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On dit que la foudre ne tombe jamais deux fois au même endroit. Mais un seul éclair peut suffire à causer des dégâts importants. Non seulement la foudre tue jusqu’à 24 000 personnes chaque année, mais elle est également responsable de pannes d’électricité, d’incendies de forêt et de dommages structurels.
Lorsque la foudre frappe des infrastructures importantes et des sites sensibles comme les aéroports et les rampes de lancement de fusées, les dégâts peuvent se chiffrer en milliards d’euros. Pour atténuer ce risque, le projet LLR, financé par l’UE, s’est fixé pour objectif de faire ce qui était autrefois considéré comme impossible: contrôler la foudre.
«Les systèmes actuels de protection contre la foudre sont toujours basés sur le paratonnerre mis au point par Benjamin Franklin il y a près de 300 ans», explique Aurélien Houard, chercheur à l’École polytechnique en France et coordinateur du projet LLR (Laser Lignting Rod). «Notre projet vise à actualiser ce concept en utilisant un laser très puissant.»
Un puissant faisceau laser
Au cœur du projet se trouve un nouveau type de laser qui dispose d’un puissant faisceau. Ce faisceau fera office de chemin préférentiel pour la foudre, en la détournant de victimes potentielles. Ce laser unique en son genre guidera également les éclairs vers le sol afin de décharger les nuages de leur charge électrique.
À titre d’exemple, lorsqu’il sera installé dans un aéroport, le paratonnerre laser fonctionnera en conjonction avec un système de radar d’alerte précoce. «Lorsque des conditions orageuses apparaissent, le laser serait tiré vers le nuage pour dévier la foudre d’un avion pendant son décollage, son atterrissage, sa circulation et les opérations au sol», explique Aurélien Houard. «Concrètement, cela créerait un couloir de sécurité entouré – et protégé – par des lasers».
Une technologie révolutionnaire
Pour atteindre l’intensité et le taux de répétition nécessaires, le projet a fait appel à un certain nombre de technologies révolutionnaires. Il utilise par exemple l’amplification à dérive de fréquence (CPA), la technique de pointe utilisée par la plupart des lasers de haute puissance du monde et qui a reçu le prix Nobel de physique en 2018. «La CPA est une technique d’amplification d’une impulsion laser ultra-courte», explique Aurélien Houard. «Elle fonctionne en étirant l’impulsion laser dans le temps, en l’amplifiant, puis en la recompressant.»
Pour délivrer les courtes impulsions laser à un taux de répétition élevé de 1 000 impulsions par seconde, l’équipe du projet a dû augmenter la puissance moyenne du laser. Pour ce faire, ils ont utilisé une technologie d’amplification avancée développée par Trumpf, une société allemande de fabrication de machines industrielles et membre du consortium du projet.
Selon Aurélien Houard, l’énergie fournie par les nombreuses diodes de cette technologie est concentrée dans un très fin disque de cristal refroidi par eau. «Lorsque l’impulsion laser traverse le cristal, l’énergie stockée est transférée à l’impulsion laser par un mécanisme quantique appelé “gain laser”», explique-t-il. «La conception de cet amplificateur à disque mince a permis d’augmenter la puissance du laser ultracourt d’un ordre de grandeur.»
Le projet a également permis de mettre au point un système novateur qui permet de prévoir l’activité de la foudre. «En utilisant une combinaison de données standard provenant de stations météorologiques et l’intelligence artificielle, les partenaires ont développé une nouvelle façon de prédire les impacts de la foudre dans un intervalle de prévision de 10 à 30 minutes et dans un rayon de 30 kilomètres», commente Aurélien Houard. «C’est la toute première fois qu’un système fondé sur des données météorologiques simples est capable de prévoir les impacts de la foudre par des calculs en temps réel.»
Démonstration prévue pour 2021
L’équipe du LLR teste actuellement le laser à Paris, dans le but de valider le concept qui consiste à guider en toute sécurité la foudre vers le sol en projetant un faisceau à longue portée dans l’atmosphère.
Une démonstration finale du concept LLR devrait avoir lieu sur le mont Säntis en Suisse, qui abrite une tour de Swisscom frappée par la foudre plus de 100 fois par an. La démonstration est prévue pour 2021. L’équipe du projet est convaincue, qu’après le succès de la démonstration, le système sera prêt pour une commercialisation totale d’ici quelques années.