APEHF

La première partie nous a permis de voir que pendant des millénaires, les hommes ont été les victimes impuissantes et passives de la foudre. Nous avons découvert ce qui les avait amené à comprendre la nature électrique du nuage et à inventer le paratonnerre.

En deuxième partie, nous avons appris comment se formait la foudre, quels étaient les différents types d'éclairs.

La troisième partie nous a montré que si la foudre tue assez peu, ses dégâts sur l’homme et l’environnement n’en sont pas moins impressionnants et importants.

Enfin, la quatrième partie nous a appris les recommandations de prudence en cas d’orage,  et l’utilité des parafoudres et paratonnerres.

Aujourd’hui, les hommes ont compris le fonctionnement de la foudre et arrivent à la déclencher à volonté en laboratoire. La peur qu’elle suscitait autrefois a donc tendance à s’atténuer. Cependant, les recherches continuent, notamment en matière de protection, mais également sur des phénomènes encore mal connus liés à la foudre comme la foudre en boule.

       Test en laboratoire                        La foudre en boule intrigue

                                                           encore les chercheurs

On considère deux sortes de protection contre la foudre :

-         les attitudes adoptables par tout un chacun par temps orageux

-         les outils mis à la disposition de tous : le paratonnerre et le parafoudre.

     1) Attitudes à adopter ou ne pas adopter en cas d’orage

1) En milieu extérieur

Il a y a d’abord les bons réflexes que tous le monde devrait avoir.

Il est évident pour certains que l’attente sous un arbre est à proscrire. Cela est vrai, surtout s’il est isolé. Il a été prouvé que les risques de foudroiement d’un arbre isolé sont environ cinquante fois supérieurs à ceux d’un homme debout.

On pense souvent que l’idéal est de se coucher au sol. C’est une erreur. En effet, la décharge de l’éclair se propage dans le sol dans toutes les directions en produisant des tensions qui ne s’atténuent qu’avec la distance. Il est donc plus prudent de se pelotonner au sol, bras et jambes repliées, de préférence sur un sol sec, l’eau étant bonne conductrice.

Même s’il est parfois tentant, lors d’un coup de foudre, de se serrer dans ses bras, par peur, et c’est humain, mieux vaut respecter une distance entre les personnes d’environ trois mètres. En effet, le foudroiement d’une personne peut se propager à ses voisins proches par un phénomène appelé « éclair latéral ».

Il faut penser abaisser toutes les pièces conductrices, en particulier métalliques. Il faut également s’éloigner de toute structure métallique qui pourrait entraîner des éclairs latéraux.

Contrairement à ce qu’il est imaginable, s’abriter dans une voiture, bien que métallique ne constitue pas de danger. C’est même une solution appréciable, sauf si elle est décapotable, bien entendu. En effet, une voiture constitue une très bonne cage de Faraday : la foudre glisse le long de ses parois sans pénétrer à l’intérieur. Il ne faut cependant pas poser un pied au sol ou toucher une partie conductrice de la voiture, au risque d’être soumis à une élévation de tension.

Il est en revanche fortement déconseillé de courir afin d’atteindre l’automobile ou l’abri convoité. Non pas que la vitesse fasse courir un danger, mais l’écart des jambes peut entraîner une électrocution par tension de pas. On sait que des tensions se propagent dans le sol en s’atténuant. Il y a donc une différence de potentiel entre deux points distincts, même de quelques centimètres.

2) En milieu intérieur

   Débrancher les appareils électriques.

_Une autre précaution plus connue consiste à ne pas utiliser de téléphone fixe. Si la ligne téléphonique est aérienne, elle peut être touchée par la foudre, mais aussi subir une élévation de potentiel induite par un coup de foudre voisin. Même si l'un de ces deux phénomènes se produit loin à quelques kilomètres, la "surtension" générée localement se propage le long de la ligne.

    2) Deux systèmes complémentaires: les paratonnerres et les parafoudres

A) La protection extérieure : les paratonnerres

    1) Les différents types de foudroiement

Il existe plusieurs types de foudroiement auxquels l’Homme est exposé :

-Tout d’abord, la personne peut être victime d’un foudroiement direct qui se produit par impact direct de la foudre sur la personne.

