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.

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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.

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     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.

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     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.

                                 

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     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.

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     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.

                            

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     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.