Fulgurite : le verre que la foudre laisse derrière elle

Introduction

À l’été 1996, sur un terrain militaire sablonneux près de Starke, en Floride, un coup de foudre a frappé le sol et laissé une brûlure marquée d’un fanion. Ce qui a suivi a pris des semaines. Une équipe de l’université de Floride, travaillant au centre de recherche sur la foudre de Camp Blanding, s’est mise à creuser. Elle ne s’intéressait pas au point d’impact en surface, mais à ce que le courant avait fait en dessous. Une fulgurite, ce tube vitreux que forme la foudre lorsqu’elle déchire le sol, s’était développée vers le bas à partir de l’impact, en un moulage ramifié, en forme de racines, du trajet même de la foudre. L’extraire intacte relevait moins de l’excavation que de la paléontologie.

Daniel Cordier, qui avait participé à des fouilles de fossiles, a supervisé le travail aux côtés de Mike Stapleton, avec les mêmes outils patients et les mêmes jaquettes de terrain en plastique que celles qui protègent les ossements. Chaque section fragile était enveloppée, mesurée, étiquetée et mise de côté en vue de son réassemblage. Martin Uman, qui dirige depuis des décennies les recherches de l’université de Floride sur la foudre, a été franc sur la difficulté : une personne non formée qui tenterait d’en extraire une du sol la briserait tout simplement. Le résultat final, confirmé par Guinness World Records comme la plus longue fulgurite jamais extraite, comptait deux branches descendant depuis le point d’impact, l’une d’environ 5,2 mètres (17 pieds) et l’autre d’environ 4,9 mètres (16 pieds) de long. Elle s’arrêtait là où commençait la nappe phréatique, car une fois parvenu aux eaux souterraines, le courant pouvait se disperser au lieu de s’enfoncer davantage.

Cet unique objet résume presque tout ce que la foudre pétrifiée a d’étrange et d’utile. C’est la trace d’un événement qui a duré une fraction de seconde, figée dans un matériau qui n’existait pas un instant avant l’impact. L’objet est fragile au point d’être presque impossible à récupérer entier. Et, au cours des deux dernières décennies, les chercheurs ont découvert qu’il est quelque chose d’encore plus étrange : un minuscule réacteur chimique capable d’enfermer des indices sur les climats anciens et même sur la chimie qui a pu précéder la vie.

Ce qu’est réellement une fulgurite

Une fulgurite est un verre naturel formé lorsque la foudre se décharge dans le sol et fond tout ce qu’elle traverse. Le nom vient du latin fulgur, qui signifie foudre, et ces roches ont hérité des noms populaires de « foudre pétrifiée » et de « foudre fossilisée » parce qu’elles conservent la forme du trajet souterrain de la foudre. Dans le sable meuble, la forme classique est un tube creux, souvent ramifié, à l’intérieur vitreux et dont la surface externe est incrustée de grains partiellement fondus. Le centre creux n’a rien de décoratif. Il marque l’endroit où la matière a été vaporisée et où les gaz ont soufflé vers l’extérieur à travers les parois fondues avant que tout refroidisse.

Le verre au cœur d’une fulgurite de sable typique est un minéraloïde appelé lechatelierite, une forme amorphe de silice, SiO2, de même chimie que le quartz mais sans son ordre cristallin. Elle porte le nom du chimiste français Henry Louis Le Chatelier, et le terme a été forgé par le minéralogiste français Alfred Lacroix en 1915. La lechatelierite est ce que l’on obtient lorsque de la silice presque pure est fondue puis refroidie trop vite pour se réorganiser en réseau cristallin. C’est le même matériau que celui qui se forme dans les verres d’impact de météorite et qui est apparu dans le sable du désert fondu sous le premier essai nucléaire. Comme sa formation exige de la silice presque pure, toutes les fulgurites ne sont pas faites de lechatelierite ; la composition d’une fulgurite est dictée entièrement par ce que la foudre a frappé par hasard.

La plupart des fulgurites ne sont pas chimiquement uniformes. Elles comportent généralement au moins deux composants : un verre de silice presque pure, la lechatelierite, et une pâte environnante de composition plus mélangée, qui reflète le fer, l’aluminium, le calcium et les autres éléments présents dans le sol ou la roche d’origine. La couleur suit la chimie. Les échantillons vont du blanc translucide et du beige clair au gris, au vert et au noir, les teintes les plus sombres provenant généralement du fer et d’autres impuretés.

