Des scientifiques ont enfin filmé un phénomène météorologique incroyable après des décennies d’efforts.

Quand on se représente un orage qui traverse une forêt, on imagine surtout la pluie, le tonnerre et, de temps à autre, un éclair.

Ce qu’on n’anticipe pas, c’est une lueur douce qui ondule au sommet des arbres - si discrète que l’œil humain la perçoit à peine.

Et pourtant, ces décharges électriques sont suffisamment importantes pour modifier l’air que nous respirons.

Des cimes d’arbres lumineuses pendant les orages : la décharge corona

Depuis près de 100 ans, des scientifiques soupçonnent l’existence de ce phénomène. Il s’agit d’une décharge corona : une faible étincelle électrique qui se forme sur les pointes des feuilles quand le champ électrique d’un orage s’intensifie au-dessus de la canopée.

Jusqu’ici, personne n’avait réellement observé ce type de décharge sur un arbre, en conditions naturelles. Une équipe de Penn State vient de franchir ce cap.

« This just goes to show that there’s still discovery science being done. For more than half a century, scientists have theorized that corona exists, but this proves it, » a déclaré P. J. McFarland, auteur principal de l’étude.

Qu’est-ce qu’une corona ?

On peut voir la corona comme la cousine timide de la foudre. La foudre est brutale, extrêmement chaude, et disparaît en un instant.

La corona, c’est l’inverse : une fuite électrique douce et froide, à peine plus chaude que l’air ambiant.

Les décharges corona s’échappent silencieusement des pointes et des arêtes vives - par exemple l’extrémité d’aiguilles de pin ou les bords irréguliers de certaines feuilles - dès que le champ électrique local devient assez intense.

Comme les coronas émettent surtout dans l’ultraviolet (UV), elles nous restent presque invisibles. En revanche, elles ont l’énergie nécessaire pour perturber la chimie de l’air autour d’elles.

Elles génèrent de très grandes quantités d’une molécule appelée radical hydroxyle, connue pour aider à éliminer des polluants de l’atmosphère.

Un nouvel instrument détecte les cimes d’arbres qui brillent

L’équipe de Penn State a conçu un instrument dédié, installé sur un véhicule de recherche. Son objectif : repérer une lumière UV si faible qu’elle serait normalement noyée par la clarté du jour.

Au cœur du dispositif, un télescope associé à une caméra UV. Cette caméra ne « voit » qu’une bande très étroite de lumière, comprise entre 255 et 273 nanomètres.

Dans cette gamme, le rayonnement solaire n’atteint jamais le sol grâce à la couche d’ozone. Autrement dit, si la caméra capte des UV à ces longueurs d’onde, il est très probable qu’ils proviennent d’une décharge électrique.

Les chercheurs ont ensuite poursuivi des cellules orageuses : ils stationnaient près d’arbres et orientaient le télescope vers les cimes au moment où les orages arrivaient.

Un copalme d’Amérique sous un orage

Récemment, à Pembroke, en Caroline du Nord, tous les éléments se sont alignés. Les chercheurs ont dirigé leur instrument d’abord vers un copalme d’Amérique, puis vers un pin des marais.

Un orage est passé exactement au-dessus d’eux. Dans les heures qui ont suivi, la caméra a enregistré des centaines de minuscules flashes UV, comme une danse le long des branches.

Les coronas ne restaient pas fixes : elles sautaient d’une feuille à l’autre. Par moments, elles semblaient suivre une même branche, au gré du vent qui la déplaçait.

Chaque scintillement durait d’une fraction de seconde à quelques secondes.

Toutes les branches des cimes étaient en train de luire

L’une des surprises majeures a été l’uniformité de cette lueur. Peu importe l’endroit où les scientifiques pointaient le télescope, ils détectaient des coronas.

Chaque branche observée en présentait. Les deux arbres en montraient, et à des rythmes globalement comparables.

L’équipe a également relevé la même activité lors de quatre autres orages, de la Floride jusqu’à la Pennsylvanie, sur des essences d’arbres totalement différentes.

Cela mène à une conclusion frappante : lorsqu’un orage passe au-dessus d’une forêt, pratiquement toutes les cimes situées en dessous scintillent discrètement de ces petites étincelles.

« It’s nearly invisible to the naked eye, but our instruments give rise to a vision of swaths of scintillating corona glowing as thunderstorms pass overhead, » a expliqué McFarland.

Mesurer l’invisible

En comptant les photons UV arrivant sur la caméra, l’équipe a pu estimer l’intensité électrique qui traversait réellement les arbres.

Chaque corona générait environ un microampère de courant : un filet minuscule. Mais ce filet se produisait feuille après feuille, arbre après arbre.

Des expériences distinctes en laboratoire, menées sur des épicéas et des érables en pot, ont confirmé cette relation.

L’intensité de la lueur UV s’accorde précisément avec le courant électrique circulant dans la plante.

Pour la première fois, les chercheurs disposent d’une méthode fiable pour passer de « quelle est la luminosité de la lueur » à « quel courant est en train de circuler ».

Pourquoi c’est important

À première vue, une lueur ténue sur quelques feuilles pourrait passer pour une simple curiosité. En réalité, l’enjeu est majeur pour trois raisons.

1) D’abord, les décharges corona produisent d’énormes quantités de radicaux hydroxyles. Ceux-ci éliminent des hydrocarbures et d’autres polluants de l’air forestier. Il est possible que les forêts se « nettoient » pendant les orages, d’une manière que l’on n’avait pas prise en compte.

2) Ensuite, les coronas peuvent ronger progressivement les extrémités fines des feuilles. Ces atteintes s’additionnent au fil de nombreux épisodes orageux, surtout dans les régions où les orages sont fréquents.

3) Enfin, les particules chargées libérées par les coronas pourraient renvoyer de l’énergie vers l’orage lui-même. Cela pourrait, de façon subtile, influencer le comportement de la cellule orageuse.

« Such widespread coronae have implications for the removal of hydrocarbons emitted by trees, subtle tree leaf damage and could have broader implications for the health of trees, forests and the atmosphere, » a noté McFarland.

Poursuivre la recherche sur les cimes d’arbres lumineuses

Pendant des siècles, sous un orage, on n’a vu que la pluie, les éclairs et les nuages sombres.

Désormais, on sait qu’un autre phénomène se joue juste au-dessus de nos têtes : la canopée projette silencieusement son propre spectacle lumineux. Et ce spectacle pourrait façonner l’air, affecter les arbres, et peut-être même interagir avec les orages.

À mesure que le changement climatique favorise davantage d’orages, ce miroitement risque de devenir plus intense.