Chapitre 4 · Nuage d’orage, éclair et tonnerre
Dans un orage
Imaginez que vous regardez un orage
Imaginez que vous regardez un orage depuis une fenêtre. Dans le grand nuage, des cristaux de glace et de la grêle molle sont ballottés de haut en bas par de forts vents, et ils se heurtent encore et encore. Les scientifiques pensent que chaque collision déplace une minuscule charge électrique d’un morceau à l’autre. Les cristaux plus légers portent une charge positive vers le haut du nuage, et les morceaux plus lourds portent une charge négative vers le bas. Le nuage devient une énorme pile. Le sol en dessous devient positif par contraste, et l’air entre les deux retient la tension, jusqu’à ce qu’il n’y arrive plus.
Traceur et arc en retour
D’abord, un canal faible, appelé traceur par bonds, descend du nuage en zigzag par sauts de quelques dizaines de mètres. Quand il approche du sol, une étincelle monte à sa rencontre, et le circuit est fermé. Alors l’éclair brillant remonte le long du canal, c’est l’arc en retour, à environ un tiers de la vitesse de la lumière. Le courant est de plusieurs dizaines de milliers d’ampères, et le canal, large de quelques centimètres seulement, chauffe jusqu’à environ 30 000 kelvins. La surface du Soleil est à environ 5 800 kelvins : la foudre est donc environ cinq fois plus chaude, pendant quelques millionièmes de seconde.
Le tonnerre et le chronomètre
L’air du canal chauffe si fort et si vite qu’il se dilate de façon explosive, et le choc se propage sous forme de son. C’est le tonnerre. Il gronde parce que le canal est long et que son bruit vous parvient de distances différentes à des instants différents. L’éclair vous parvient aussitôt, mais le son ne voyage qu’à environ 343 mètres par seconde à 20 degrés Celsius. Comptez les secondes entre l’éclair et le premier tonnerre, puis divisez par 3 : le résultat est la distance en kilomètres. Exemple résolu : 9 secondes donnent environ 3 kilomètres.
Air chaud, son plus rapide
La vitesse du son dépend de la température de l’air : v = 331,3 × √(1 + T / 273,15), avec T en degrés Celsius. À 0 degré elle est de 331 mètres par seconde, à 20 degrés de 343, et à 30 degrés d’environ 349. Ainsi, lors d’un orage d’été, le tonnerre arrive un peu plus tôt que par temps froid, même si la règle de trois secondes par kilomètre marche bien dans les deux cas. Utilisez le second curseur du bac à sable pour changer la température et regardez bouger la vitesse du son.
Quand le tonnerre gronde
La foudre peut frapper à de nombreux kilomètres de la pluie, même à un endroit où le ciel au-dessus de vous semble encore dégagé. Les services météorologiques donnent donc une règle simple : si vous entendez le tonnerre, vous êtes assez près pour être touché. Rentrez dans un bâtiment solide ou dans une voiture à toit rigide, vitres fermées, et restez loin de l’eau. Ne vous abritez pas sous un arbre isolé et ne restez pas dans un champ ouvert. Attendez environ 30 minutes après le dernier coup de tonnerre avant de ressortir.
Une planète qui étincelle
Des satellites de la NASA surveillent toute la planète et comptent les éclairs depuis l’espace. Ils en trouvent environ 40 à 50 chaque seconde, soit quelque 1,4 milliard d’éclairs par an. La plupart se produisent au-dessus des terres dans les tropiques, où le soleil chauffe le sol et construit les plus hauts nuages d’orage. Beaucoup d’éclairs restent dans le nuage ou sautent d’un nuage à l’autre, et seuls certains atteignent le sol. Chacun est une petite centrale électrique naturelle qui dure une fraction de seconde.
En chiffres
- ≈ 30 000 K
- la température d’un canal de foudre
- ÷ 3
- secondes éclair-tonnerre donnent des kilomètres
- ≈ 1,4 Md
- d’éclairs sur Terre chaque année