Les cinq types de fulgurite

La classification la plus utilisée vient de Matthew Pasek, de l’université de Floride du Sud, et de ses collègues Kristin Block et Virginia Pasek, dans un article de 2012 paru dans Contributions to Mineralogy and Petrology. Ils ont réparti les fulgurites en quatre types principaux, plus un cinquième, mineur, en fonction du matériau frappé et de la structure obtenue.

Les fulgurites de type I sont les fulgurites de sable, ces tubes creux familiers aux parois de verre minces, formés dans un sable propre riche en quartz. Celles de type II sont les fulgurites d’argile, formées dans des sols contenant davantage d’argile, de sable et de petits fragments de roche ; leurs parois sont plus épaisses et riches en matière fondue, et elles ont tendance à être plus larges que celles de type I. Celles de type III sont les fulgurites de caliche, formées dans la croûte indurée de carbonate de calcium des régions arides ; la silice vitreuse n’y est qu’une phase mineure, souvent moins d’un dixième de la matière, et les grains vitreux sont liés par de la calcite. Celles de type IV sont les fulgurites de roche, formées lorsque la foudre frappe la roche massive, laissant des croûtes vitreuses et des chenaux étroits entourés de roche encaissante non fondue. Les fulgurites du cinquième type, en gouttelettes ou exogènes, sont morphologiquement différentes des autres et se forment sous la forme d’éclaboussures ou de perles de liquide fondu projetées sur une surface, apparentées par leur composition aux types argile ou roche.

À partir de la forme et de l’épaisseur des parois de ces structures, Pasek et ses collègues sont remontés jusqu’à la physique. Ils ont estimé que les impacts qui forment des fulgurites délivrent de l’ordre de 1 à 30 mégajoules d’énergie par mètre de fulgurite formée, que le sol chauffe à des vitesses d’environ 1 000 kelvins par seconde, et que le canal conducteur traversant le sable ne mesure qu’un millimètre de large environ. Un éclair qui ressemble à un ruban aveuglant dans le ciel fabrique son verre souterrain par un filament plus fin qu’une mine de crayon.

La physique de l’impact : pourquoi le sable devient du verre

La foudre est l’un des phénomènes quotidiens les plus violents à la surface de la planète. Dans un éclair nuage-sol négatif typique, un faible « traceur par bonds » ramifié, chargé négativement, descend du nuage par sauts rapides. À l’approche du sol, des décharges ascendantes chargées positivement s’élancent des arbres, des poteaux et des points hauts. Quand un traceur et une décharge ascendante se rejoignent, un arc en retour remonte en trombe le canal ainsi établi ; le National Severe Storms Laboratory de la NOAA décrit cet arc en retour comme se déplaçant à environ 60 000 miles par seconde en direction du nuage, soit à peu près un tiers de la vitesse de la lumière, et c’est cet arc en retour qui produit l’éclair éblouissant que nous voyons. Un seul éclair nuage-sol négatif, note la NOAA, se compose d’un arc en retour, voire de 20 au plus, le long du même trajet, ce qui explique pourquoi la foudre semble souvent vaciller.

Les températures en jeu sont extrêmes. La NASA décrit un arc en retour atteignant de l’ordre de 30 000 °C, et le National Severe Storms Laboratory de la NOAA avance le chiffre d’environ 50 000 °F, soit à peu près cinq fois plus chaud que la surface visible du Soleil. Cette chaleur est déposée en quelques microsecondes, plus vite que l’air environnant ne peut se déplacer, ce qui engendre l’onde de choc que nous entendons sous forme de tonnerre. Le canal visible lui-même est étroit : la NOAA situe le véritable canal porteur du courant à un ou deux pouces de diamètre, enveloppé d’une gaine plus large d’air chargé.

Quand ce courant pénètre dans le sol, la grandeur qui compte pour fabriquer du verre n’est pas seulement la température maximale, mais la durée pendant laquelle le courant continue de circuler. Les pics de courant de la foudre se chiffrent généralement en dizaines de kiloampères, dépassant parfois 100 kiloampères, mais ce n’est pas ce bref pic qui construit un long tube. C’est le « courant persistant », un flux plus durable de plusieurs dizaines à plusieurs centaines d’ampères, que les chercheurs tiennent pour responsable de la fusion du sable en fulgurites. Le courant suit le chemin de moindre résistance à travers le sable humide, légèrement conducteur, et chauffe un mince filament bien au-delà du point de fusion de la silice.

