aérospatiale, la radio ou une liste étonnamment longue d'autres industries qui doivent faire face à ses effets dévastateurs.

Les humains essaient de protéger les choses de la foudre depuis le milieu des années 1700, lorsque Ben Franklin a mené sa légendaire expérience de cerf-volant. Il a créé le premier paratonnerre, un poteau de fer avec une pointe en laiton. Il avait émis l'hypothèse que le chef d'orchestre tirerait la charge des nuages ​​​​d'orage, et il avait raison. Depuis lors, il n'y a pas eu exactement de sauts et de limites dans le domaine de la conception de paratonnerres. Ce sont toujours, essentiellement, des tiges métalliques qui attirent la foudre et dirigent l'énergie en toute sécurité vers la terre. Tout comme Ben Franklin l'a fait pour la première fois dans les années 1700, ils sont encore installés sur les bâtiments aujourd'hui pour se protéger de la foudre et faire du bon travail. Bien que cela fonctionne très bien pour la plupart des structures, comme votre maison par exemple, il existe certaines situations où un grand poteau métallique ne suffira pas.

Parfois, la chose que vous essayez de protéger est, eh bien, un grand poteau en métal. Les tours radio font d'excellents paratonnerres, et il est difficile de garantir que les nuages ​​choisiront de décharger leurs électrons refoulés sur un poteau proche au lieu de la tour elle-même. Le type de protection contre la foudre utilisé sur une tour ou une antenne dépend de l'application - de nombreux opérateurs de radio amateur utilisent des parafoudres pour protéger leur équipement. Ce sont de petites boîtes qui agissent comme un passe-plat pour la ligne d'alimentation de l'antenne. Ils sont directement mis à la terre et, dans le cas où la foudre frappe l'antenne, sont conçus pour fournir un chemin rapide vers la terre pour tous ces frais supplémentaires.

Beaucoup d'entre nous ont également des systèmes secondaires en place - des déconnexions automatiques d'antenne, par exemple - juste au cas où un excès d'énergie "fuirait" par le parafoudre. Tout cela est conçu pour protéger l'équipement coûteux de la cabane, et non l'antenne elle-même, que vous auriez probablement besoin de remplacer après un coup de foudre direct. Et si nous voulions éviter complètement les coups de foudre ?

Eh bien, les paratonnerres conventionnels aident. Un système de protection contre la foudre (LPS) correctement installé peut réduire le risque qu'une antenne ou une tour soit frappée en fournissant de nombreuses cibles attrayantes que le boulon peut frapper en toute sécurité. Les scientifiques ont même essayé de trouver des moyens de rendre ces cibles alternatives un peu plus séduisantes.

Au début des années 1900, on pensait que frapper un peu de matière radioactive sur le dessus de la tige aiderait à attirer la foudre. L'idée était que la matière radioactive ioniserait partiellement l'air ambiant, rendant la zone encore plus attrayante. Plusieurs pays ont adopté leur utilisation dans les années 1970 et ont rapidement constaté que, dans la pratique, cela ne fonctionnait pas aussi bien que la théorie le dictait. Il n'y a pas eu d'amélioration suffisamment significative par rapport à la variété conventionnelle, surtout compte tenu des complications évidentes pour la santé et la sécurité que les sources radioactives parasites peuvent causer. En 1990, de nombreux pays avaient interdit leur vente, et ils ont depuis été interrompus.

Radioactifs ou non, les systèmes de protection contre la foudre peuvent devenir encombrants. Prenez un aérodrome, par exemple. Si nous voulons protéger les avions lors du décollage et de l'atterrissage, nous aurions besoin de couvrir une immense zone avec des paratonnerres et des lignes de mise à la terre… une immense zone qui devient infranchissable pour les avions, pour des raisons évidentes.

Un article récemment publié pourrait bien être en mesure de fournir une alternative. Il détaille le projet Laser Lightning Rod (LLR) qui vise, comme son nom l'indique, à créer des paratonnerres à partir de colonnes de lumière. Essentiellement, un laser extrêmement puissant est pointé vers le ciel, croisant un paratonnerre conventionnel en cours de route. Le faisceau ionise l'air dans son volume, créant une sorte de "fil" qui guide les coups de foudre dans le paratonnerre. L'équipe LLR a proposé le système pour une utilisation protégeant les bâtiments, les fusées et les aéroports, et a même émis l'hypothèse qu'une série de lasers pourrait être utilisée autour d'un aéroport pour protéger une grande surface (et les lasers pourraient, bien sûr, être éteints de manière sélective à l'approche d'un avion). Le laser en question est un système complexe, alimenté par des rafales d'un émetteur construit par la société TRUMPF. Le faisceau est amplifié à environ 800 W, pulsé à 1 kHz, chaque rafale durant environ 1 ps. La puissance maximale absolue du système n'est pas donnée, mais Jean-Pierre Wolf, le chef de l'équipe, a déclaré à CNN qu'"une seule impulsion à la puissance de crête est égale à celle produite par toutes les centrales nucléaires du monde" - ce qui ressemble à c'est peut-être une légère exagération, mais je n'ai pas pu trouver de chiffre exact dans le journal.

L'équipe a construit un prototype du système, qu'elle a déployé dans une tour de communication au sommet du Säntis, la plus haute montagne des Alpes suisses. Comme on peut s'y attendre, la haute structure métallique au sommet de la plus haute montagne de la région n'est pas étrangère aux coups de foudre. En fait, au cours d'une année moyenne, il est touché environ 100 fois.

L'équipe LLR a transporté 29 tonnes de matériaux et d'équipements au sommet de la montagne (cela vous semble un peu familier ? Découvrez ce récent Hacker Challenge sur Twitter). Après environ deux semaines de configuration et de test, le laser était prêt à fonctionner. À la mi-juillet, la première série d'expériences a commencé et l'équipe s'attend à avoir des chiffres à calculer lorsque les essais se termineront en septembre. En attendant, ils espèrent juste du mauvais temps.

Les lasers à haute puissance pourraient être un peu exagérés pour la grande majorité des besoins actuels de protection contre la foudre (à moins que vous ne construisiez la cabane de radio amateur la plus sûre au monde, que vous ayez des millions de dollars et que vous puissiez convaincre votre gouvernement local de vous laisser tirer des lasers sur le sky) mais cette recherche est incontestablement intéressante. Après tout, y a-t-il quelque chose qui n'est pas instantanément plus frais lorsque vous jetez des lasers dans le mix ? Nous avons même vu des phares laser ! Comme pour de nombreuses nouvelles technologies, nous surveillerons celle-ci de près (avec la bonne protection oculaire de sécurité laser, bien sûr) et attendons avec impatience le jour où, plutôt que de ressembler à quelque chose d'une matrice de contrôle météorologique dans Star Trek, il devient un système de protection contre la foudre viable et peut-être même omniprésent.