Les phénomènes lumineux transitoires ou TLE de l’anglais Transient Luminous Events, ont été découverts « par hasard » en 1989 lors d’essais de nuit d’une caméra vidéo par une équipe de l’Université du Minnesota. Ils se produisent tous au-dessus des orages mais ils peuvent se distinguer les uns des autres par leur forme, leur durée, leurs conditions de production et leurs régions de développement. Ainsi il existe plusieurs types de TLE : les sylphes, les elves, les jets, les halos et les trolls.
Les sylphes
Les sylphes (sprites en anglais) sont à l’origine de la première observation en 1989. Ils sont associés à des systèmes convectifs de moyenne échelle (MCS de Mesoscale Convective System), c’est-à-dire des orages de dimension horizontale d’au moins 150 km et de durée de vie de quelques heures. Ils sont produits au-dessus de la zone stratiforme de ces orages, quelques millisecondes à quelques dizaines de millisecondes après un éclair nuage-sol positif et correspondent à un processus de décharge de type « streamer » qui démarre à environ 70 km d’altitude et qui dure quelques millisecondes. On les trouve sous différentes formes qui sont à l’origine de leur classification en « colonne », « carotte », « ange » ou encore « méduse ».
Les « elves »
Les « elves » (Emission of Light and Very low frequency perturbations due to Electromagnetic pulse Sources) sont de grands anneaux lumineux (100-300 km) à la base de l’ionosphère. Ils sont produits après des éclairs nuage-sol de forte amplitude et des deux signes, avec un délai très court (150 µs environ) et sont très brefs. Ils sont dus à des impulsions électro-magnétiques générées par l’arc-en-retour de l’éclair qui illuminent la base de l’ionosphère par excitation électronique.
Les jets
Les jets sont des décharges électriques lumineuses qui se développent au-dessus du nuage d’orage. Il y a les jets bleus (blue jets en anglais) qui atteignent 30 à 40 km d’altitude et les jets géants (ou gigantic jets en anglais) qui atteignent l’ionosphère à environ 90 km d’altitude la nuit. Leurs découvertes sont très récentes : 1994 pour les premiers et 2001 pour les seconds. Les jets bleus émergent du sommet du nuage en prenant la forme de cônes de lumière bleutée. Le jet géant se décompose en 2 phases : le « leading jet » qui dans un premier temps trace le parcours de la décharge avec des branches plus ou moins développées vers le haut et le « trailing jet » qui apparaît comme une décharge secondaire plus lumineuse mais moins développée verticalement.
Ils sont difficilement visibles à l’oeil nu et ils peuvent être enregistrés grâce à des vidéos obtenues avec des caméras très sensibles, typiquement de l’ordre du millilux en noir et blanc. Ainsi au Pic du Midi, une caméra de ce type a été installée pour réaliser des observations au-dessus d’orages dans un rayon de 150 km à 700 km environ. La caméra est pilotable à distance grâce au réseau internet. Elle est montée sur un système d’orientation en élévation et en azimut afin de viser la zone propice aux déclenchements des décharges d’altitude. L’enregistrement des vidéos est géré par un logiciel de capture sensible aux variations lumineuses dans le champ de la caméra. Les vidéos peuvent être transférées par internet pour être analysées et associées à d’autres vidéos issues de caméras installées sur d’autres sites afin de faire des triangulations de ces phénomènes lumineux pour les localiser. On peut également leur associer d’autres types d’observations sur l’orage lui-même, notamment sur les caractéristiques microphysiques et dynamiques du nuage, sur les caractéristiques des éclairs associés. D’autres enregistrements sur le rayonnement électromagnétique produit peuvent aussi renseigner sur la physique de la décharge lumineuse et sur ses effets sur l’environnement et la haute-atmosphère. Ces décharges constituent un laboratoire naturel pour explorer le domaine de la physique des décharges électriques. Les programmes de recherche (Eurosprite) et les projets spatiaux européens (Taranis, ASIM) qui se mettent en place pour étudier ces phénomènes, associent plusieurs équipes européennes compétentes dans différents aspects de la physique : physique des nuages, physique de la décharge, physique des particules…
