thunder-953118-pixabay.jpgAh, l'orage... le "son et lumière" venu du ciel !
Quoi de plus fascinant ?
Mais pourquoi et comment se forme-il ? Et pourquoi tant de bruit ?
Pour nous rappeler qu'il est toujours un vrai danger ?
 


Les préparatifs...

sun-293615-pixabay.jpgVous l'avez sans doute remarqué, les orages ne se produisent pas n'importe quand...

Mais si le soleil a surchauffé un endroit en le forçant à perdre de l'humidité, c'est une situation idéale pour créer un gros nuage orageux !

L'air qui entoure la Terre mélange constamment ses couches froides et ses couches chaudes. Chauffé au sol, l'air devient moins dense que l'air froid et il monte. Il prend ainsi la place de l'air froid qui est en altitude, tandis que l'air froid descend. Ce "brassage" de l'air a lieu tous les jours...

Mais si le soleil "tape" vraiment fort et surchauffe le sol, cela se passe "trop vite" et en emportant trop d'humidité. Car c'est alors un air très chaud et très chargé en vapeur d'eau qui remonte très haut dans le ciel. Et il peut remonter ainsi jusqu'à 10 kilomètres au dessus du sol !

Mais à 10 kilomètres au dessus de nos têtes, il fait -50°C, même en pleine canicule !
Partie du sol sous forme de vapeur, l'humidité de l'air se retrouve donc dans un environnement de plus en plus froid. En se refroidissant, la vapeur d'eau se condense et forme des gouttelettes d'eau ou des cristaux de glace.

Et celà se voit très vite : c'est ainsi que nait le gros nuage annonciateur d'orage que l'on appelle cumulonimbus !

Cumulonimbus-wikipedia.jpgUn cumulonimbus, ça se reconnaît : il est gros et très blanc parce qu'il est plein d'eau, et il a aussi un sommet très aplati parce que l'air finit est finalement bloqué dans sa montée, par la frontière de la troposphère, vers 10 kilomètres au dessus du sol.

Dans la tête froide en forme d'enclume d'un cumulonimbus, l'eau froide est devenue des grêlons. Mais au sol, l'air est toujours très chaud !

Le nuage se trouve donc dans une situation anormale, avec de l'air beaucoup plus froid en haut qu'en bas, où il est proche du sol surchauffé.

cumulonimbus-VP-1.gifEt pourtant, dans le nuage, ça turbine pour rétablir l'équilibre normal.
De violents courants d'air verticaux se forment. Ils chassent l'air froid vers le bas... mais font aussi remonter de l'air chaud humide.

L'intérieur du nuage est devenu une pompe qui entraîne l'air chaud et l'humidité vers le haut du nuage, où l'air se refroidit et l'eau se transforme en fragments de glace et en grêlons. Et il grossit en se gonflant d'eau, mais sans parvenir à diminuer la différence de température entre le haut et le bas.

Et ce déséquilibre en température finit ainsi par en entraîner un autre : dans ces vents violents, les particules se frottent les uns aux autres, et perdent ou gangnent quelques électrons au passage !

cumulonimbus-VP-2.gifLes plus petites molécules se chargent alors d'électricité positive tout en se dirigeant vers le sommet, tandis que les particules plus lourdes se chargent d'électricité négative et descendent vers le bas du nuage.

Avec de plus en plus d'électrons dans sa partie basse et de moins en moins dans sa partie haute, le nuage est devenu comme une pile.
Et une pile qui se charge de plus en plus !

Mais il n'y a pas qu'à l'intérieur du nuage que les charges électriques mettent le bazar !
cumulonimbus-VP-4.gif
La Terre aussi contient des charges positives et négatives qui peuvent se séparer.

Alors, quand le nuage passe, sa base chargée négativement attire des charges positives vers le haut : une deuxième pile se forme, entre le sol et le bas du nuage.


Et être au beau milieu de cette pile est ce que l'on ressent avant l'orage : à force d'humidité et de charges positives "coincées" sous le nuage, "il fait lourd" !

 

Mais ce déséquilibre grandissant entre les charges électriques à l'intérieur et à l'extérieur du nuage ne peut pas continuer à s'aggraver éternellement...

Dès que la situation est devenue intenable, tout est en place pour que l'orage éclate. Le spectacle va bientôt commencer !

 

L'orage commence souvent dans le nuage

 

cumulonimbus-VP-3.gifDans le nuage, il y a maintenant trop de charges électriques accumulées.

L'air qui sépare les zones chargées positivement et les zones chargées négativement n'arrive plus à les garder isolées les unes des autres. Surtout qu'en grandissant, elles se retrouvent proches les unes des autres, et toujours plus chargées.

Tôt ou tard, quand le champ électrique atteint 4 à 10 kilovolts par mètre, il se produit une première décharge électrique qui ressemble à une cascade.

