Foudre en boule

Lafoudre en boule, oufoudreglobulaire, est un phénomène météorologique rare encore inexpliqué. Il s'agit d'une sphère lumineuse d’une vingtaine de centimètres qui apparaît au cours d’unorage. Les connaissances à son sujet sont très fragmentaires : le phénomène n’a pu être reproduit expérimentalement qu’en 2007.
L’apparition de la foudre en boule peut avoir lieu après celle d’un éclair. Elle est généralement jaune tirant vers le rouge, même si elle peut être bleue, verte ou blanche. Elle est souvent accompagnée de crépitements ou d’un sifflement après letonnerreet d’une odeur d’ozone, desoufreou d’oxyde nitrique. Son diamètre varie généralement de vingt à quarante centimètres et sa durée de vie varie entre une et cinq secondes. Elle peut rester immobile ou bien se déplacer horizontalement à une vitesse de quelques mètres par seconde, avec un mouvement de rotation sur elle-même. Les boules de foudre se montrent souvent sensibles auxchamps électromagnétiques, attirées par les fils et lesprises électriques, ou encore les voitures. Une boule de foudre peut s’éteindre de deux manières. Le premier mode est explosif, rapide et accompagné d’un bruit violent. Le second est une extinction silencieuse dont la durée est variable. La luminosité de la boule peut être très forte ou au contraire faible, tandis que sa température peut atteindre les1 700°C. Cependant, dans son sillage, la température ne dépasse pas60°Cd’après certains témoignages. Des témoins rapportent même en avoir vu traverser des avions ou encore des fenêtres ou des murs ; ou encore après un événement orageux intense et préalablement à unegrêlede très fort calibre (huit centimètres de diamètre environ) ; lors d'une période de forte humidité de l'air, durant près de deux heures, à intervalles de dix minutes environ ; des boules de foudre de quelques centimètres de diamètre, suivies d'un panache très lumineux de plusieurs mètres, se déplaçant à faible allure sur des trajectoires presque rectilignes, parallèlement au sol, à quelques mètres de l'observateur et avec une persistance d'une minute au moins à chaque fois.
En 2013, des scientifiques chinois parviennent à enregistrer une boule de feu sur le terrain (boule d'un diamètre apparent de 5 mètres, se déplaçant horizontalement à30km/het ayant un spectre qui indique qu'elle contient notamment dusilicium, ducalciumet dufer, les mêmes éléments que dans le sol) à l'aide de caméras vidéos et de spectrographes observant un orage.
Concernant ce phénomène, on possède très peu de connaissances, fondées principalement sur des témoignages. On ne sait donc pas encore comment la foudre en boule se crée, mais il existe différentes théories.
Tout d’abord, la théorie du modèle chimique explique que, puisque les boules de foudre apparaissent en général pendant un violent orage, un impact de foudre a lieu. En frappant le sol, il vaporise des particules desiliciumen train de brûler, d’oxygèneet decarbonequi s’associent entre elles pour former de longues chaînes. Ces filaments qui brûlent lentement ont tendance à se replier sur eux-mêmes pour former des boules (cf. analogie avec lespolymères). Ces particules, de taille micro voire nanométrique, sont chargées négativement. Celles-ci peuvent alors former une sphère qui va lentement s’oxyder à l’air. Cette théorie a été avancée parJohn AbrahamsonetJames Dinnissde l’université de CanterburyenNouvelle-Zélande, dont les travaux ont été poursuivis par Antonio Pavo et Gerson Paiva, deux chercheurs de l'Université fédérale du PernamboucauBrésilqui ont réussi à produire le phénomène en vaporisant un mince substrat de silicium à l’aide d’unarc électriquede 140A. La théorie chimique n'explique cependant pas l'énorme quantité d'énergie électrique contenue, capable de faire griller des appareils électriques, ni les grésillements perçus par les témoins.