C’est ce point de fusion qui compte. La silice pure fond à environ 1 700 °C, le quartz se ramollissant vers 1 710 °C ; dans le sable naturel, la valeur est plus élevée, très approximativement de 1 700 à 2 000 °C selon l’humidité et les impuretés. Un canal de foudre dépasse ces chiffres sans effort. Les grains le long du canal fondent en un liquide vitreux fluide, l’eau et l’air piégés dans le sable se vaporisent instantanément et sont soufflés vers l’extérieur, puis la silice fondue subit une trempe presque instantanée quand le courant s’interrompt et que le sable froid environnant évacue la chaleur. Les cristaux n’ont pas le temps de croître, de sorte que la silice se fige à l’état de verre. Le tube creux, souvent mousseux, qui en résulte est un moulage du canal vaporisé, ses parois bulleuses gardant la trace des gaz qui se sont échappés.

C’est aussi pourquoi les fulgurites sont si fragiles et si rarement conservées. Les parois sont minces, le verre est cassant, et la plupart des fulgurites se forment dans du sable mobile ou dans de minces croûtes rocheuses qui s’altèrent et se brisent vite. Environ un tiers seulement de la foudre d’un orage atteint le sol, et seule une fraction de ces impacts frappe le bon matériau dans les bonnes conditions pour laisser un tube de verre durable. Celles qui survivent assez longtemps pour être trouvées sont l’exception.

Où se forment les fulgurites et comment les reconnaître

L’endroit le plus facile pour trouver de la foudre pétrifiée est exactement celui auquel on s’attendrait : un sable propre, sec et riche en quartz. Les plages, les dunes côtières et les déserts sont les cadres classiques. Les rives du lac Michigan et la côte atlantique sont des sources de fulgurites de sable connues de longue date, et les champs de dunes du Sahara et de l’outback australien en ont livré de grandes quantités ces dernières décennies, en partie parce que l’activité humaine a rendu les ergs reculés plus accessibles. Dans un champ de dunes, le vent met périodiquement à nu des tubes enfouis, et les collectionneurs ratissent le sable fraîchement exposé à la recherche de fragments vitreux, légèrement plus sombres, qui se détachent des grains meubles.

Reconnaître une fulgurite de sable sur le terrain demande un œil attentif. L’extérieur est généralement une croûte rugueuse et sableuse de la même couleur que le sol environnant, si bien que les tubes se camouflent. Ce qui les trahit, c’est l’intérieur vitreux entrevu à une extrémité brisée, ainsi que la forme ramifiée, s’effilant vers le bas, qu’aucun galet ordinaire ne partage. Sur les Outer Banks de Caroline du Nord, où le sable et les orages d’été abondent, ceux qui en trouvent décrivent la fulgurite comme à peine plus sombre que la plage, la majeure partie de la structure restant enfouie là où la foudre l’a enfoncée.

Les fulgurites de roche se forment différemment. Quand la foudre frappe la roche nue, surtout sur des sommets exposés, elle laisse de minces croûtes vitreuses et d’étroits chenaux tapissés de verre plutôt que de longs tubes. Les sommets des montagnes en sont réputés. Des naturalistes du XIXe siècle ont noté l’abondance de fulgurites de roche au sommet du Petit Ararat, et les catalogues modernes citent des sites classiques comme le mont Thielsen, dans l’Oregon, un sommet si souvent foudroyé qu’on l’a surnommé le paratonnerre des Cascades. Alexander von Humboldt a décrit de la roche fondue en altitude sur le Nevado de Toluca, au Mexique.

