Un faisceau laser “tracteur” pourrait permettre de contrôler la trajectoire et la direction de la foudre

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Une équipe internationale de chercheurs a proposé et démontré une approche efficace pour déclencher, piéger et guider les décharges électriques dans l’air. Leur technologie repose sur l’utilisation d’un faisceau laser de faible puissance qui piège et transporte des particules absorbant la lumière dans l’air.

Configuration expérimentale et principes du faisceau optique vortex pour le contrôle et le guidage des décharges : tout d'abord, des microparticules sont préparées et placées dans un récipient fermé avec des électrodes alignées verticalement (à gauche) ; un champ électrique appliqué à travers le récipient soulève les particules par des forces électrostatiques ; certaines des particules soulevées traversent le faisceau laser CW en forme de beignet à noyau creux et sont piégées dans celui-ci ; le faisceau laser vortex guide les particules dans l'air : les particules d'un conteneur sont transportées dans une chambre à plaques parallèles à travers un trou dans l'une des électrodes ; en outre, les particules sont chauffées par le même faisceau laser, créant ainsi un canal thermique entre les électrodes qui entraîne un claquage électrique sous le seuil ; l'encart montre une photographie du montage expérimental avec des particules piégées dans le faisceau. Crédit image : Shvedov et al, doi : 10.1038/s41467-020-19183-0.

Configuration expérimentale et principes du faisceau optique tourbillonnaire pour le contrôle et le guidage de la décharge : tout d’abord, des microparticules sont préparées et placées dans un récipient fermé avec des électrodes alignées verticalement (à gauche) ; un champ électrique appliqué à travers le récipient soulève les particules par des forces électrostatiques ; certaines des particules soulevées traversent le faisceau laser CW en forme de beignet à noyau creux et sont piégées dans celui-ci ; le faisceau laser tourbillonnaire guide les particules dans l’air : les particules d’un conteneur sont transportées dans une chambre à plaques parallèles à travers un trou dans l’une des électrodes ; en outre, les particules sont chauffées par le même faisceau laser, créant ainsi un canal thermique entre les électrodes qui entraîne un claquage électrique sous le seuil ; l’encart montre une photographie du montage expérimental avec des particules piégées dans le faisceau. Crédit image : Shvedov et al., doi : 10.1038/s41467-020-19183-0.

“Nous avons utilisé un faisceau laser qui reflète le même processus que la foudre et crée un chemin qui dirige les décharges électriques vers des cibles spécifiques”, a déclaré le premier auteur, le Dr Vladlen Shvedov, chercheur au Centre de physique des lasers de l’Université nationale australienne et de l’Université Texas A&M au Qatar.

“L’expérience a simulé des conditions atmosphériques similaires à celles que l’on trouve dans les éclairs réels”.

“Nous pouvons imaginer un avenir où cette technologie pourrait induire une décharge électrique de la foudre passante, aidant à la guider vers des cibles sûres et à réduire le risque d’incendies catastrophiques.”

Le faisceau tracteur de l’équipe fonctionne en piégeant et en chauffant des microparticules de graphène dans l’air ambiant.

En chauffant les microparticules de graphène piégées dans le faisceau, les chercheurs ont pu créer les conditions nécessaires au claquage électrique et à la transmission le long de la trajectoire du laser en utilisant uniquement un laser ordinaire.

Ils ont utilisé une intensité laser mille fois inférieure à celle des tentatives précédentes, ce qui signifie que toute technologie potentielle pour contrôler la foudre pourrait être beaucoup moins chère, plus sûre et plus précise.

“Cette découverte a des applications importantes pour la réduction du risque de feu de brousse, car le rayon tracteur peut être guidé sur de longues distances et permet un contrôle précis de la décharge de la foudre”, a déclaré le co-auteur principal, le professeur Andrey Miroshnichenko, chercheur à l’école d’ingénierie et de technologie de l’information de l’université de Nouvelle-Galles du Sud.

“Nous avons un fil invisible, un stylo avec lequel nous pouvons écrire la lumière et contrôler la décharge électrique à environ un dixième de la largeur d’un cheveu humain”.

La découverte a également un potentiel pour le contrôle à micro-échelle de la décharge électrique en médecine et dans les applications de fabrication.

“Les applications médicales comprennent les scalpels optiques pour l’élimination des tissus cancéreux durs aux techniques de chirurgie non invasive”, a déclaré le professeur Miroshnichenko.

“Nous sommes vraiment au début de l’apprentissage de ce que cette technologie complètement nouvelle pourrait signifier”.

Les travaux de l’équipe ont été publiés dans la revue Nature Communications.

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