Cette décharge, appelée "traceur" n'est presque pas visible. Elle avance par bonds, en zigzag, à 200 km par seconde, pour "trouver son chemin" entre deux zones qui ont des charges électriques différentes.

cumulonimbus-VP-6.gifCe traceur peut avancer dans le nuage.
Mais aussi à l'extérieur, entre le bas du nuage et le sol.

Ce n'est pas lui, l'éclair ! Le traceur ne fait qu'ouvrir la route...

Mais en moins d'un dixième de seconde, chaque traceur a ouvert en zigzagant plusieurs passages larges de 2-3 centimètres : des tronçons de route où toutes les molécules sont maintenant toutes devenues électriques.

Et si ses zigzags finissent par relier deux zones où se sont accumulées des charges électriques (comme le haut et le bas du nuage ou le nuage et le sol), elles ont maintenant un boulevard devant elles !

cumulonimbus-VP-7.gifUne deuxième (vraie) décharge à lieu :
un très fort courant électrique remonte le long de ce canal à près de 40 000 km/s.
C'est lui, l'éclair !
Et vous avez bien compris : il ne part pas du nuage, mais se dirige vers lui !


Le spectacle peut s'arrêter là pour ce traceur... mais il peut aussi continuer !

Si la charge du nuage est encore suffisante, le traceur peut repartir en sens inverse et refaire le chemin du nuage vers le sol, puis créer à nouveau une décharge de retour.

C'est d'ailleurs ce qui se produit : il y a souvent plusieurs décharges de retour dans un éclair (en moyenne 3 ou 4) avec quelques dizaines de millisecondes de "repos" entre chaque décharge.

Un éclair peut avoir des longueurs très différentes, entre 100 mètres et jusque 20 kilomètres (oui, oui, 20 kilomètres !)

 

Eclair ou coup de foudre ?

Les cumulonimbus ne font naître que des éclairs.

Mais pour nous autres, humains, cela fait une différence si l'éclair atteint le sol ou s'il reste "sagement" dans le ciel...

 

lightening-1185742-pixabay.jpgSi le traceur a créé un passage entre deux zones du nuage,
ou entre le nuage et une région de l'air,
on parle d'éclair.

 lightning-1158027-pixabay.jpg

 


Si le le traceur a trouvé un chemin entre le nuage et un point du sol, c'est un coup de foudre.

 

 

Dans les deux cas, une décharge électrique énorme va suivre presque instantanément : un courant de 20 000 à 100 000 ampères déboule à 40 000 kilomètres par seconde !

Et même un éclair de "seulement" 20 000 ampères est un monstre électrique ! Les prises électriques domestiques ne supportent que 16 ampères (et 16 ampères suffisent à blesser grièvement voire tuer quelqu'un...). Les redoutées batteries de voiture font un misérable score de 500 ampères...

Avec un tel courant, la décharge électrique arrache donc facilement de l'énergie aux molécules rencontrées sur son passage. Et elle en transforme une partie en photons : c'est ainsi qu'elle révèle sa trajectoire en créant la lumière de l'éclair !

 

 Qu'est-ce que le tonnerre ?

eclair.jpgTout au long de la trajectoire de l'éclair, la température peut monter jusque 30 000 °C pendant un court moment.

Une telle fournaise, même si elle ne dure pas longtemps, fait gonfler brusquement l'air aux alentours.

Et de l'air qui se dilate brusquement, c'est la recette pour créer un son.

Celui-là sera à la mesure de la brusquerie avec laquelle l'air se dilate sur le trajet de l'éclair : un bruit soudain et violent, le tonnerre !

Avec un peu d'habitude, on peut même reconnaître au tonnerre, s'il s'est produit sur un éclair court ou sur un éclair très long.

Quand l'éclair est court et droit, notre oreille ne distingue pas l'avancée du son dans la trajectoire de l'éclair entre le début et la fin de la décharge électrique : on entend un seul coup de tonnerre, assez net. Un "boum".

Mais si le trajet est long et se divise en plusieurs branches, ou si le traceur produit plusieurs décharges de retour, le tonnerre ressemble à un grondement, comme si le ciel se déchirait... 

 


Comment évaluer la distance de l'orage ?

storm-992833-pixabay.jpg

On voit d'abord l'éclair. Puis on entend le tonnerre.
Pourtant les deux phénomènes se produisent en même temps.

Mais la lumière de l'éclair voyage bien plus vite que le son du tonnerre : 300 000 km par seconde pour la lumière, 337 mètres par seconde pour le son. 1 million de fois moins vite !

La lumière voyage en fait tellement vite qu'on peut dire qu'on voit l'éclair au moment exact où il a lieu.


Mais le son du tonnerre lambine derrière...

