Pendant les orages, les cimes des arbres s'illuminent d'une faible lueur ultraviolette, invisible à l'œil humain. Ce phénomène, nommé décharge corona, a été observé pour la première fois en conditions réelles par des chercheurs de l'université d'État de Pennsylvanie.
Ces mini-éclairs pourraient jouer un rôle important dans la chimie de l'atmosphère en générant des composés qui nettoient l'air de polluants comme le méthane. L'équipe a ainsi confirmé une hypothèse vieille de plusieurs décennies, ouvrant la voie à de nouvelles recherches sur les interactions entre forêts et orages.
La lueur des coronas est bien plus visible dans l'obscurité d'un laboratoire (à gauche).
À droite, une branche d'épicéa produit des coronas pendant un orage, mais la lumière du jour empêche de les voir à l'œil nu.
Crédit: William Brune / Penn State Cette lueur prend naissance grâce aux déséquilibres électriques des orages. Les nuages portent une charge négative qui attire les charges positives du sol. Celles-ci remontent le long des arbres et se concentrent aux extrémités des feuilles, où le champ électrique devient assez intense pour ioniser l'air. Il en résulte une lueur, surtout dans l'ultraviolet, difficile à observer de jour à cause de la lumière solaire. Les chercheurs ont dû utiliser un instrument spécial bloquant les UV solaires pour la détecter.
L'équipe a parcouru la côte Est des États-Unis dans un minivan équipé d'un télescope ultraviolet. Après trois semaines infructueuses en Floride, le succès est venu en Caroline du Nord, lors d'un violent orage près de l'université de Pembroke. Pendant près de deux heures, les instruments ont enregistré 859 décharges coronas sur un liquidambar, et 93 sur un pin voisin. Des coronas ont aussi été observées sur quatre autres espèces, montrant que le phénomène n'est pas rare.
Chaque décharge dure de quelques fractions de seconde à plusieurs secondes. L'équipe a pu les détecter grâce à un système optique spécial qui filtre la lumière solaire ultraviolette, ne laissant passer que les signaux des coronas, de la foudre ou du feu. Ce dispositif, couplé à des capteurs de champ électrique et une localisation GPS, a permis d'isoler les événements. Les chercheurs ont ainsi obtenu la première preuve directe de l'existence de ces décharges dans la nature.
Au-delà de la simple observation, ces décharges ont des conséquences chimiques importantes. La lumière UV qu'elles émettent brise les molécules d'eau pour former des radicaux hydroxyles, de puissants oxydants. Ces derniers réagissent avec des composés organiques volatils émis par les arbres et avec des polluants humains comme le méthane, les transformant en substances moins nocives. Des expériences en laboratoire avaient déjà montré ce lien, mais la confirmation en conditions réelles renforce l'idée que les orages aident à nettoyer l'air via les forêts.
Le périscope installé sur le toit du minivan Toyota Sienna pointé vers un palmier sous un orage en Floride.
Crédit: Patrick McFarland / Penn State Les chercheurs s'interrogent maintenant sur l'effet de ces décharges sur les arbres eux-mêmes. Les observations ont montré des dommages mineurs aux feuilles aux points de corona. Les arbres ont-ils développé des mécanismes de protection ? Les radicaux hydroxyles produits pourraient-ils influencer la santé des forêts ? Pour répondre à ces questions, l'équipe collabore avec des écologues et des biologistes.
Selon le doctorant Patrick McFarland, auteur principal de l'étude, il reste beaucoup à comprendre sur le rôle des coronas dans la chimie atmosphérique et la dynamique des forêts. Les prochaines étapes consisteront à quantifier l'impact global de ces décharges sur la qualité de l'air et à intégrer ces données dans les modèles climatiques.