Les Alpes fournissent un exemple bien étudié. Au sommet du Cornone di Blumone, dans le massif de l’Adamello, dans les Alpes italiennes occidentales, Rodney Grapes et Heidi Müller-Sigmund ont documenté un impact de foudre qui avait fondu du gabbro, une roche magmatique riche en fer, pour en faire une fulgurite à magnétite. Dans cette étude de 2010, la foudre a fondu de la magnétite, de la hornblende et du plagioclase calcique en un verre riche en fer et pauvre en silice, dont les cristaux de magnétite squelettiques et ramifiés enregistrent une surfusion extrême, signature d’un liquide trempé presque instantanément. C’est de la foudre pétrifiée qui ne contient presque pas de lechatelierite, ce qui rappelle que le terme décrit un processus, et non une recette figée.

Les travaux récents les plus spectaculaires sur les fulgurites de roche viennent de l’île de Kinmen, à Taïwan, où Li-Wei Kuo, Steven Smith et leurs collègues ont publié en 2021 une étude dans Scientific Reports. Kinmen est bâtie en grande partie de gneiss granitique, et lors d’un seul orage, le 7 mai 2018, l’île a enregistré plus de 3 000 événements de foudre, le plus puissant faisant passer environ 162 kiloampères jusqu’au sol sur son point culminant. Les chercheurs ont trouvé des fulgurites non seulement sous la forme d’une croûte fraîche en surface mais aussi, pour la première fois documentée où que ce soit, à l’intérieur de fractures courant plusieurs mètres sous la surface. En comparant la roche touchée par la foudre à du granite de référence prélevé dans un forage de 138 mètres de profondeur, ils ont identifié des microstructures qui enregistrent à la fois une chaleur intense et une pression intense : du verre, une transformation de phase dans le feldspath potassique, et des contraintes résiduelles conservées dans les grains minéraux, atteignant jusqu’à environ 1,5 gigapascal. Ils ont conclu que la foudre nuage-sol peut engendrer des températures supérieures à 1 700 °C et des pressions de l’ordre du gigapascal, non seulement en surface mais le long de fractures profondes dans le sous-sol, et que la densité de courant à l’intérieur d’une fracture située jusqu’à 40 mètres du point d’impact peut rivaliser avec celle de la surface. Ils se sont appuyés sur un modèle numérique antérieur, publié par Chien-Chih Chen et ses collègues en 2017, selon lequel la foudre frappant la roche nue peut générer momentanément des pressions locales supérieures à 7 gigapascals et des températures de plus de 2 000 kelvins, produisant une sorte d’onde de choc. Certaines des structures qui en résultent ressemblent au métamorphisme de choc de faible niveau que les géologues associent aux impacts de météorites, ce qui signifie que les cicatrices de la foudre et celles des impacts peuvent être confondues si l’on n’y prend garde.

Les fulgurites, capsules temporelles

Parce qu’une fulgurite se forme en un instant puis piège dans le verre un échantillon de son environnement, elle peut conserver des informations sur le moment de l’impact. La démonstration la plus nette vient du désert de Libye. Dans un article de 2007 paru dans Geology, Rafael Navarro-González et une équipe internationale, dont la spécialiste de la luminescence de l’U.S. Geological Survey (USGS) Shannon Mahan, ont analysé des gaz piégés dans les bulles vitreuses d’une fulgurite du Sahara oriental.

Les bulles contenaient du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone et du monoxyde d’azote, scellés lorsque le verre a subi sa trempe. À partir de leur composition, les chercheurs ont reconstitué la chimie du sol au moment de la formation : environ 0,1 % de carbone organique, un rapport carbone/azote de 10 à 15, et une valeur isotopique du carbone indiquant une végétation dominée par des plantes en C4, le type d’herbes qui prospère aujourd’hui dans les prairies semi-arides. Autrement dit, l’endroit frappé par la foudre n’était pas couvert jadis par une dune nue mais par une savane de type sahélien. La datation par thermoluminescence a situé l’impact il y a environ 15 000 ans. L’implication est frappante : la ceinture semi-aride du Sahel, qui se situe aujourd’hui vers 17 degrés nord, devait s’étendre au moins jusqu’à 24 degrés nord à la fin de la dernière période glaciaire, quand le « Sahara vert » était une réalité. L’équipe a soutenu que les gaz des fulgurites, combinés à la datation par luminescence, peuvent servir d’outil authentique de paléoécologie quantitative, en lisant dans le verre des paysages disparus.