Laphysique des plasmaspeut fournir une explication à l'énergie contenue. La boule de foudre contiendrait unplasma, formé à partir d’un gaz ordinaire dans lequel la foudre provoque l’arrachement d’un ou de plusieurs électrons à un grand nombre d'atomeset demolécules. Ces atomes et molécules sont alorsionisés, et on dit que l’état plasmaest atteint lorsque suffisamment d’atomes ont été ionisés pour que le milieu adopte un comportement macroscopique qui s'écarte de celui d'un gaz ordinaire. La boule de plasma serait parcourue par des lignes de courant électrique bouclées sur elles-mêmes et s’interpénétrant de façon à se confiner mutuellement par les champs magnétiques qu’elles créent. Ceci est rendu possible pour de très hautes températures (3 000°C), qui sont largement obtenues après le passage d’un éclair. Une fois créée, la boule dissipe son énergie sous forme thermique et lumineuse. Cela diminue sa température, jusqu’à ce que la conductivité du plasma soit trop faible pour assurer la stabilité. La boule de feu finit alors son existence en se désagrégeant. En 2006, cette théorie est expérimentée par une équipe de chercheurs israéliens (Eli Jerby et Vladimir Dikhtyar) qui parviennent à créer des mini-boules de feu (trois centimètres de diamètre) grâce à un simplefour à micro-ondesmodifié qui bombarde de micro-ondes un échantillon en silicium. Cependant cette expérience n'est qu'un demi-succès car les mini-boules de feu ne survivent que quelques millièmes de seconde (soit 1 000 à 100 000 fois moins que le phénomène observé dans la nature).
Cependant aucune de ces deux théories, qui font intervenir de la matière, n'explique les observations de certains témoins qui ont vu la foudre en boule traverser un mur.
Dans les deux cas, on considère que la persistance de la foudre en boule ainsi que son insensibilité à la convection (ne s'élève pas malgré une forte température) peuvent être maintenues par les forts rayonnements électromagnétiques de la foudre. L’Académie des sciences de la fédération de Russie organise tous les ans les conférences RCCNT-BL (Russian Conferences on Cold Nuclear Transmutation of Chemical Elements and Ball Lightning). Ces conférences  font régulièrement le point sur les recherches actives qui sont menées sur ces sujets en Russie. Le phénomène de la « foudre en boule » est en effet particulièrement étudié par les équipes qui travaillent sur la fusion contrôlée et sur lapropulsion spatiale. Le vocable de « plasmoïde » est la dénomination scientifique de la foudre en boule. Il existe deux types de plasmoïdes : le type alpha (anneau de courant électrique confiné par son champ) et le type bêta (décharge électrique enroulée selon la surface d’un tore et confinant son proprechamp magnétique). Dans les deux cas, leslois de Maxwellfont que la variation, décroissante, du courant induit une augmentation du champ magnétique, ce qui concourt à la persistance du phénomène pendant un temps variable. Véritables vortex d’énergie électrique condensée et auto-confinée, les plasmoïdes permettront peut-être de surmonter les énormes problèmes techniques rencontrés dans les installations de typetokamak.
Il a été suggéré que la foudre en boule est basée sur des oscillations non linéaires à symétrie sphérique de particules chargées dans le plasma- l'analogue d'unsolitonspatial Langmuir. Ces oscillations ont été décrites dans les deux approches classiqueet quantique. On a constaté que les oscillations de plasma les plus intenses se produisent dans les régions centrales de la foudre en boule. Il a été suggéré que les états de particules chargées, qui oscillent radialement, avec des tours orientées de manière opposée - l'analogue depaires de Cooper- pourraient apparaître à l'intérieur d'une foudre en boule. Ce phénomène, à son tour, peut conduire à un état supraconducteur (sur la matière) dans une foudre en boule. L'idée de lasupraconductivitédans une foudre en boule était considérée précédemment. La possibilité de l'existence d'une foudre en boule avec un noyau composite a été également abordée dans ce modèle.
Desbandes dessinéesévoquent ce phénomène :