Et comme il lui faut 1 seconde pour faire 337 mètres, compter le nombre de secondes entre l'éclair et le tonnerre, c'est compter le nombre de "337 mètres" qui sépare la décharge électrique de nos oreilles :

1 seconde, il est à 337 mètres

2 secondes, il est à 674 mètres

etc...

 

attention-transp.gifAttention, ceci ne donne qu'une idée de la distance à laquelle vous étiez du dernier éclair !

Mais un cumulonimbus avance assez vite (~40 ou 50 km/h) et il peut avoir plusieurs kilomètres de large.

L'éclair que vous venez d'entendre a peut-être jailli du côté le plus loin de vous du nuage : le prochain peut naître plus près de vous dans le nuage... et être plus long !

Souvenez-vous qu'un éclair peut faire plusieurs kilomètres de long : être à 2 kilomètres du dernier éclair ne veut dire "être intouchable par le prochain"

 

En parlant des dangers de l'orage.... tordons le cou à quelques rumeurs !

hiking-shoes-1547792pixabay.jpgDes chaussures à semelles en caoutchouc ou les pneus d'une voiture ne protègent pas de la foudre !

La décharge entre le nuage et le sol a parcouru des kilomètres pour arriver au sol :
ce n'est pas quelques centimètres de semelles ou de gomme de pneu qui vont l'arrêter !
Au mieux, ça atténuera très très légèrement la décharge...

Par contre, se trouver dans une voiture peut faire une différence.
storm-353233-pixabay.jpgLe courant préfère toujours passer par du métal conducteur que se coltiner un trajet plus difficile à travers d'autres matériaux (dont vous, faits à 80% d'eau moins conductrice que le métal).
Si vous êtes surpris par l'orage alors que vous êtes dans une voiture qui a un toit métallique (ce conseil n'est évidemment pas valable si vous êtes en décapotable...) : arrêtez-vous, et faites vous le plus "ramassé" possible au creux de votre siège, mains sur les cuisses, sans toucher la paroi de la voiture. Vous serez toujours plus en sécurité assis dans une voiture que debout à côté... mais ce n'est pas grâce à ses pneus.

 

first-aid-1040283-pixabay.pngLes personnes frappées par la foudre peuvent - et doivent - être secourues immédiatement !

Contrairement à ce qui se raconte, si quelqu'un a été touché par la foudre, un courant a circulé entre sa tête et ses pieds... pour finir par se dissiper dans le sol.

Cette personne est donc un blessé, mais qui ne porte plus aucune charge électrique : le courant a complétement fini dans le sol en un dixième de seconde mais une telle décharge a pertubé toutes les mini-impulsions électriques du système nerveux et des muscles, dont le coeur !

Vous pouvez - et devez - porter assistance à une personne foudroyée, sans craindre d'être électrocuté : elle s'est momentanément tranformée en "fil électrique", pas en pile !

 

flashes-144601-pixabay.jpgLa foudre peut frapper plusieurs fois au même endroit !

Une première décharge n'a pas forcément complètement rétabli l'équilibre électrique entre le nuage et un endroit particulier... surtout que celui-ci peut se "recharger" très vite en charges électriques.

Un endroit qui vient d'être foudroyé n'est pas devenu un refuge. Au contraire, c'est le signe qu'un charge électrique a tendance à se concentrer là...

 

lightning-924853-pixabay.jpgAvec ou sans pluie, avec ou sans tonnerre, un orage est toujours très dangereux !

Après des journées d'été très chaudes, on voit parfois des « éclairs de chaleur » sans entendre le tonnerre et sans pluie.
Celà signifie que le cumulonimbus est encore trop loin pour laisser entendre le tonnerre qui accompagne les éclairs et pour déverser sa pluie (qui est dans la partie arrière du nuage qui avance). Mais rappelez-vous qu'un éclair peut faire jusque 20 kilomètres... et que le nuage s'approche peut-être de vous.

Ne soyez pas rassuré par des éclairs qui n'ont l'air de se produire "que dans le ciel" : c'est juste qu'aucun traceur n'a encore trouvé son chemin jusqu'au sol... et ça peut être imminent.

 

"toucher du bois"

flash-845848-pixabay.jpgUne expression qui semble n'avoir rien à voir avec les orages ...

Pourtant, je me suis laissé dire (et j'invite les spécialistes qui me liront à me donner leur avis...) qu'elle provient du fait que les Grecs de l'Antiquité, ayant observé que l'éclair tombait fréquemment sur les arbres, en concluaient que les arbres étaient habités par Zeus, dieu de la foudre.

Toucher un arbre était donc une façon d'entrer en lien direct avec lui... et de conjurer le sort.

 

Auteur du site

id_vero_2008_50x59.jpgVéronique Parasote
Docteur en physique
Journaliste scientifique

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(réservé à l'auteur)

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