Dossier : la foudre
Formation, décharge, conséquences, protection.

 


Note : les images présentées sont libres car leurs auteurs ont renoncé au copyright ou travaillent pour des entreprises publiques (NOAA aux Etats-unis) ou car leurs copyright ont expiré.



Introduction :
La foudre est le phénomène physique qui se produit lorsqu’une décharge électrique se produit entre, généralement, un nuage et le sol. L’éclair constitue la partie lumineuse de la foudre et le tonnerre la partie auditive.

Toujours inquiétante, la foudre fascine. Les gaulois, valeureux guerriers, en ont une peur bleue, voyant dans ce phénomène une manifestation de leur dieu Taranis (appelé Toutatis dans la BD D’Asterix et Obelix).

Le Dieu Thor (pays nordiques) signifie « tonnerre ».

Fascinante donc, la foudre intéresse les curieux et les scientifiques comme Benjamin Franklin qui, en 1752, veut attribuer une origine électrique à la foudre. Il fabrique un cerf-volant et attache une clé métallique à la corde. Lors d’un orage, le cerf-volant sert de guide à le décharge électrique qui vient illuminer la clé, de nombreux éclairs sortant de celle-ci. Le fils de Benjamin Franklin, proche de la clé, reçoit une décharge non mortelle. Au bout de la ficelle, Franklin avait attaché l’ancêtre de nos condensateurs, une bouteille de Leyde, qui s’est retrouvée chargée d’électricité.

Dans ce qui suit, nous allons donc essayer de comprendre comment se forme la foudre dans le cas le plus commun : l’orage avec cumulonimbus.

 

 

1) Formation d’un orage.
Tout commence par la formation d’un cumulonimbus. Ce nuage, qui peut atteindre jusqu’à 15 km de hauteur, est le siège d’intenses phénomènes physiques.


 

 

Imaginons un après-midi d’été : le sol est chauffé par le Soleil. Une masse d’air humide arrive. Par un phénomène de convection, l’air chaud et humide s’élève dans la partie de l’atmosphère appelée troposphère. Cette bulle monte et donc, se refroidit. L’eau se liquéfie en gouttes puis les gouttes deviennent du grésil (petits morceaux de glace) lorsque la température atteint -15°C. Cette bulle continue de monter. La limite sera atteinte lorsque les particules de glace atteignent la stratosphère. Le nuage s’étale et prend la forme d’une enclume.

 

 

 

 

 

Deux phénomènes physiques se déroulent alors dans le nuage : convection et gravitation. Pour faire simple, la convection est due à la température (l’air chaud s’élève) et la gravitation fait que les plus grosses particules tombent alors que les plus légères peuvent encore s’élever, entraînées par les courants de convection. Lors de ces mouvements permanents de matière, il y a création d’électricité statique de grande ampleur.

 

2) Décharge électrique.

Sans rentrer dans les détails, l’électricité statique met en jeu 2 types d’électricité : positive et négative. Les particules de matière électrisée s’appellent communément des « charges électriques ». Des particules de charges opposées (+ et -) s’attirent.
C’est exactement ce qui va se passer entre le cumulonimbus et le sol. Certaines parties du nuage vont se charger négativement et un phénomène appelé précurseur peut naître au bout d’une certaine limite, rendant l’air conducteur : une décharge d’électrciité négative progresse vers le sol.
Au sol sous le nuage, une charge positive se développe rapidement notamment au voisinage des objets les plus pointus (pylones, arbres, cathedrales…) et un phénomène appelé « arc retour » apparaît, joignant le précurseur et créant le canal de foudre.

La température de l’air atteint les 30 000 °C pendant la décharge.

Et une video :

Dans certains cas, on comprend vite que l'activité orageuse va être...disons...violente :

 

 

3) Conséquences de la décharge.
L’évacuation des charges négatives crée un courant électrique d’intensité comprise entre 10.000 et 300.000 ampères (!). Si ce courant touche un humain ou un être vivant, la mort est possible, on estime à 15000 le nombre d’animaux tués chaque année par la foudre.

En cas d’orage, toujours se rappeler que l’éclair peut tomber à côté des objets pointus et conducteurs.
Donc, en extérieur :
- ne pas s’abriter sous un arbre
- ne pas porter d’objets métalliques (club de golf, canne à pêche, parapluie…)
- éviter la baignade (le corps mouillé est meilleur conducteur que le corps sec)

en intérieur :
- débrancher les appareils électriques
- ne pas téléphoner avec un appareil à fil (sauf pour contacter les urgences en cas de besoin), le téléphone mobile est sans risque.

Des conseils très complets :
http://www.apfoudre.com/20recom.htm

4) Protection :

Pour aider à l’évacuation des charges négatives vers le sol, un chemin très conducteur est nécessaire : le paratonnerre est une pointe métallique qui relie le haut d’un bâtiment au sol par l’intermédiaire d’un fil métallique.

On compte en moyenne un impact de foudre par seconde dans le monde. Ce phénomène présente des risques pour les personnes et les installations. A titre d’exemple, la NASA interrompt ses opérations de maintenances sur les pas de tir lorsque des orages sont annoncés.


5) Surplus d’informations :

Dans le tome des « 7 boules de cristal », le professeur Tournesol est entraîné par une boule de foudre (lightball en anglais).

 


Jamais expliqué de façon exacte, ce phénomène est décrit par plusieurs théories dont voici la plus crédible : la foudre tombe sur une bande de sable qui a pour constituant principal la silice, vaporisant le silicium. Ce nuage de silicium, sous l’effet d’une brusque chute de température, se contracte brutalement et la chaleur due à cette contraction provoque la combustion de la bulle de silicium dans le dioxygène de l’air. La bulle se déplace, comme vivante.

Voir une video sur une expérience de formation de boules de foudre recrées en laboratoire en utilisant des électrodes à très haute tension et une lame de silicium.




Pour terminer, sachez que la foudre ne s’abat pas que lors d’un orage ; elle peut intervenir lors d’une éruption volcanique ou sur d’autres planètes (ici Jupiter) ainsi que tomber sur un monument fort connu (1920).


 

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