Jeudi 1 janvier 2009
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a) Formation des orages
Dans l'atmosphère, lorsque l'air monte et si le refroidissement de l'air est suffisant, la vapeur d'eau qu'il contient va se condenser et donner naissance à un
nuage. La vapeur d'eau se transforme alors en gouttelettes d'eau en libérant de la chaleur. Le réchauffement de l'air qui en résulte va renforcer les mouvements ascendants dans le nuage qui
devient de plus en plus épais. Son sommet peut ainsi s'élever progressivement jusqu'à atteindre 8 à 15 km de hauteur. Le nuage devient alors un puissant cumulonimbus.
La formation des nuages d'orage (généralement du type cumulonimbus) trouve son origine dans la présence d'une instabilité thermique importante de
l'atmosphère.
On distingue deux sortes d'orages :
- les orages de chaleur naissant d'un effet de réchauffement de masses d'eau en présence d'accidents de reliefs. Ce sont des orages locaux ne durant
généralement qu' 1 à 2 heures.
- les orages océaniques ou frontaux se forment lors de la rencontre de fronts atmosphériques froids avec des fronts chauds. Ces orages peuvent
s'étendrent sur des centaines de kilomètres, persister plusieurs jours et se propager sur des milliers de kilomètres.
L'orage qui approche se matérialise par divers phénomènes :
- Le ciel s'assombrit rapidement et peut devenir noir d'encre dans les cas les plus violents. En général, plus le ciel est sombre, plus le nuage est
épais.
- Le vent se renforce et tourne à la bourrasque. Ces rafales précèdent souvent des fortes précipitations de pluie.
- Présence d'une forte activité électrique (se traduisant notamment par le grésillement des postes de radio).
b) Différents types d’éclairs
(1) Eclair en nappe
(2) Eclair internuageux
(3) Micro décharge
(4) Eclair extranuageux
(5) Coup de foudre internuageux
(6) Coup de foudre
(7) Eclair internuageux
- Diamètre d’un éclair : moins de 3 cm.
- Un éclair peut zébrer le ciel sur plusieurs centaines de Km : éclair en nappe.
- Température d’un éclair : 27 000°C = 5 fois la température de la surface du soleil.
- C’est la glace qui est à l’origine des éclairs.
- Chaque jour, plus de 10 millions d’éclairs se produisent sur terre à raison de 100 par seconde.
La couleur de l'éclair nous informe sur la composition de l'air ambiant.
-
Un éclair rouge indique de la pluie dans l'air.
-
Un éclair bleu la présence de grêle.
-
Un éclair jaune est un signe d'une quantité importante de poussière dans l'atmosphère.
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Un éclair blanc est signe d'un air très sec.
- A chaque instant, 200 orages éclatent sur terre.
- Tension d’un éclair : de 10 a 30 Millions de Volts.
- Intensité : de 10 000 à 50 000 Ampères.
- Seul 1 % des éclairs touchent le sol : c’est un coup de foudre. Parmi les coups de foudre, certains sont ascendants (relativement rares).
- Vitesse d’un éclair : 1/3 de la vitesse de la lumière.
- 6000 éclairs par minute : Chaque éclair produit une impulsion radio audible depuis l’espace.
c) Mécanisme de formation de la foudre
1) polarisation du cumulonimbus
C’est la glace qui est à l’origine de la foudre.
Le courant ascendant fait monter les gouttelettes d’eau qui cristallisent très vite. Le courant descendant des grêlons. Des millions de chocs se produisent entre
les cristaux ascendants et les grêlons descendants, des électrons (e-) sont alors arrachés.
Lors d’une collision, le grêlon arrache des e- aux cristaux de glace.Les gelons qui descendent sont alors chargés négativement ( - ) alors que les cristaux sont ( +
).Le cumulonimbus devient alors une véritable batterie géante.
L’éclair va alors décharger le nuage en le reliant au sol, c'est-à-dire à la masse.
2) La formation de la foudre
Tout commence par des micros décharges, appelées pilotes, qui parcourent chacunes 50 mètres en zigzagant : La succession de ces pilotes forme le futur traceur de
l’éclair.
Parfois un pilote fonce vers le sol. A l’approche du sol, ce pilote crée un 2eme pilote ascendant qui part du sol. A la rencontre des 2 pilotes ascendant et
descendant, il se produit un coup de foudre.
Le traceur ascendant résulte d’une accumulation de charges + sur des objets pointus voir métalliques : aiguilles de pin, brins d’herbes, poteaux,
pilones....Sous le nuage orageux, le champ électrostatique est + alors qu’il est – en temps normal. Le traceur est un
courant et comme tous les courants, va du + vers le –.
Lors de la jonction entre les 2 pilotes, l’éclair apparaît : Il a en moyenne 3 à 4 décharges, on peut monter jusqu’à 30 ou 40 décharges qui empruntent le même canal
de foudre : l’œil humain voit alors un effet stroboscopique.
A chaque décharge, le courant fait un aller-retour dans le canal. Seule la partie montante du courant est visible (retour vers le nuage).
3) Dans la réalité
Le processus décrit juste avant est en fait très simplifié.
La répartition des charges + et – dans le cumulonimbus est très complexe, car elles se repartissent sous forme de nappes.
d) Phénomènes autour de la Foudre
1) Sprites et Jets : Conséquences de la foudre
Sprite: Flash rouge très rapide au dessus du cumulonimbus.
Orientation : Vers le haut, pouvant atteindre une altitude de 96 000 m.
Les sprites se produisent au dessus d’orages très puissants atteignant une altitude de 20 Km. Visibles uniquement la nuit avec des caméras très sensibles.On les
observe de très loin (à plusieurs centaines de Km ) car les sprites sont très étendus verticalement.
Les sprites se produisent immédiatement après certains éclairs qui sont de charges + et qui partent de la partie supérieure du nuage orageux vers le sol.
Les jets sont de plus faible intensité que les sprites mais le phénomène est plus rapide. Ils jaillisent vers
la haute atmosphère, leur structure est plus fines et en éventail.
2) La foudre en boule
La foudre en boule (ou foudre globulaire) est encore un phénomène rare et inexpliqué. Elle ressemblerait à une sphère lumineuse
de couleur jaune et mesurerait une vingtaine de centimètres de diamètre. Elle apparaîtrait après un orage. Elle n’a pu être reproduite expérimentalement que récemment. Elle serait en relation
avec la vaporisation d’une quantité de silicium (élément chimique le plus courant à la surface de la Terre). Jusqu’alors, on ne pouvait s’appuyer que sur des témoignages. Mais ces témoignages
semblaient cependant cohérents pour permettre une étude du phénomène.
Témoignage : Les incidents provoqués par la foudre en boule sont souvent décrits de longue date dans de minutieux
rapports de gendarmerie. En voici un : "Un jour, non loin de Secondigny (Deux - Sèvres), deux jeunes enfants de douze et quinze ans jouaient sur la route, quand tout à coup ils virent rouler
devant eux une boule de feu de la grosseur d’une orange. L’engin était ravissant et d’apparence inoffensive. L’un d’eux, pour s’amuser, touche le globe du bout de son pied ; aussitôt, une
explosion épouvantable se fait entendre. Le jeune imprudent sera tué net, et son camarade jeté à terre, mais sans gravité."
Mais l’on retrouve aussi ce phénomène dans :
• Les Aventures de Tintin et Milou : Les 7 boules de cristal
• Blake et Mortimer : S.O.S. Météores