-Ensuite, elle peut être atteinte par foudroiement par éclair latéral c'est-à-dire le courant de la foudre descend par un élément de faible conduction avant de choisir un chemin de moindre résistance qui peut être une personne situé à proximité.

-Puis,elle peut être frappée par foudroiement par tension de pas qui se produit lorsque la foudre frappe un point du sol puis le courant de la foudre s’écoule dans la terre,où il se diffuse autour du point d’impact. Cet écoulement génère un «gradient de potentiel» dû à la résistivité électrique du sol, ce qui signifie qu’entre deux points proches, situé tous deux à la surface du sol,va apparaître une différence de potentiel,qui entraîne chez un homme ou un animal le parcours du courant de dérivation sur cet être vivant,qui pourra être grièvement blessé,voire tué.

- Enfin,une personne peut être victime d’un foudroiement par tension de toucher :si  une personne,dont les pieds sont en contact avec un sol suffisamment conducteur,touche un objet lui-même conducteur porté à une certaine tension, un courant va pouvoir s’écouler à travers le corps de cette personne.

     2) Comment la foudre peut-elle atteindre un sujet ?

Le coup direct est le plus dangereux: la foudre pénètre par le point le plus haut (tête ou objet au-dessus de la tête) et ressort par les pieds .L’éclair survient lorsque la personne se trouve à proximité (moins de 2 mètres) d’un conducteur (arbres, pylônes…).L’intensité du courant qui traverse le corps est variable. Cependant avec de la chance, les organes vitaux peuvent être épargnés .Enfin, la foudre peut emprunter les lignes électriques et téléphoniques touchant les personnes à l’intérieur des bâtiments.

     3) Quels types de lésions peut entraîner la foudre ? 

Dans les cas les plus graves le foudroyé est inconscient, en arrêt cardiaque et ventilatoire. Une réanimation immédiate doit être faite : bouche à bouche…

Dans les cas modérés mais graves tout de même il existe de nombreuses lésions :

-Des troubles de la conscience, allant du coma à la perte de connaissance

Momentanée .Il persiste souvent une désorientation, des troubles de l’équilibre et une perte de la mémoire.

-Des paralysies qui empêchent le blessé de se déplacer tout seul.

-Des brûlures aux points d’entrée et de sorties marqués par des vêtements brûlés.

-Des lésions neuronales, auditives, oculaires ou encore cardio-vasculaires et pulmonaires peuvent être lors être rencontrés.

    4) Les dangers de la foudre

Si les éclairs sont aussi dangereux,c’est qu’ils déclenchent une puissance de destruction quadruple :des ondes de pression,de courant et de chaleur ainsi qu’un effet électromagnétique à distance .Un éclair qui touche une ligne de courant peut griller l’ensemble des appareils électriques. De plus, par sa chaleur, il peut incendier des maisons, et surtout si celles-ci sont en bois. A cela vient s’ajouter la force explosive de l’éclair qui peut abattre un arbre gigantesque .Son onde de pression peut «catapulter» des personnes en l’air sur plusieurs mètres .Enfin, l’effet électromagnétique à distance peut avoir des conséquences particulièrement dévastatrices sur nos électroniques : le courant induit peut détruire une puce électronique même à quelques centaines de mètres de distance.

La naissance scientifique de la foudre se situe en 1752, date à laquelle un dénommé Benjamin Franklin a déterminé (grâce à l’expérience du cerf-volant) que la foudre avait une nature électrique.

Mais ce sera un français, Thomas Dalibard, qui mettra, en réalité, le principe du paratonnerre à exécution la même année.

La formation de la foudre correspond en fait à cinq étapes. La première est la formation du cumulo-nimbus. La deuxième correspond au processus d’électrification. La troisième est les éclairs. La quatrième est la foudre. Et la cinquième ou dernière étape est l’éclair nuage/terre.