L’aspect datation a une portée plus large. Une fulgurite déclenche une horloge géologique à l’instant où elle se forme, car la chaleur remet à zéro le signal de luminescence de ses grains minéraux. La présence et l’âge des fulgurites dans une région peuvent aussi servir à estimer la fréquence avec laquelle la foudre y a frappé par le passé, alimentant le jeune domaine de la paléofoudre, l’étude de l’activité électrique ancienne à travers les marques qu’elle laisse dans la roche.

Le rebondissement sur l’origine de la vie : du phosphore tombé du ciel

Le chapitre le plus surprenant de la science des fulgurites concerne la chimie du phosphore, un élément essentiel à toute vie connue. Le phosphore est au cœur de l’ADN, de l’ARN, des membranes cellulaires et de l’ATP, la molécule qui transporte l’énergie. Sur la Terre primitive, pourtant, le phosphore posait un problème. Il était piégé pour l’essentiel dans des minéraux phosphatés comme l’apatite, qui se dissolvent mal dans l’eau, ce qui le rendait difficile d’accès pour la chimie prébiotique. Une solution privilégiée a été celle des météorites, qui renferment le phosphure de fer et de nickel schreibersite, (Fe,Ni)3P. Quand la schreibersite réagit avec l’eau, elle libère des formes réactives et hydrosolubles de phosphore, capables de construire les molécules dont la vie a besoin.

Les fulgurites entrent dans cette histoire parce que la foudre, comme l’impact d’une météorite, est un événement de haute énergie capable de réduire chimiquement le phosphate. En 2009, Matthew Pasek et Kristin Block ont signalé dans Nature Geoscience que des fulgurites d’Amérique du Nord, d’Afrique et d’Australie contenaient du phosphore dans des états d’oxydation réduits, les formes partiellement oxydées phosphite et hypophosphite que de nombreux micro-organismes peuvent utiliser. C’était l’une des premières fois que du phosphore réduit était trouvé dans une roche terrestre moderne, et cela laissait penser que la foudre nuage-sol accroît la biodisponibilité locale d’un nutriment par ailleurs récalcitrant.

L’idée a gagné un spécimen éloquent en 2016, lorsque la foudre a frappé une propriété de Glen Ellyn, dans l’Illinois, et produit une fulgurite exceptionnellement grande et bien conservée. Les propriétaires l’ont donnée au Wheaton College voisin, où un étudiant en licence nommé Benjamin Hess a commencé à l’étudier. En collaboration avec Sandra Piazolo et Jason Harvey, de l’université de Leeds, Hess a découvert que la fulgurite de Glen Ellyn contenait une grande quantité de schreibersite, le même phosphure que l’on associe d’ordinaire aux météorites. Leurs résultats ont paru dans Nature Communications en 2021.

Les chiffres sont concrets. La fulgurite, d’environ 30 kilogrammes, contenait de l’ordre de 0,1 kilogramme de schreibersite, une grande quantité pour une seule roche terrestre. En extrapolant, ils ont avancé que la foudre sur la Terre primitive aurait pu produire entre 10 et 1 000 kilogrammes de phosphure et entre 100 et 10 000 kilogrammes de phosphite et d’hypophosphite par an durant l’Hadéen et le début de l’Archéen, une fenêtre allant d’environ 4,5 à 3,5 milliards d’années. Leur modèle supposait une jeune planète bien plus orageuse, avec de l’ordre de 1 à 5 milliards d’éclairs par an. (À titre de comparaison, le taux actuel fait débat : l’équipe de Hess a retenu environ 560 millions d’éclairs par an comme base, tandis que l’Optical Transient Detector spatial de la NASA estimait la foudre mondiale à environ 44 éclairs par seconde, soit près de 1,4 milliard par an. Les auteurs ont présenté leurs chiffres pour la Terre primitive comme des estimations d’ordres de grandeur, et non comme des totaux précis.)

Ce qu’il faut retenir sur le plan conceptuel mérite qu’on s’y arrête. L’apport de phosphore par les météorites a chuté brutalement à mesure que le bombardement initial s’atténuait ; comme l’a formulé Harvey, le grand apport de phosphore par les impacts est un événement qui n’arrive qu’une fois par système solaire. Pas la foudre. Tant qu’une planète possède une atmosphère qui engendre des orages, la foudre continue de fournir du phosphore réactif, année après année. L’équipe a estimé que, sur Terre, le phosphore issu de la foudre aurait dépassé l’apport des météorites à partir d’il y a environ 3,5 milliards d’années, et elle a noté que le même mécanisme pourrait fonctionner sur d’autres mondes semblables à la Terre bien après la fin de leur bombardement.

