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Foudre

La foudre frappe au rythme de 50 à 100 impacts par seconde. En France, la foudre tue en moyenne directement une quarantaine de personnes et en blesse une centaine d’autres. Pourtant, le risque foudre est insuffisamment pris en compte au regard des dégâts qu’il provoque.
Dans le monde, 50 000 orages éclatent chaque jour.
Peu de gens savent que c’est le phénomène le plus dangereux dans l’hexagone et dans de nombreux pays européens.
La température d’un éclair est plus chaude que celle à la surface du soleil. La foudre peut détruire mais elle reste un spectacle extraordinaire.

Les premières découvertes sur la foudre

C’est à Benjamin Franklin que l’on doit, en 1752, d’avoir identifié la nature électrique de la foudre.
Le scientifique lança un cerf-volant dans un nuage prometteur d’orage et donc de foudre. A la cordelette humide qui retenait le jouet, B.Franklin avait attaché une clé : de nombreuses étincelles se produisirent.

La même année, le Français Thomas Dalibard, mis à exécution le principe du paratonnerre conçu par Franklin.

Le 6 août 1753, le Professeur Richmann de Saint-Pétersbourg tomba foudroyé suite à une expérience avec un électromètre.

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Si nous savons depuis 250 ans que la foudre est un phénomène électrique, les scientifiques ne peuvent toujours pas expliquer pourquoi un éclair prend une direction plutôt qu’une autre.
Ce n’est que depuis peu que nous commençons à comprendre les effets de la foudre sur notre planète.
Les orages les plus violents se produisent surtout dans les zones tropicales et subtropicales, là où l’humidité est la plus forte et la chaleur la plus intense.

La formation de la foudre

Etape 1 : Cumulo-nimbus

Dense, le cumulo-nimbus est présent dans les ciels orageux. Il se forme à l’occasion de forts contrastes de températures, grâce à de puissants courants d’air chaud ascendants.
Ces courants entraînent en altitude d’importantes quantités d’eau et de glace.

Ce nuage peut atteindre une dizaine de kilomètres d’épaisseur.

Etape 2 : processus d’électrification

Le brassage qui se déroule à l’intérieur de ces nuages arrache des électrons aux différents éléments d’eau surfondue et de cristaux de glace en suspension.
Les frottements engendrés génèrent des charges électriques.

Les charges positives s’accumulent au sommet des nuages. A l’inverse, les charges négatives se retrouvent en partie inférieure.

La dissociation des charges dans le nuage orageux génère un champ électrique intense dans l’espace nuage-sol.
Lorsque le nuage atteint, au niveau d’un sol plan, une intensité de 4 à 10 kilovolts par mètre, une décharge au sol est imminente. Une gigantesque étincelle se produit alors.

Etape 3 : les éclairs

Les éclairs sont la partie visible de cet amorçage. Ils se développent de deux manières :

  • A l’intérieur d’un système orageux (éclairs intra-nuage ou inter-nuage)
  • Entre un nuage et la terre (éclairs nuage-sol)

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En moyenne, un éclair sur trois est de type nuage-sol. C’est ce qui explique que l’on peut entendre gronder le tonnerre sans qu’un impact au sol se produise.

Etape 4 : la foudre

La foudre est une très violente et très brève décharge atmosphérique. L’intensité du courant électrique généré varie de 3 000 à 300 000 ampères.
Cette gigantesque étincelle se propage sur plusieurs kilomètres de long.

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Etape 5 : éclair nuage-terre

Le canal de foudre, ou canal ionisé, porteur de charges négatives, progresse d’une manière aléatoire.
Il prend le nom de précurseur ou traceur descendant.

Lorsqu’il s’est suffisamment approché du sol, plusieurs traceurs ascendants naissent à partir d’aspérités ou d’objets pointus (antenne, paratonnerre, arbre, immeuble haut …).

L’un de ces traceurs entre au contact du traceur descendant. Il est appelé « décharge de capture ».
C’est lui qui détermine le ou les points d’impact de la foudre au sol.

Cette rencontre entre traceur descendant et ascendant établit un pont conducteur entre le nuage et le sol, par lequel s’écoule un intense courant électrique. C’est l’arc de retour.

