Le feu de Saint-Elme est une lueur bleue persistante qui apparaît occasionnellement près d'objets pointus pendant les tempêtes. Le nom est quelque peu impropre, car le phénomène électrique a plus en commun avec la foudre ou les aurores boréales qu'avec la flamme.
Les capitaines des mers et des cieux connaissent mieux le feu de Saint-Elme, car la lumière éthérée a longtemps été vue accrochée aux mâts des navires et, plus récemment, aux ailes des avions. Les marins ont remarqué le spectacle pendant des milliers d'années, mais ce n'est qu'au siècle et demi que les scientifiques ont suffisamment appris sur la structure de la matière pour comprendre pourquoi le phénomène se produit. Ce ne sont pas les dieux ou les saints qui allument le feu énigmatique, mais l'un des cinq états de la matière: le plasma.
Les rapports de lumières bleues vacillant faiblement des gréements des navires remontent à l'Antiquité, lorsque les Grecs et les Romains ont interprété la vue comme des visites des jumeaux demi-dieu Castor et Pollux. Considérés comme les sauveurs de ceux en danger, l'apparition des jumeaux serait venue comme un signe d'espoir pour les marins qui traversaient une tempête.
Le phénomène tire plus tard son nom moderne de St. Erasmus, ou St. Elmo en abrégé, qui a vécu au troisième siècle. Saint-Elme est devenu célèbre en tant que saint patron des marins et de la détresse intestinale, après avoir été tué par éviscération. Les marins l'ont prié dans les moments de détresse et ont continué à interpréter la lueur du feu de Saint-Elme dansant et sifflant sur les pointes de leurs bateaux comme un présage favorable.
Qu'est-ce qui cause l'incendie de St. Elmo?
Une compréhension scientifique du feu de Saint-Elme n'est devenue possible que lorsque le chimiste et physicien britannique William Crookes a produit ce qu'il a appelé la "matière rayonnante" à travers son travail avec des tubes à vide en 1879. La découverte de l'électron est venue deux décennies plus tard, révélant que le monde était composé de plus que des atomes neutres. Trouver que les atomes contenaient des particules plus petites et chargées s'est avéré essentiel pour comprendre pourquoi la matière de Crookes brillait, lançant le tout nouveau domaine de la physique des plasmas.
Le plasma se produit lorsque l'énergie excédentaire brise les atomes dans un gaz neutre pour créer un gaz chargé. Une façon de créer du plasma est la chaleur. Par exemple, le chauffage de la glace solide brise les cristaux moléculaires en eau liquide, et l'eau bouillante libère les molécules d'eau pour qu'elles se transforment en vapeur gazeuse. Continuez à déverser de l'énergie dans la vapeur (en la chauffant au-delà de 21000 degrés Fahrenheit, ou 12000 degrés Celsius, par exemple), et les atomes dans les molécules d'eau se dégrossissent, perdant leurs électrons et devenant des ions chargés. Ce point représente la transition d'un gaz, un nuage de particules neutres, à un plasma, un nuage contenant de nombreuses particules chargées.
L'électricité peut déchirer les molécules de gaz et produire un plasma plus facilement que la chaleur, ce qui est la clé du feu de Saint-Elme. Lors d'une tempête, la friction accumule des électrons supplémentaires dans certaines parties des nuages, générant de puissants champs électriques qui atteignent le sol. Un champ suffisamment fort peut théoriquement décomposer l'air en un plasma n'importe où, mais en pratique, les points tranchants (comme le mât d'un navire) ont tendance à concentrer le champ, éliminant les électrons des atomes pour laisser derrière eux des ions chargés en nombre particulièrement élevé près de forte des endroits.
Une fois que l'air autour d'un mât s'est partiellement transformé en plasma, le feu de St. Elmo brille via un processus appelé décharge corona. Au fur et à mesure que le champ électrique fait tourner les électrons, ils frappent des particules neutres et agitent ces particules neutres dans un état plus énergétique.
Imaginez "des brutes qui traversent la cour d'école donnent des coups de pied à tous les enfants", a déclaré Kristina Lynch, physicienne en plasma au Dartmouth College dans le New Hampshire. "Ils deviennent tous excités, puis ils doivent se détendre." Pour se refroidir, les particules excitées émettent un photon de lumière avec une énergie et une couleur particulières. Pour l'azote et l'oxygène, qui dominent dans l'atmosphère terrestre, cet éclat de lumière brûle respectivement le bleu et le violet.
Le feu de Saint-Elme n'est pas la foudre
Alors que l'incendie de St. Elmo a tendance à se produire dans des conditions orageuses, c'est un phénomène distinct de la foudre. La lueur d'un éclair contient du bleu et du violet pour la même raison, mais elle brille également en blanc - un mélange de nombreuses couleurs - car elle chauffe l'air autour d'elle.
Les lumières colorées de l'aurore tirent également leur éclat des particules relaxantes, bien que les électrons qui excitent ces particules tirent finalement leur énergie du vent solaire, plutôt que des nuages chargés électriquement. Beaucoup confondent également le feu de Saint-Elme avec la foudre en boule, un autre phénomène incandescent connu depuis des millénaires. Bien que ces sphères de lumière planantes restent mal comprises, les deux événements ont été rapportés ensemble, comme dans le récit de cet alpiniste de 1977, rapporté dans le Journal of Scientific Exploration:
"Juste en dessous de moi, il y avait un bâtiment délabré. Je pouvais encore voir des langues de flamme bleu clair sur chaque point de charpente en acier qui dépassait des ruines. La flamme était de différentes tailles. Plus le point était haut, plus la taille était grande langue de flamme dessus. Encore plus bas, à une hauteur de 4 000 à 4 100 m, la foudre clignotait. Des balles orange de la taille d'un ballon de football volaient au vent sur fond de nuages noirs. "
L'incendie de St. Elmo est-il dangereux?
Heureusement pour les randonneurs et les marins, le feu de St. Elmo ne brûle pas et ne présente aucun danger immédiat au-delà du temps potentiellement orageux lui-même.
Les ingénieurs, cependant, doivent prendre en compte la décharge corona lors de la conception des équipements électriques, en particulier des lignes électriques, car les cas indésirables d'incendie de St. Elmo peuvent saper de l'électricité précieuse. Pour minimiser cet effet, de nombreuses lignes électriques longue distance comportent des "anneaux corona" en forme de cerceau autour des zones pointues telles que les extrémités des tours et des poteaux. Ces anneaux empêchent le champ électrique de se concentrer suffisamment pour produire beaucoup de plasma.
Dans d'autres cas, les ingénieurs ont trouvé des moyens d'utiliser la décharge corona à leur avantage. Le processus est impliqué dans la production d'ozone, un désinfectant industriel. La décharge corona joue également un rôle dans la création des surfaces chargées nécessaires à l'intérieur d'un photocopieur.
Alors que les chercheurs ont démystifié le phénomène et l'ont mis en œuvre dans la technologie moderne, la lueur inoffensive mais captivante du feu de Saint-Elme a toujours le pouvoir d'étonner les passants, comme il l'a fait depuis des millénaires.