En 2023, Luca Bindi, de l’université de Florence, Tian Feng et Pasek ont poussé la chimie plus loin dans un article paru dans Communications Earth & Environment. En étudiant une fulgurite trouvée à New Port Richey, en Floride, en 2012, formée lorsque la foudre avait fondu du sable autour d’une racine d’arbre, ils ont identifié un matériau à base de phosphite de calcium, de formule idéale CaHPO3, à l’intérieur de sphérules faites en grande partie de siliciures de fer. Dans ce composé, le phosphore se trouve à l’état d’oxydation +3, intermédiaire entre le +5 du phosphate ordinaire et les états négatifs du phosphure. Les auteurs l’ont décrit comme, à leur connaissance, le premier matériau cristallin hébergé par une fulgurite dans lequel le phosphore n’est pas du phosphate entièrement oxydé, et ont suggéré qu’il pourrait représenter un nouveau groupe de minéraux. Pasek et Bindi ont indiqué qu’ils prévoyaient des études supplémentaires pour déterminer si ce matériau peut prétendre à une reconnaissance officielle comme minéral. Cette découverte implique que le phosphate peut être réduit par plus d’une voie chimique lors d’événements de haute énergie, et que des solides porteurs de phosphite comme celui-ci pourraient faire partie des moyens par lesquels le phosphore réduit entre dans le cycle plus large du phosphore.

Une remarque sur l’échelle s’impose ici. Il s’agit de quantités de l’ordre du gramme dans des roches individuelles et d’extrapolations d’ordre de grandeur à travers le temps géologique. Ces travaux ne prétendent pas que la foudre a fait la vie. Ils soutiennent, avec prudence, que la foudre est une source plausible et continue du phosphore réactif dont la chimie prébiotique aurait eu besoin, une alternative ou un complément à l’hypothèse des météorites plutôt qu’une solution à l’ensemble du problème de l’origine de la vie.

Une brève histoire de la science des fulgurites

On se casse la tête sur la foudre pétrifiée depuis longtemps, se trompant généralement avant de trouver la bonne explication. Les descriptions du début de l’époque moderne voyaient dans les tubes vitreux des produits d’un feu souterrain, et certains auteurs leur attribuaient des pouvoirs curatifs ; l’auteur allemand Leonhard David Hermann les a décrits dans son ouvrage de 1711, Maslographia. Certains historiens font remonter les mentions de fulgurites plus loin encore, au lapidaire du roi castillan du XIIIe siècle Alphonse X.

La dénomination date du début du XIXe siècle. Le mot « fulgurite » est entré en anglais dans les années 1820, l’Oxford English Dictionary citant le cristallographe Henry James Brooke en 1823, et la forme allemande « Fulgurit » a été introduite par le minéralogiste Karl Gustav Fiedler dans les Annalen der Physik. L’exemple britannique célèbre venait de Drigg, dans le Cumberland, où des tubes ont été découverts en 1812 ; trois fulgurites distinctes ont été trouvées côte à côte, interprétées comme les différentes ramifications d’un même éclair, leurs canaux vitreux courant sur plusieurs mètres à travers le sable. Ces spécimens sont devenus bien connus des naturalistes, et des récits ont circulé sur des tubes suivis sur des distances extraordinaires dans le sol.

Charles Darwin faisait partie de ceux qui y ont prêté attention. Dans The Voyage of the Beagle (« Voyage d’un naturaliste autour du monde »), il raconte avoir trouvé un groupe de tubes siliceux vitrifiés dans les buttes de sable près de Maldonado, sur la côte de ce qui est aujourd’hui l’Uruguay, formés par la foudre pénétrant dans du sable meuble. Il a noté qu’ils ressemblaient « en tous points » aux tubes de Drigg, dans le Cumberland, décrits dans les Geological Transactions, et qu’en travaillant de ses mains, il avait suivi un tube sur environ deux pieds de profondeur, les fragments totalisant plus de cinq pieds. Darwin a compris que les tubes gardaient la trace du « calibre » de la foudre, et il a mentionné des expériences de laboratoire antérieures, menées à Paris, dans lesquelles de fortes décharges électriques à travers une matière pulvérisée avaient produit un verre similaire. Parmi les premiers naturalistes qui ont examiné des fulgurites, dont Humboldt et Horace-Bénédict de Saussure, Darwin s’est distingué en les reliant fermement à la foudre plutôt qu’à quelque feu souterrain.

