Le nuage, condensateur géant
Le nuage, condensateur géant : la naissance d'un éclair
Une usine à séparer les charges
Le nuage d'orage, le cumulonimbus, monte à plus de 10 km. À l'intérieur, de violents courants d'air ascendants emportent des gouttes d'eau qui gèlent ; petits grêlons et cristaux de glace se percutent sans arrêt.Comment un nuage d'orage se charge : le cumulonimbus, condensateur géant
Dans un cumulonimbus, les chocs entre petits grêlons et cristaux de glace séparent les charges. Une grande zone négative se forme vers 6 à 7 km d'altitude, entre −10 et −25 °C ; le sommet, au-delà de 10 km, est positif, avec souvent une petite poche positive à la base. Sous le nuage, le sol se charge positivement : la base du nuage et le sol forment les deux armatures d'un condensateur de plusieurs kilomètres, l'air jouant le rôle d'isolant.
- selon l'explication la plus admise, à chaque choc, les grêlons, plus lourds, emportent des électrons vers le bas, et les cristaux, légers, montent chargés positivement ;
- une grande zone négative se forme vers 6 à 7 km d'altitude, là où il fait entre −10 et −25 °C ; le positif s'accumule au sommet, avec souvent une petite poche positive à la base ;
- sous le nuage, le sol se charge à l'inverse, positivement, comme sous la main qui approche un ballon chargé.
la base du nuage et le sol en sont les deux armatures, l'air est l'isolant entre elles. Comme le dit le cours DDR Protection terre : la foudre est le seul cas où le sol devient l'une des deux bornes du générateur.
L'air résiste, puis cède
L'air sec est un bon isolant : il faut environ 3 millions de volts par mètre pour le faire claquer. Or, dans les nuages d'orage, ballons-sondes et avions ne mesurent que quelques centaines de milliers de volts par mètre : dix fois moins. Comment l'éclair démarre-t-il quand même ? On ne le sait pas encore avec certitude (chapitre 8).Une fois lancé, l'éclair avance par étapes :
Pourquoi la foudre frappe ce qui dépasse : traceur descendant et traceur ascendant
Un éclair commence par un traceur peu lumineux qui descend du nuage par bonds d'environ 50 mètres. À quelques dizaines de mètres du sol, les objets qui dépassent, clocher, arbre isolé, pylône, parfois une personne debout, lancent vers lui un traceur ascendant. Le premier qui le rejoint ouvre le chemin de l'arc en retour : la hauteur, la pointe et l'isolement décident du point d'impact.
- un traceur, peu lumineux, descend du nuage par bonds d'une cinquantaine de mètres, en se ramifiant ; il met une dizaine de millisecondes à approcher du sol ;
- à quelques dizaines de mètres du sol, tout ce qui dépasse lance vers lui un traceur ascendant : un clocher, un arbre isolé, un pylône, parfois une personne debout ;
- le premier qui touche le traceur descendant ouvre le chemin : l'arc en retour, le trait éblouissant, remonte du sol vers le nuage.
la hauteur, la forme pointue et l'isolement, dans les dernières dizaines de mètres. Le métal n'attire pas la foudre, et aucune étude solide ne montre qu'elle « choisit » un sol plus conducteur : le sol décide surtout de ce qui se passe après l'impact (chapitre 5).
Le tonnerre : trois secondes par kilomètre
L'arc en retour chauffe l'air du canal à près de 30 000 °C, environ cinq fois la surface du Soleil, en quelques millionièmes de seconde. L'air, dilaté d'un coup, claque : c'est le tonnerre.La lumière arrive presque aussitôt ; le son, lui, parcourt environ 340 mètres par seconde, soit un kilomètre en trois secondes.
« il ne pleut pas encore, l'orage est loin ». La foudre frappe souvent jusqu'à une quinzaine de kilomètres de l'orage, parfois davantage, à peu près la distance à laquelle on l'entend. Si vous entendez le tonnerre, vous êtes à portée : c'est le moment de rejoindre un abri (chapitre 5).
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