     1) Le cumulo-nimbus

Les cumulo-nimbus sont de grands nuages qui peuvent se former près d’un front froid. La base de ces nuages est très sombre On les trouve généralement à une altitude entre 400 et 3000 mètres. Et ont une épaisseur qui varie entre 6000 et 10.000 mètres. C’est ce type de nuage qui donne les orages. Il se forme à l’occasion de forts contrastes de températures, grâces à de puissants courants d’air chaud ascendants, qui entraînent de grandes quantités d’eau et de glace en altitude.

     2) Processus d’électrification

Les différents nuages formant le nuage orageux contiennent différents éléments d’eau surfondus et de cristaux de glace en suspension. Le brassage de ces nuages arrache des électrons à ces différents éléments. Et les frottements engendrés provoquent des charges électriques.

Les charges positives se trouvent au sommet des nuages, et les charges négatives à la base du nuage.

C’est cette séparation des charges dans le nuage orageux qui génère un important champ électrique entre le nuage et le sol.

L’éclair, qui est en réalité une immense étincelle, est sur le point de se produire lorsque l’intensité du nuage a atteint 4000 à 10.00 volts par mètre.

L’électrisation d’un nuage d’orage est basée sur deux théories : la gravitation et la convection.

     3) Les éclairs

Comme il est dit ci-dessus, l’éclair est une immense étincelle. Il est la partie visible de cet « amorçage ». On trouve les éclairs dans deux endroits. Évidemment, il y a les éclairs qui se produisent dans l’espace nuage / terre, c'est-à-dire ceux qu’on voit. Mais pas seulement. On les trouve aussi (pour les deux tiers d’entre eux) dans la parie intra ou inter-nuage. C'est-à-dire à l’intérieur ou entre les nuages (c’est pour cette raison que parfois il nous arrive d’entendre le tonnerre sans voir aucun éclair).

La chaleur d’un éclair est supérieure à celle de la surface du soleil.

     4) La foudre

La foudre est une très violente mais aussi très brève décharge atmosphérique. L’intensité du courant électrique généré varie entre 3000 et 300.000 ampères. Cette gigantesque étincelle se propage sur plusieurs kilomètres de long.

Elle s’amorce par une toute petite étincelle à 8km d’altitude, à l’intérieur du nuage. Des électrons jaillissent, parcourent une centaine de mètres, puis s’arrêtent et se rapprochent pendant quelques millionièmes de secondes. Ensuite les électrons s’éloignent puis se rapprochent à nouveau. Le « canal ionisé » se sépare en plusieurs branches. On appelle ce phénomène : le précurseur. Il précède l’arrivée de l’éclair. En se rapprochant du sol, l’activité électrique qu’il développe exerce une forte attraction sur le champ électrique du sol.

L’arrivée du précurseur près du sol provoque une concentration d’électricité négative. Et donc par contre coup, le sol se charge d’électricité positive.

Un vieux rêve (dit-on, est-il toujours d'actualité ?) serait de récupérer l'énergie de la foudre pour s'alimenter en électricité. Disons-le tout de suite : cela ne serait pas très rentable. Ne pas confondre puissance et énergie. L'éclair a la particularité d'être très bref et soudain : toute son énergie se décharge d'un coup. C'est cette rapidité qui fait toute sa violence et sa force ! Car sinon l'énergie qu'il contient n'est pas si importante que ce qu'on pourrait l'imaginer.

Bien sûr, c'est déjà bien assez d'énergie pour faire des dégâts ennuyeux. Mais, rapporté à notre consommation électrique cela devient ridicule ! Toute l'énergie des orages en France, regroupée sur l'année, suffirait à peine à alimenter un four une fois par an pour chaque habitant. L'ordre de grandeur chiffré est de quelques centaines de kilowattheure par choc de foudre (environ 280 kWh). Il y a entre 1 et 2 millions de chocs par an en France. Si nous devons partager cette énergie entre nos 65 millions d'habitants, chacun obtiendrait de l'ordre de 6 kWh par an (équivalent de trois heures d'utilisation d'un four).

Les orages les plus violents se produisent surtout dans les zones tropicales et subtropicales, là où l’humidité est la plus forte et la chaleur la plus intense.

     5) L’éclair nuage/terre

Le canal de foudre, ou canal ionisé, porteur e charges négatives, progresse d’une manière aléatoire. Il prend le nom de précurseur ou traceur descendant.