Les musées sont devenus le foyer naturel des plus beaux spécimens. Le Yale Peabody Museum expose l’une des plus longues fulgurites conservées, un tube de sable d’environ 13 pieds (4 mètres) de long. Le musée date sa formation d’un impact de foudre survenu en 1949 à Miller’s Beach, sur la rive du Connecticut des Congamond Lakes. L’Oxford University Museum of Natural History conserve le matériel historique de Drigg. Et le détenteur du record de Camp Blanding, une fois enfin reconstitué, s’est mis en quête d’un musée assez grand pour l’exposer.

Provoquer la foudre exprès

L’une des raisons pour lesquelles les travaux de Camp Blanding sont si bien documentés est que les chercheurs n’y attendent pas toujours la nature. L’International Center for Lightning Research and Testing déclenche la foudre délibérément, selon la technique de la fusée et du fil : une petite fusée traînant un fin fil relié à la terre est tirée dans un nuage d’orage chargé, ce qui fournit un chemin conducteur qui incite une décharge à descendre jusqu’à un endroit choisi. Sur le long terme, le centre a déclenché la foudre à un rythme soutenu, avec en moyenne environ 30 éclairs déclenchés par an, la majorité comportant des arcs en retour, certains étés chargés atteignant jusqu’à 35. L’installation a été construite à l’origine pour comprendre comment la foudre endommage les réseaux électriques, et l’on a documenté des impacts déclenchés qui ont fait fondre des câbles enterrés et formé des fulgurites tout contre eux.

Les laboratoires ont aussi commencé à fabriquer des fulgurites de toutes pièces. Dans une étude de 2023 parue dans Scientific Reports, A. Zeynep Çalışkanoğlu, Donald Dingwell et leurs collègues de la Ludwig-Maximilians-Universität de Munich ont généré des fulgurites à partir de cendres volcaniques du Laacher See à l’aide d’un montage à haute tension comprenant une source de courant continu et un circuit d’impulsion de déclenchement, délivrant une brève impulsion de fort courant suivie d’un courant persistant plus long, imitant délibérément la structure en deux temps d’un véritable impact. Les fulgurites expérimentales ressemblaient de très près aux fulgurites naturelles par leur texture et leur état, ce qui permet aux chercheurs de faire varier les conditions et d’observer comment le liquide fondu se forme, dégaze et se fige : une séquence impossible à programmer avec de la vraie foudre. Des expériences apparentées du même groupe ont reproduit la chimie du phosphore réactif, renforçant le lien entre la foudre et le phosphore prébiotique.

Pourquoi les fulgurites valent la peine

Pour un objet qui se forme en moins d’une seconde et qui s’effrite le plus souvent avant que quiconque ne le remarque, la fulgurite porte une quantité d’informations peu commune. C’est un enregistrement physique direct d’un impact de foudre, qui conserve dans le verre le diamètre, la ramification et la pénétration vers le bas du canal lui-même. Elle piège des gaz qui permettent de reconstituer un paysage disparu depuis des milliers d’années. Elle est le siège d’un éclair de chimie extrême qui transforme le phosphate récalcitrant en phosphore réactif dont dépend la vie, et elle le fait assez souvent, sur assez de temps géologique, pour que les chercheurs la considèrent désormais comme une candidate sérieuse à l’une des voies par lesquelles les ingrédients de la vie sont devenus disponibles. Le même verre qui avait poussé les collectionneurs du XVIIIe siècle à parler de feux souterrains et de pouvoirs de guérison se révèle être à la fois un instrument d’enregistrement, une horloge et un petit creuset.

Ainsi, la prochaine fois qu’un orage passera au-dessus d’un champ de dunes ou d’une plage de sable, certains de ces éclairs ne se contenteront pas de se décharger dans le sol. Quelques-uns laisseront derrière eux un verre qui pourra rester inaperçu pendant quinze mille ans, gardant la forme d’un instant unique et la chimie d’un monde bien plus ancien.