2005 Année Internationale de la PHYSIQUE
dans le Nord - Pas-de-Calais


C'est quoi la foudre ?

Tout d'abord un grand merci à l'auteur de la photo, Sylvain Albault. Visiter son site www.parabola.fr.st


Comment se forme un orage ?

La physique de la foudre

Eh bien, toute est une question de physique. Pour qu'un orage éclate, il faut que les conditions soient bonnes, c'est-à-dire, lorsque de l'air anormalement froid recouvre de l'air anormalement chaud. Des courants d'air verticaux d'une violente extrême entraînent les fragments de glace, les grêlons, l'humidité, les gouttelettes d'eau à l'intérieur du nuage. Tous ces frottements créent une séparation entre les charges électriques. Puis, les atomes, constituées d'un noyau autour duquel gravitent des électrons, qui sont des particules chargées négativement. Avec tous les chocs qu'ils subissent à l'intérieur du nuage, les atomes se prennent des électrons les uns aux autres. Les particules qui gagnent un électrons se nomment charges négatives et celles qui en perdent, charges positives. Les particules les plus fines, chargées positivement se précipitent vers le sommet. Les plus lourdes, chargées négativement s'accumulent au vers la base du nuage. Les chocs violents entre toutes ces particules produit un déséquilibre entre les charges électriques à l'intérieur du nuage ainsi qu'à l'extérieur, entre la base négative du nuage et le sol positif. Lorsque toutes ces charges accumulées deviennent beaucoup trop importantes, et surtout lorsque les chargent s'opposent directement, il y a une décharge électrique, plus simplement appelée "éclair"et là, l'orage éclate. Si vous avez déjà compris tout cela, vous savez la base importante sur la formation d'un orage.

Foudre, éclairs et tonnerre

Site (très complet sur le sujet) de la Fédération Française de la montagne et de l'escalade.

Le courant de décharge dessine un trait en zigzag, de quelques dizaines de millimètres de diamètre : c'est la foudre. Les molécules d'air, traversées par ces lignes de courant, sont excitées par les charges électriques et émettent de la lumière : ce sont les éclairs. La durée totale d'un éclair n'est que d'environ un quart de seconde mais cela suffit pour porter très rapidement la température de l'air à 30 000 °C : cela provoque brutalement sa forte dilatation et crée une onde de choc, le tonnerre. Le roulement du tonnerre est dû aux ondes de choc successives tout au long de la propagation de l'éclair.

Un éclair est visible quasi instantanément puisque la vitesse de la lumière est d'environ 300 000 km/s ; au contraire, le tonnerre met un certain temps à parvenir à nos oreilles, la vitesse du son n'étant que de 330 m/s. La distance en mètres qui sépare l'observateur du phénomène est donc égale à 330 multiplié par le temps en secondes entre la vision de l'éclair et l'audition du tonnerre.

Les éclairs peuvent se produire au sein d'un nuage d'orage, d'un nuage à un autre ou encore entre la base d'un nuage et le sol, qui est chargé positivement. La foudre au sol présente le plus grand danger, même si les deux autres types d'éclairs peuvent avoir des conséquences sur la navigation aérienne. La foudre agit par approches successives. De petites décharges descendent par bonds saccadés de 10 à 200 m, à la vitesse de 100 km/h. Quand cette décharge, appelée décharge pilote, est à quelques dizaines de mètres au-dessus de la surface du sol, une autre, issue d'un point élevé (pylône, arbre, clocher, etc.), part à sa rencontre. Quand la jonction se réalise, se produit la véritable décharge appelée trait de retour : à une vitesse de l'ordre de 100 000 km/s, les charges courent entre la terre et le nuage. Ce processus peut se répéter plusieurs fois, en donnant l'impression que l'éclair clignote.

Différents noms d'éclairs

  • Fulminants: en sillons qui ne sont ni rectilignes ni en zigzag, mais courbés avec des arrondis graduels.
  • Ramifiés: lorsqu'ils se subdivisent en plusieurs branches.
  • Sinueux: lorsqu'ils ont de nombreux traits et segments assez apparents.

En fait, ces trois appelations réfèrent à l'éclair fulminant.

Longueur de la trajectoire d'un éclair

La longueur des éclairs peut aller de 100 m à 20 km dans le cas de l'éclair sinueux. Sa vitesse atteint 40000 km/s, donc un peu plus d'un dizième de la vitesse de la lumière. Son épaisseur est d'environ 3 cm.

Température de l'air autour de l'éclair

La température de l'air est très élevée, environ 30000 degrés (5 fois la température du soleil!) le long du trajet de l'éclair. (L'air traversé par l'éclair est "grillé"!).

Energie dégagée par l'éclair

On connaît aujourd'hui la puissance de la foudre: un courant de 30000 ampères correspondant à une tension de 100 millions de volts.

Couleur d'un éclair

La couleur de l'éclair nous informe sur la composition de l'air ambiant.

  • Un éclair rouge indique de la pluie dans l'air.
  • Un éclair bleu la présence de grêle.
  • Un éclair jaune est un signe d'une quantité importante de poussière dans l'atmosphère.
  • Un éclair blanc est signe d'un air très sec.

Éclairs de chaleur

Vous avez déjà vu des éclairs sans avoir entendu le tonnerre qui l'accompagne? Ce genre d'éclair est souvent appelé "éclair de chaleur".

Les "éclairs de chaleur" sont en fait produit par des orages lointains... si loin que vous pouvez voir l'éclair mais le tonnerre ne peut se rendre à l'endroit ou vous trouvez.

Voici pourquoi: la vitesse de la lumière (300 000 000 m/s) est extrêmement rapide par rapport à celle du son (300 m/s) (1 milion de fois plus rapide pour être plus précis). De plus, le coup de tonnerre et son onde se dissipent plus facilement en se propageant et, lorsqu'on est trop loin, le tonnerre ne se fait plus entendre (effet de mirage sonore).

affiche éclair animation