Lorsqu’il est suffisamment approché du sol, plusieurs traceurs ascendants naissent à partir d’objets pointus (antenne, paratonnerre, arbre…..). Et c’est lorsque l’un de ces traceurs rentre en contact avec un traceur descendant que l’éclair et donc la foudre se produit. Car cette rencontre va établir un pont conducteur entre le nuage et le sol, par lequel va s’écouler un intense courant électrique (c’est l’arc de retour). Ce traceur est appelé « décharge de capture ». Et c’est donc lui qui va déterminer le ou les points d’impacts de la foudre au sol.

L’arc de retour est la cause de la violente illumination du canal de foudre et du tonnerre. Il est aussi responsable des dégâts produits par un foudroiement.

     6) Histoire d’en savoir plus….

_ Un avion est frappé par la foudre au moins une fois par an. Les pilotes ont pendant longtemps déclaré avoir vu des éclairs dans le ciel au-dessus des nuages. Evidemment personne ne les croyait. Mais il n’en reste pas moins que c’est vrai. Les images d’archive prouvent que ces éclairs sont presque invisibles et durent qu’une fraction de seconde. Ils mesurent 16km de large à plus de 80km au-dessus du nuage orageux. Mais on ne sait absolument pas comment le nuage les fabrique.

_ Les scientifiques ne peuvent toujours pas expliquer pourquoi un éclair prend une direction plutôt qu’une autre.

Depuis des siècles, la foudre frappe le sol et terrorise les humains. Pour expliquer ce phénomène et pour s’en protéger, les Hommes invoquaient leurs divinités. Dans toutes les civilisations, la foudre était en effet associée à la colère des Dieux et à la notion de châtiment pour les péchés. Au cours du XVII ème siècle, les pensées vont évoluer ; puis au XVIII ème, les découvertes scientifiques aident à mieux connaître la foudre.

De l’Antiquité au XVII ème siècle : croyances et théories

     1) Mythologie

La plus ancienne des divinités concernant la foudre qu’on a retrouvée représentée sur un sceau de Babylone, remonte à 2000 ans avant Jésus-Christ. Il s’agit d’un Dieu tentant de contrôler les précipitations accompagnées de décharges électriques et qui gouverne les météores représentés avec un fouet et tiré sur un char. Une divinité féminine tient dans sa main le feu du ciel.

En Grèce, 900 ans avant Jésus-Christ, le dieu de la foudre autrement appelé Dieu Teshup, apparaît avec une fourche trident qui représente la foudre dont le plus célèbre est Zeus 470 avant J-C.

En Asie Mineure, chez les Phéniciens, le dieu kéraunique est Adad qui fouettait les nuages, jetait la foudre et apportait la pluie.

En Inde également, la foudre constitue un mythe. Indra est le dieu de la foudre. Cette divinité la plus populaire de la religion anéantissait ses ennemis avec la « vajra » foudre destructrice représentée en forme de hochet à plusieurs pointes. Le mythe est un combat entre le dieu et le démon expliquant comment la foudre d’Indra perce le nuage libérant les eaux.

Par contre en Afrique, il n’y avait pas de représentation divine : le sorcier était censé détenir les clés de la foudre.

Autres exemples:

Beaucoup de divinités étaient symbolisées par des forces de la foudre par le feu du ciel, représenté par un faisceau de flammes brandi par le dieu et la « pierre de foudre » ou fulgurite. Les anciens croyaient que ces pierres étaient précipitées du ciel par les dieux et qu’elles avaient une valeur sacrée. Il était dit que quiconque trouvait une fulgurite et la rapportait dans sa maison, était assuré du sommeil et du repos en toutes circonstances.

Les Gaulois avaient quelques idées pour se protéger de la foudre. En effet, ils plantaient leurs épées en terre, la pointe vers le haut, près des cours d’eau pendant qu’eux étaient allongés par terre. Les épées étaient une sorte de paratonnerre.

     2) Le Moyen-âge

C’est seulement au Moyen-âge que les Hommes vont penser à se protéger de la foudre (la technique des Gaulois fonctionnait mal puisqu’au moins une des épées était touchée par la foudre).

