À la poursuite du coup de foudre | Le grand show de la nature | ARTE

La planète est le théâtre de phénomènes prodigieux: aurores boréales, éclairs, éruptions volcaniques, arcs-en-ciel circulaires.

Pour immortaliser les plus beaux spectacles de la nature, il faut se trouver au bon endroit, au bon moment, et être prêt à braver les éléments.

• Scientifiques spécialisés • Aventuriers intrépides • Caméramen spécialisés

Partir en quête des phénomènes naturels les plus extraordinaires du monde pour les saisir dans toute leur splendeur.

Les éclairs sont parmi les phénomènes naturels les plus beaux mais aussi les plus dangereux du monde, avec une température environ cinq fois plus élevée que celle de la surface du soleil.

• Christen Rasmussen: chercheuse étudiant la formation des éclairs • Michael Binsky: chasseur d'orage connaissant bien les risques du métier • Jeff Mchaog: grand spécialiste des caméras haute vitesse

Le sud des États-Unis, plus précisément l'Arizona, est l'un des meilleurs endroits du globe pour filmer des éclairs. Le désert de Sonora, avec ses cumulus nimbus formés à plus de 3000 m du sol, offre une visibilité exceptionnelle.

Caméras haute vitesse capables de tourner plusieurs dizaines de milliers d'images par seconde. Un filtre spécialisé est conçu pour révéler l'éventail de couleurs constituant chaque éclair.

• Éclairs intranuageux: les plus courants, à l'intérieur d'un même nuage • Éclairs internuageux: entre nuages, avec charge électrique plus grande • Éclairs nuage-sol: les plus rares mais emblématiques, atteignant plusieurs milliers de mètres

En été, pendant 2 mois, de violents orages s'abattent régulièrement sur la région d'Arizona. L'équipe doit chercher des nuages avec un sommet en forme de chou-fleur, car plus ils sont bosselés, plus ils se développeront.

L'été, sous l'effet de la chaleur, l'air du désert s'élève, créant une dépression au niveau du sol qui aspire l'air gorgé d'humidité provenant des océans. Cet air est transporté très haut dans l'atmosphère par le courant ascendant, formant ainsi un nuage.

À mesure qu'un cumulonimbus se développe, la vapeur d'eau se refroidit et se change en gouttelette. Ce processus libère une petite quantité de chaleur qui entraîne une réaction en chaîne.

• Nuages lenticulaires qui coiffent le mont Fuji • Ondes de Kelvin-Helmholtz ressemblant à des vagues déferlantes dans le ciel du Colorado • Nappe de nuages du Cap en Afrique du Sud

En Afrique du Sud, lorsque les nuages s'accrochent sur la montagne de la Table, on dit que la nappe est mise. Ce spectacle insolite ne se produit qu'en été.

Des vents puissants en provenance de l'océan atteignent les côtes. L'air océanique gorgé d'humidité est soufflé le long des pentes escarpées de la montagne. Au contact de l'air froid près du sommet, l'humidité se change en gouttelettes formant la nappe nuageuse.

Le vent pousse la nappe vers les falaises de l'autre versant de la montagne. Lorsqu'elle atteint l'air plus chaud en contrebas, les gouttelettes s'évaporent, créant une cascade de nuage.

Mercia Volskenk, chimiste, étudie l'humidité dont est composée la nappe de nuage de la montagne de la Table pour déterminer si elle peut constituer une source d'eau pour la ville.

Mercia a installé une station météo expérimentale au sommet de la montagne pour recueillir l'humidité de la nappe nuageuse lorsqu'elle franchit la montagne.

• En 2018, la ville du Cap a connu sa pire sécheresse en un siècle • La nappe nuageuse pourrait fournir deux fois plus d'eau que la pluie • Les analyses révèlent que l'eau de la nappe est potable

La nappe nuageuse, tellement riche en eau, permet à une large végétation de type maki appelée fine boss de s'épanouir sur ses pentes, endémique de la région.

