Une figure de Lichtenberg est une forme de décharge électrique qui a un motif ramifié en forme de plume. Il porte le nom d’un physicien allemand du XVIe siècle, Georg Christoph Lichtenberg, à qui l’on attribue la découverte du motif. La sortie générée dans une figure de Lichtenberg est considérée comme une forme de fractale, qui sont des motifs dans la nature qui se répètent à des échelles de plus en plus petites, démontrant une propriété connue sous le nom d’auto-similarité.
La science contemporaine de la physique des plasmas est basée sur des principes fondamentaux impliqués dans la création de décharges électriques ramifiées telles que la figure de Lichtenberg. Les fractales, ou arborescences électriques d’énergie qui sont créées lors de la formation d’une figure de Lichtenberg, sont dues aux propriétés physiques des diélectriques. La diélectrique est l’étude du claquage électrique lorsque des courants à haute tension traversent un isolant ou une substance qui peut maintenir un champ électrique avec peu de perte de puissance.
La xérographie, ou le procédé utilisé par les photocopieuses, est également basé sur les principes de décharge électrostatique révélés pour la première fois dans la figure de Lichtenberg. L’un des aspects uniques du travail de Georg Lichtenberg avec ces figures est qu’il a découvert que les charges positives et négatives présentent des types de motifs très différents. Une figure chargée positivement a tendance à être fortement ramifiée et multicouche, tandis qu’une figure chargée négativement ressemble plus au motif d’onde circulaire en expansion que l’on voit lorsque l’on jette une pierre dans un étang. La technologie de la photocopie repose sur la différence de charges positives et négatives pour transmettre les images sur le papier.
À l’origine, Georg Lichtenberg utilisait des médiums pour générer une figure, tels que des isolants en résine ou en verre, recouverts d’une fine couche de poudre conductrice de soufre ou de tétroxyde de plomb. Ces premiers affichages sont connus sous le nom de Lichtenberg Dust Figures. Des charges de surface sont apparues dans le revêtement en poudre un peu comme ce que l’on voit lorsque la limaille de fer s’organise en un motif en présence d’un champ magnétique. La figure de Lichtenberg ressemblait plus à un motif d’éclair naturel avec une décharge d’énergie plus uniforme à partir d’un centre circulaire se ramifiant vers l’extérieur.
Alors que les recherches sur les propriétés de la figure de Lichtenberg se poursuivaient aux XIXe et XXe siècles, des supports tels que des films photographiques et des gaz ionisés ont ensuite été utilisés pour afficher les décharges électriques de branchement. Une méthode actuelle pour générer une figure de Lichtenberg consiste à utiliser des blocs de plastique acrylique comme isolants à travers lesquels une très haute tension, de l’ordre de 19 kilowatts, est transmise à partir d’un accélérateur linéaire. Ce processus génère des faisceaux d’électrons pouvant atteindre 20 millions d’électrons-volts (MeV), qui sont capables de pénétrer jusqu’à environ 150 pouce (5 cm) dans la base acrylique avant d’être arrêté. En faisant tourner le bloc acrylique ou en chargeant plusieurs régions, une figure tridimensionnelle élaborée peut être créée. La recherche sur les figures de Lichtenberg peut avoir de nombreuses applications pratiques en médecine, en électronique et plus encore, et est également un effet secondaire de la recherche sur la fusion nucléaire à l’installation Z du Sandia National Laboratory, au Nouveau-Mexique, aux États-Unis.