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Les modèles météorologiques peuvent très bien prévoir les violentes tempêtes, mais les prédictions de la foudre sont restées vaines. Maintenant, des chercheurs ont créé des simulations mathématiques globales de la foudre qui prédit plus précisément quand et où les éclairs se produiront, ce qui pourrait aider les pilotes d’avion à modifier leur itinéraire.

Un nouveau modèle pour prévoir où la foudre tombera

La foudre nécessite généralement deux ingrédients. Tout d’abord, il faut de l’air chaud ou de la convection pour créer des nuages ​​d’orage. Il faut également que les nuages ​​d’orage contiennent des granulés de glace appelés graupel (de l’Allemand : « grêle molle »). Cette grêle molle transfère la charge électrique, créant un champ électrique. Un éclair se forme lorsque ce champ devient assez grand.

Les modèles météorologiques et climatiques, qui divisent l’atmosphère en boîtes d’une certaine taille, ne parviennent pas à simuler la foudre parce que leur résolution spatiale est trop grossière (généralement d’environ 100 kilomètres). Les processus qui donnent lieu à des nuages ​​de convection et au graupel se produisent à une échelle trop petite pour que les ordinateurs les simulent globalement en un laps de temps raisonnable. Pour faire des prévisions quotidiennes, les modèles mathématiques météorologiques doivent plutôt s’appuyer sur des «paramétrisations», comme la convection – des règles empiriques ponctuelles pouvant être appliquées rapidement.

Un modèle mondial de 10 kilomètres

Paul Field, un spécialiste des nuages au Met Office, le service météorologique national du Royaume-Uni dont le siège est à Essex, et ses collègues ont simulé 5 années de foudre dans un modèle mathématique mondial de 10 kilomètres. Cela leur a permis de simuler explicitement les processus de formation des nuages ​​convectifs, bien qu’ils aient encore à faire des hypothèses sur la formation du graupel.

Malgré tout, le modèle de l’équipe a identifié avec précision les régions où la foudre s’est produit en Amérique du Sud, en Afrique et en Asie du Sud-Est, qui subissent près de 100 éclairs par kilomètre carré par an. Ce modèle a également correctement déterminé comment la foudre se produisait généralement dans l’après-midi, vers 15 heures, heure locale. Ce moment avait du sens parce que le sol s’était réchauffé à ce moment-là et que l’air plus chaud a eu le temps de monter et de former des nuages, explique Field.

Les simulations ont également reproduit certaines particularités réelles de la foudre. Par exemple, ce nouveau modèle a montré avec précision que la foudre sur le lac Victoria en Afrique se produit tard dans la journée. Cet effet est dû au fait que l’eau du lac se réchauffe plus lentement que les terres avoisinantes, ce qui entraîne un mouvement ascendant de l’air plus chaud, selon M. Field. L’équipe rapporte dans The Journal of Geophysical Research que ce modèle a également reproduit le mouvement quotidien des éclairs vers l’est au-dessus des grandes plaines des États-Unis, un modèle causé par les vents dominants.

Des « cartes d’éclairs » pour une meilleure estimation

Ce nouveau modèle mathématique traduit en « cartes d’éclairs », pourraient potentiellement fournir une meilleure estimation des menaces de la foudre pour les avions, suggèrent les chercheurs. Les scientifiques pourraient utiliser ce modèle pour générer une carte des risques météorologiques pour l’aviation, explique Field, car les cartes existantes sont «assez grossières».

Ces travaux pourraient également être utilisés pour prédire comment les modèles de la foudre pourraient évoluer dans différents scénarios de changement climatique, des changements qui auront un impact sur l’atmosphère terrestre, explique Declan Finney, un spécialiste de l’atmosphère de l’Université de Leeds au Royaume-Uni.

Crédit photo : Layne Lawson
Source : Science