Une véritable course contre la montre s'engage. Les perturbations durent parfois à peine quelques minutes et l'équipe doit non seulement rattraper l'orage mais le doubler.

L'orage avance bien plus vite que les chasseurs ne l'espéraient. Non seulement il est impossible de tourner de bonnes images dans ces conditions, mais les chasseurs risquent d'être frappés par la foudre.

• Pluie torrentielle accompagnée de fortes rafales de vent • Risque de crue subite qui pourrait emporter les véhicules • Conditions extrêmement dangereuses pour la conduite

Malgré tous leurs efforts, les chasseurs rentreront bredouille ce soir. Ils ont passé la journée à se déplacer, rendant difficile le tournage de quelque image que ce soit.

Grâce à un ballon sonde lié à un système de transmission de données, Christen peut suivre l'évolution d'un nuage en temps réel. Le ballon est équipé de capteurs pour analyser l'orage au fur et à mesure qu'il se développera.

• Capteurs de température et d'humidité transmettant les données en temps réel • Suivi de la direction et de la vitesse du vent • Évolution de la température du nuage à mesure qu'il s'élève

La température du nuage permet à Christen de déterminer les chances que l'orage produise des éclairs. À -35°C, on a des particules gelées comme la glace et la neige, conditions idéales pour la formation d'éclairs.

Entre -15 et -25°C, différents types de cristaux se forment dans le nuage: gouttelettes de pluie, flocons de neige, petits cristaux de glace, neige roulée, et tous ces éléments se trouvent en même temps dans le nuage.

Dans les vallées de haute montagne, quand l'été cède la place à l'automne, les premières gelées métamorphosent le paysage. Les cascades qui dévalent les parois se changent en majestueux piliers de glace atteignant parfois 10 m de large et 100 m de hauteur.

Maurine Montagna, chercheuse en glaciologie, doit prélever des échantillons de glace en différents endroits de la cascade pour comprendre le rôle que joue la température dans la formation de ces colonnes de glace.

• Maurine Montagna: chercheuse en glaciologie • Andreas Abeglen: guide de haute montagne • Lawrence Frutiger: guide de haute montagne

Pour récolter les échantillons, il faut escalader la cascade gelée, véritable mur de glace de 60 m de hauteur. L'état de la glace dépend des types de cristaux qui se sont formés quand la cascade a gelé.

L'échantillon du bas de la cascade contient des cristaux de petite taille, signifiant que l'eau a gelé rapidement sous l'effet de températures très basses. L'échantillon du sommet contient des cristaux beaucoup plus gros formés plus lentement à des températures à peine au-dessous de zéro.

L'apparence des majestueuses colonnes dépend de la taille et de la structure des minuscules cristaux de glace qui les constituent, ainsi que de la température à laquelle ils se forment.

Cette loi universelle vaut autant pour les cristaux de glace qui naissent en plein hiver dans les cascades de Suisse que pour ceux qui se forment au plus fort de l'été dans les cumulonimbus d'Arizona.

C'est l'interaction entre différents types de cristaux de glace qui est à l'origine de la formation des éclairs. À l'intérieur du nuage, les cristaux de glace sont ballottés par des vents violents et entrent en collision.

Petits et gros cristaux entrent en collision, ce qui les charge électriquement. Les cristaux les plus lourds chargés négativement s'accumulent à la base du nuage tandis que les plus légers chargés positivement sont poussés vers le sommet par les vents.

Petit à petit le nuage se polarise. Son sommet se retrouve chargé positivement et sa base négativement. Le cumulonimbus est une espèce de pile géante dans le ciel.

Les charges se répartissent à l'intérieur du nuage et s'accumulent jusqu'à concentrer suffisamment d'énergie pour créer un éclair.

Grâce aux données du ballon sonde, Christen et le reste de l'équipe savent maintenant qu'il y a de fortes chances que les nuages qui s'amoncèlent créent des éclairs.

