foudre

* * bo estnne année 2022 * *

La foudre est un phénomène de décharge électrostatique particulièrement complexe, qui fait encore à ce jour débat au sein de la communauté scientifique spécialisée dans le domaine de la convection. 

Les hydrométéores présents dans les cumulonimbus sont brassés par les courants verticaux (ascendants et descendants) et entrent en collision. Ce phénomène permet la production de charges électrostatiques. Le cumulonimbus agit alors comme un dipôle positif. 

Plusieurs modèles théoriques du comportement des charges électriques au sein d’un cumulonimbus tendent encore à s’affronter. Le plus simple des modèles consiste à dire que les particules les plus légères dans le nuage, chargées positivement, tendent à s’élever vers le sommet du cumulonimbus. Au contraire, les particules plus lourdes (eau en surfusion la plupart du temps), chargées négativement, se retrouvent dans la partie centrale et inférieure du nuage. Les courants descendants favorisent une électrisation positive. Il en est de même près du sol. 

Cette différence de potentiel entre les différentes parties du nuage et le sol favorisent la décharge électrique. 

M. Stolzenburg, D. Rust et T. Marshall, chercheurs américains à Norman (OK) ont proposé un modèle beaucoup plus complexe que celui présenté, ci-dessus, dans lequel plusieurs couches (jusqu’à plus de dix), se superposeraient dans le nuage. Cet aspect a été confirmé par une série de mesure qui montre par ailleurs que les couches demeurent plus faibles dans les courants ascendants des supercellules que dans les orages de masse d’air froid (sommets nuageux bas). A contrario, de nombreuses couches successives (jusqu’à plus de dix) ont été observées dans les courants descendants des supercellules.

L’origine de la foudre

L’aboutissement de l’électrisation des différentes couches nuageuses et du sol aboutit à une décharge électrique se manifestant par un éclair. La décharge de foudre vise à rééquilibrer électrostatiquement l’environnement et les charges au sein du nuage. C’est la concrétisation d’un court-circuit échauffant les gaz de l’air peu conducteurs à une très haute température, les rendant de fait lumineux car en incandescence. 

Le traceur transporte une faible charge électrique et tend à rejoindre une zone de charge opposée, à la vitesse de 200 000 m/s. C’est dans ce traceur que l’éclair se produit. Plusieurs arcs en retour vont alors circuler au sein même du traceur, permettant un échange de charges, à une vitesse supérieure à 100 million de mètres par seconde.

Les differents types de foudre

• Le coup de foudre descendant négatif 

provient d’un traceur descendant partant de la couche négative du nuage orageux et se propageant jusqu’au sol à la vitesse de 70 à 1200 km/s. A faible distance de celui-ci, un traceur ascendant est émis. Lors de leur rencontre la décharge a lieu et consiste en un transfert d’électrons du nuage vers le sol. Sur l’animation précédente, il s’agit d’un coup de foudre descendant négatif. Ceux-ci sont les plus fréquents.

•Le coup de foudre descendant positif 

est rare et en général très puissant. Il s’observe principalement lors des orages d’hiver. Les plus puissants sont appelés superbolts et même mégabolts. Ce type d’éclair provient d’un traceur descendant qui prend naissance dans la charge positive du nuage en se déplaçant à une vitesse allant de 500 à 2500 km/s.
En principe il s’agit d’éclairs très puissants ayant lieu en phase terminale de l’orage, lorsque que la couche négative est moins dense et n’influence plus le sol en inversant sa polarité. Il existe aussi des extranuageux positifs touchant le sol en marge du nuage (voir schéma sur les décharges extranuageuses). 
Lorsque le contact est établi, il s’ensuit un transfert de charges positives du nuage vers le sol.

• Le coup de foudre ascendant négatif

provient d’une charge ascendante négative. Ce traceur ascendant voyage à une vitesse voisine de 80 à 460 km/s. Comme toutes les charges ascendantes, il débute à partir d’une aspérité au niveau du sol (montagne, antenne de télécommunication,…) et se propage vers une zone du nuage chargée positivement. A faible distance, un traceur descendant est émis à partir du nuage. Lors du contact un transfert de charges positives du nuage vers le sol a lieu.

 Le coup de foudre ascendant positif 

débute par un traceur ascendant se déplaçant à une vitesse proche de 40 à 70 km/s près du sol, puis pouvant atteindre jusqu'à environ 1000 km/s en altitude. Ce traceur provient d’une charge positive ascendante au sol. Ces traceurs vont évoluer vers la base du nuage chargée négativement. Lors de leur approche, un autre traceur, cette fois-ci descendant partira du nuage. Lors de leur rencontre, la décharge a lieu et consiste en un transfert d’électrons du
nuage vers le sol.

Effets et conséquences

 Les principaux effets de la foudre sont les suivants :

Effets thermiques

Ces effets sont liés aux quantités de charges à écouler lors du coup de foudre. Ils se traduisent par des points de fusion plus ou moins importants au niveau des impacts lorsqu'il s'agit de matériaux conducteurs et par une élévation de température aux endroits de mauvais contact pour des matériaux de grande résistivité. Sur des matériaux mauvais conducteurs une grande énergie est libérée sous forme de chaleur, l'humidité qu'ils contiennent provoque alors une surpression brutale allant jusqu'à l'éclatement. Ce processus peut être observé par exemple lors du foudroiement direct d'une construction. 

Effets acoustiques

Les forces électrodynamiques liées au courant s'écoulant dans l'éclair créent une dilatation de l'air du canal de foudre et une élévation de pression dans le canal. Cette surpression et sa disparition brutale crée une onde de choc. La distance du canal de foudre et son orientation par rapport à l'observateur déterminent le spectre sonore perçu par l'opérateur.

 Effets lumineux

Les effets sur les installations sont limités aux équipements optiques. Chez l'homme, des lésions oculaires peuvent survenir. 

Effets électriques

Surtensions par conduction : lorsqu'un coup de foudre frappe une ligne électrique, l'onde électrique se propage le long du conducteur, générant un très fort courant supplémentaire dans la ligne électrique, qui provoque à son tour une surtension. Ce phénomène entraîne presque toujours un court circuit.

Les remontées de terre : la résistivité des sols fait que les prises de terres sont résistantes ce qui provoque lors du passage du courant de foudre une montée brutale en potentiel de l'installation.

Induction magnétique : l'impact de foudre est accompagné d'un rayonnement électromagnétique, si ce dernier atteint un conducteur (une ligne électrique par exemple), le flux électromagnétique est générateur de tensions induites élevées.

 Les degats de la foudre

la foudre peut tuer ou blesser .En France on cite ainsi le chiffre de 40 tués par ans . Outre le risque humain , la foudre peut provoquer d’importants dégâts aux habitations ou a la végétation . De même les animaux paient un lourd tribu à la foudre.

Contrairement aux idées reçues la foudre ne s’abat pas toujours sur les points les plus hauts mais bien entendu il faut éviter de se retrouver soi-même une cible privilégiée de l’orage.

conseilles très utiles à suivre

-         ne pas courir sous un orage

-         ne pas s‘abriter sous un parapluie

-         si vous êtes en voiture adapter votre vitesse surtout sur autoroute

-         éviter de se retrouver en dessous des arbres ou des poteaux électriques

-          Eviter de rouler à vélo ou de conduire un tracteur sans cabine hermétique

-          Se tenir accroupi par terre afin de limiter sa hauteur et le contact avec le sol au maximum.