Comment les éclairs et pourquoi le tonnerre ?

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L'éclair !

Lorsqu'un orage se forme, d'énormes potentiels électrostatiques transforment les nuages en « piles électriques » (particules de charges négatives en bas du nuage et positives en haut).

L'air a des propriétés isolantes, mais lorsque le potentiel généré par le nuage d'orage dépasse une certaine valeur (15Kv/m), un « court circuit » se produit et décharge momentanément le nuage.

C'est cette accumulation de charges positives et négatives qui va générer un déséquilibre au sein d'un même nuage. Car cherchant à se rejoindre, les couches positives et négatives exercent une considérable pression sur la couche intermédiaire qui fait office d'isolant.

Le tonnerre...

Le tonnerre est un bruit produit par l'expansion brutale de la fine colonne d'air qui a été chauffée très rapidement par la foudre au cours d'un orage.

Il se manifeste sous la forme d'un claquement sec ou d'un roulement sourd dont l'intensité est d'autant plus forte que l'éclair est plus proche du lieu où se situe l'observateur.

Les forces magnétiques mises en jeu impliquent une augmentation de la pression des gaz à l'intérieur de l'éclair (une surpression de l'ordre de 2 bars), et une augmentation de la température qui peut atteindre 30 000 °C.

Astuce

• 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.
• Astuce : Après avoir vu l'éclair, il faut compter les secondes jusqu'à entendre le tonnerre pour savoir à quelle distance se trouve l'orage.
  • En effet, 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. Si vous comptez 10 secondes, alors l'orage se situe à 10 x 330 = 3 300 mètres (environ 3 km).

Différents cas en image

1. Eclair dans un même nuage
2. Eclair entre deux nuages
3. Eclair entre le nuage (négatif) et l'église (positive)
4. Eclair entre le nuage (positif) et l'arbre (négatif)

Conditions favorables

Plusieurs conditions régissent la formation d'un éclair. Tout d'abord, les courants d'air ascendants et descendants doivent dépasser la vitesse de 25 m/s. De plus, les nuages doivent être remplis de particules de glaces lourdes et légères, comme des cristaux.

Ce sont ces derniers, dont le rôle est essentiel, qui vont déclencher le mécanisme final. Lorsque ces particules lourdes se heurtent à des particules plus fines de glace, et que la température est inférieure à 15 °C, alors ces particules lourdes se chargent en électricité négative (dans la partie basse du nuage).

à l'inverse, si la température excède les 15 °C, elles se chargent en électricité positive.

Les caractéristiques de l'éclair

• La longueur des éclairs peut aller de 100 m à 20 km dans le cas de l'éclair sinueux.
• Sa vitesse atteint 40 000 km/s, donc un peu plus d'un dixième de la vitesse de la lumière.
• Son épaisseur est d'environ 3 cm.
• La température de l'air autour de l'éclair est très élevée, environ 30 000 degrés (5 fois la température du soleil!) le long du trajet de l'éclair.
• On connaît aujourd'hui la puissance de la foudre: un courant de 30 000 ampères correspondant à une tension de 100 millions de volts.

En zigzag

La forme zigzag d'un éclair découle du déplacement des charges négatives vers les charges positives.

Gorgé d'électrons, ce tracé électrique va descendre vers le sol par bonds expliquant sa forme bigarrée. à quelques dizaines de mètres du sol, une décharge émanant du sol prendre forme et le rejoint.

De cette rencontre naîtront la décharge principale et les postdécharges. La foudre ne disparaîtra que lorsque toutes les charges se sont dissipées.

Conséquences

Quand la foudre frappe le sable, les grains peuvent fondre et se transformer en verre !

Lorsque celle-ci touche un corps organique, tel qu'un arbre ou un être humain, la dilatation soudaine des liquides contenue par le corps peu provoquer de graves brûlures.

Si le corps organique est un conducteur suffisamment important, il peut exploser, c'est ce qu'on nomme couramment le foudroiement. La température peut en effet atteindre les 30 000 °C !