Une vieille coutume des paysans consistait à introduire, par temps orageux, dans sa poche, une fulgurite et sa pioche en disant : « Pierre, pierre, garde-moi du tonnerre ».

Mais ce sont surtout les Saints qu’on invoquait à cette époque, notamment Sainte Barbe associée au bruit et au feu, aujourd’hui patronne des pompiers, des artilleurs et des mineurs.

Selon l’Eglise, les catastrophes naturelles n’existaient pas : la foudre était donc la punition d’une faute ou d’un péché individuel ou collectif. Un moine du X ème siècle, Gerbert, remarqua que la foudre touchait les objets élevés surtout ayant une partie métallique. Il en élabora une espèce de paratonnerre.

Ce qui effraie le plus les gens, ce sont les feux de Saint-Elme. Ce nom vient d’une croyance parmi les marins qui voyaient dans l’apparition de ces feux un signe de la protection de Saint-Elme. Ils le saluaient par des actions de grâce et des cris d’allégresse. Les points d’impact de ces feux sont les pointes conductrices, par exemple d’objets métalliques.

     3) Le XVII ème siècle : hypothèses scientifiques

René Descartes (1596-1650) est le premier des philosophes chrétiens tentant une explication à ce phénomène. Il reprend les propos de Sénèque (philosophe vers 2-63) pour sa théorie. «  Le tonnerre se manifeste, quand les nuages plus lourds et plus élevés tombent sur d’autres placés plus bas. L’air contenu entre deux nuages, comprimé par cette chute soudaine, produit un grand dégagement de chaleur, d’où résultent la lumière de l’éclair et le bruit du tonnerre. » Discours de la méthode.

Mais il fut incapable d’expliquer pourquoi les nuages s’entassent les uns au-dessus des autres.

Un physicien hollandais Hermann Boerhaave (1668-1738) émit lui aussi une théorie où il prouve que les particules d’eau que le soleil a élevées en l’air, forment des nuées et composent des masses de glace. Celles-ci fondent sous l’effet du soleil en quelques secondes, et ce frottement violent des particules entre elles, entraîne un bruit éclatant (tonnerre) et des éclairs (inflammation des composants de l’air).

Ces théories furent longuement discutées par les savants de l’époque bien qu’elles marquent le début des expériences du siècle suivant.

Le XVIII ème siècle, le siècle scientifique

Siècle de progrès, le XVIII ème est le début d’explications rationnelles. L’électricité est en effet découverte et cela va amener les scientifiques à beaucoup d’expériences.

Il en existe un grand nombre pour étudier la foudre ; nous n’en présenterons que trois en détails (que nous jugeons les plus importantes).

     1) La bouteille de Leyde

Créée par Pieter van Musschenbrock (1692-1761), cette bouteille constituée d’un flacon de verre rempli d’eau ou de grenaille de plomb, permettait d’accumuler une quantité d’électricité. Il se créait ensuite une étincelle violente, proche d’un arc électrique, due à un court-circuit des armatures, accompagnée d’une détonation intense.

Pour augmenter la charge accumulée, certains scientifiques ont pensé regrouper plusieurs bouteilles.

Cette expérience, émettant des étincelles, conduisit les savants à émettre l’hypothèse sur la nature de la foudre.

     2) Expérience de Marly

C’est Benjamin Franklin (1706-1790) qui inventa cette expérience.

Il faut alors parler « d’effet de pointe » : quand un conducteur ayant une pointe est mis en contact avec une machine électrique, le corps ne se charge pas. (Ce phénomène est souvent accompagné d’une lueur bleuâtre). Il tente de vérifier que le cumulonimbus est bien de nature électrique. Buffon, Dalibard et Delor réaliseront cette expérience, en installant, chacun dans leur demeure, le matériel nécessaire à cela.

Il ne restait plus aux trois physiciens qu’à attendre un orage.

C’est le 10 mai 1752 à Marly-la-ville (chez Dalibard), que l’orage se manifesta en premier. L’assistant de Dalibard entendit un coup de tonnerre et se précipita dehors pour voir des étincelles.