Dans le monde du vivant, des décharges électriques invisibles se produisent partout, tout le temps, dans chaque cellule individuelle, dans les nerfs et les muscles de tous les animaux et même lors de la pollinisation des fleurs aux quatre coins du monde.

Au printemps, cette vallée d'Afrique du Sud se métamorphose lorsqu'elle est arrosée par les pluies saisonnières. Pendant deux courtes semaines, le désert prend vie dans une véritable explosion de couleur attirant les insectes par milliers.

• Toutes les plantes possèdent une faible charge électrique • Les insectes volants se chargent électriquement dès qu'il y a friction entre leurs ailes et les molécules d'air • Quand un insecte se pose sur une fleur, une partie de sa charge électrique se décharge sur cette fleur

L'électricité statique qui reste sur l'insecte attire encore plus de pollen sur son corps, augmentant les chances de pollinisation de la prochaine fleur qu'il ira butiner.

En temps normal, l'air n'est pas conducteur. Mais s'il y a suffisamment d'électricité dans un nuage, il peut le devenir et conduire un éclair sur plusieurs milliers de mètres jusqu'au sol.

On ignore encore ce qui déclenche la décharge. C'est l'un des plus grands mystères de la nature à ce jour. On effectue des recherches pour découvrir pourquoi la décharge se produit au moment où elle se produit.

Les éclairs sont durs à mesurer, donc on tâtonne encore. Christen découvrira peut-être un jour l'élément déclencheur de cette décharge.

En attendant, elle repart à la chasse aux orages. L'équipe a déjà parcouru plusieurs centaines de kilomètres dans cette dangereuse mission.

Les données transmises par le ballon sonde sont encourageantes. La température baisse, créant l'environnement idéal pour un orage. Il y a déjà de beaux orages conducteurs.

L'équipe se met en place avec leurs caméras haute vitesse. Dustin et Jeff se préparent à filmer un phénomène qui ne dure généralement pas plus d'une fraction de secondes.

• Dustin pense avoir des images de l'un des coups de foudre • À vitesse réelle, la foudre forme qu'un seul trait qui descend vers le sol • Les images révèlent qu'elle dessine d'abord plusieurs ramifications dans l'air

Lorsque l'une des ramifications atteint le sol, toute l'électricité du nuage se décharge par cette voie. Privées de leur charge électrique, les autres ramifications disparaissent.

Le coup d'essai de Dustin est un véritable coup de maître. La tentative de Jeff s'est aussi soldée par une réussite. Comme sa caméra enregistre plus d'images par seconde, le résultat est encore plus détaillé.

Ces images révèlent que le trait de lumière que l'on voit à l'œil nu correspond en fait à une énorme charge électrique qui provient du sol et remonte vers le ciel.

À la tombée de la nuit, Jeff utilise enfin son fameux filtre de dispersion de la lumière sur une caméra couleur haute vitesse. C'est la première fois que ce filtre est utilisé sur ce type de caméra.

• La lumière blanche que l'on voit à l'œil nu est constituée d'un ensemble de couleurs éclatantes • En se basant sur la proportion de chaque couleur, Jeff peut calculer la température de la foudre • Plus il y a de bleu, plus la température est élevée • La décharge de retour atteint entre 25 et 40000°C

Les chasseurs d'éclair ont enfin filmé la foudre, non seulement au ralenti, mais également en couleur. Leur mission s'achève en beauté.

L'équipe continue à capturer des images extraordinaires lors d'une dernière soirée spectaculaire. Quelle dernière soirée!

• Révélation de la structure ramifiée des éclairs • Découverte des couleurs constituant la foudre • Mesure de la température réelle de la foudre • Compréhension du mécanisme de décharge électrique

L'incroyable voyage au cœur du désert de Sonora offre un spectacle électrisant qui révèle les secrets cachés de la nature.