L’idée de Franklin était prouvée : le nuage orageux était sans doute de nature électrique. Cette expérience ne permet pas toutefois, de protéger les bâtiments contre la foudre.   

     3) L’expérience du cerf-volant :

En 1752, Franklin tente de démontrer la nature électrique d’un orage en utilisant un cerf-volant. Il partit avec son fils en balade avec un cerf-volant au bout duquel se trouvait un cordon de chanvre. Un orage approcha ; durant celui-ci, il lança le cerf-volant avec une pointe métallique et capta l’électricité atmosphérique. Ils virent une étincelle. Il n’était plus question d’effet de pointe. Cela confirmait que le nuage orageux est de nature électrique.

Pendant ce temps, en France, Roma faisait la même expérience à peu de choses près.

Cela a entraîné l’installation de paratonnerres. Le premier paratonnerre fut installé sur l’Eglise Saint Philibert à Dijon en 1776. On inventa même des « parapluies paratonnerres » et des « chapeaux paratonnerres » pour les gens aisés.

XIX et XX ème siècles                                  

Le XIX ème siècle est marqué par l’invention miniature du phénomène « la foudre » en 1881 : la machine de Wimshurst que l’on expliquera en deuxième partie dans « Qu’est-ce que la foudre ? ».

L’analyse des traces de fusion d’objets métalliques a permis une estimation des intensités des courants (quelques dizaines de milliers d’ampères).

Quelques chiffres :

- plus de 10 000 personnes tuées au cours du XIX ème soit en moyenne 100 personnes/an.

- 187 tués en 1892 pour 36 millions d’habitants (une trentaine de tués aujourd’hui)

- de 1835 à 1900 :       246 foudroyés dans le Puy-de-dôme

                                   226 en Haute-Loire

                                   Pour seulement 25 dans l’Orne et 19 dans

Le XX ème siècle voit l’apparition de photos d’éclairs grâce à de nombreuses inventions telles la caméra à objectifs tournants (1926) composée de deux lentilles tournant en sens opposé.

Cet appareil permet d’analyser la trajectoire et le nombre de décharges successives durant un même coup de foudre. Mais la résolution temporelle est trop faible pour avoir des détails.

Les barreaux magnétiques permettent une estimation de l’amplitude des courants de la foudre mais aussi le Fulchronographe (1940) qui ne vit pas le jour car il n’était pas assez perfectionné ou encore le klydonographe (amplitude et polarité des courants de foudre). Ces appareils restent toutefois défectueux.

L’oscillographe à tube cathodique permettra dès 1950 une meilleure analyse des courants en visualisant l’évolution temporelle de ces courants.

Depuis de nombreuses années, l'homme est terrorisé et fasciné par la foudre. Même si aujourd'hui on peut se protéger de la foudre (paratonnerre, parafoudre...), les Hommes restent méfiants et craintifs face à elle.

On s'interrogera sur les raisons qui font que les Hommes ont peur de la foudre en présentant tout d'abord la foudre à travers les temps.

Puis ce qu'est ce phénomène qui tue ou accidente 50 personnes par an et qui frappe chaque année 1 500 000 fois le sol.

Nous aborderons ensuite les conséquences sur la Nature et sur l'Homme, qui expliquent cette phobie.

Enfin, nous verrons quelles attitudes adopter en situation d'orage, et donc de foudre.

« Quel monstre que la foudre! et qu'est-ce donc, abîme,

Que ce vent qui remue avec un bruit sublime

Tout l'effrayant plafond du ciel, et qui produit

L'énorme craquement des poutres de la nuit? »

Victor HUGO

« Quel monstre que la foudre! et qu'est-ce donc, abîme,

Que ce vent qui remue avec un bruit sublime

Tout l'effrayant plafond du ciel, et qui produit

L'énorme craquement des poutres de la nuit? »

Victor HUGO

« Quel monstre que la foudre! et qu'est-ce donc, abîme,

Que ce vent qui remue avec un bruit sublime

Tout l'effrayant plafond du ciel, et qui produit

L'énorme craquement des poutres de la nuit? »

Victor HUGO