L’arc de retour est la cause de la violente illumination du canal de foudre et du tonnerre. Il est aussi responsable des dégâts produits par un foudroiement.

Formation nuage et nuage orageux

Tous les nuages se forment ainsi :

  • De l’air chaud et humide s’élève
  • La vapeur d’eau se condense pour former des gouttelettes. Si elles grossissent trop, elles deviennent trop lourdes pour rester en l’air et il pleut.

La formation d’un nuage orageux exige plus d’énergie :

  • Le courant ascendant est plus fort ; il dépasse l’altitude à laquelle la vapeur d’eau se condense
  • Il continue à s’élever
  • Plus l’air s’élève, plus il se refroidit
  • La foudre est déclanchée par la séparation de la charge électrique
  • A 8 Km d’altitude, à l’intérieur du nuage, des particules de glaces se forment dans la colonne ascendante. Elles peuvent devenir aussi grosses que des grêlons de la taille d’un poing qui restent suspendus dans l’air.
  • Des cristaux de glace plus légers et plus petits se forment également. Ils s’élèvent et se frottent contre les grêlons de glace.
  • Ce frottement provoque une charge électrique. Négative pour les plus grosses particules, positive sur les petites.
  • Les petits cristaux de glace s’élèvent jusqu’à la stratosphère puis s’écoulent sur le côté pour donner sa forme caractéristique d’enclume aux nuages orageux.

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Le précurseur

La foudre s’amorce par une toute petite étincelle à 8 Km d’altitude, à l’intérieur du nuage. Des électrons jaillissent, parcourent une centaine de mètres, puis s’arrêtent et se rapprochent pendant quelques millionièmes de secondes.
Ensuite, les électrons s’éloignent puis se rapprochent à nouveau. Le canal ionisé se sépare en plusieurs branches.

On appelle ce phénomène : le précurseur

Il précède l’arrivée de l’éclair. En se rapprochant du sol, l’activité électrique qu’il développe exerce une forte attraction sur le champ électrique du sol.

Téléchargez animation précurseur N°1

L’arrivée du précurseur près du sol provoque une concentration d’électricité négative. Par contre coup, le sol se charge d’électricité positive.
Certains objets sur le sol réagissent en envoyant de petites étincelles de plasma en direction du précurseur.
Celles qui atteignent leur but déclanchent l’éclair. Un décharge de 10 000 ampères.

Téléchargez animation précurseur N°2

Des éclairs au dessus des nuages et dans l’univers

Un avion est frappé par la foudre au moins une fois par an. Pendant longtemps, les pilotes ont déclaré avoir vu des éclairs dans le ciel au dessus des nuages sans que personne ne les croit.
Mais, ils avaient raison.

Les images d’archive prouvent que ces éclairs sont presque invisibles et durent qu’une fraction de seconde.
Ils mesurent 16 Km de large et s’élèvent à plus de 80 Km au dessus de l’orage.
On ne sait pas comment l’orage les fabrique.

La foudre semble exister sur d’autres planètes de notre système solaire. Elle a été photographiée sur Jupiter.

La foudre observée depuis une navette spatiale © Nasa

Les réseaux de surveillance

En France, Météorage constitue le réseau national de surveillance des orages. Safir, couvre plus ponctuellement le territoire national. Ce réseau est également présent en Suisse, en Autriche et en Italie.
Il a participé à la constitution de Météotech, le réseau européen.

Créé en 1986, Météorage couvre la France avec environ 17 capteurs électromagnétiques. Ces capteurs déterminent en temps réel la localisation et la datation de chaque impact de foudre.

La foudre frappe une navette spatiale © Nasa

Lors d’un éclair nuage-sol, la décharge émet une onde électromagnétique dans la bande de fréquence 1 à 500 kHz.
Les antennes radio goniométriques sont adaptées à cette gamme de fréquence.

Station de détection Météorage. Licence

Les stations sont implantées en terrain découvert et espacées de 150 à 250 km.

Créé en 1988, le système Safir, utilisé en France et à l’étranger réalise la détection précoce et la prévision des phénomènes orageux.

Cartographie de la foudre en France le 28 juillet 1994 . Licence

Depuis son implantation, le réseau Météorage a enregistré des records. Plus de 44 000 impacts de foudre sur la France le 27 juin 1990.
Le 22 septembre 1992, jour de la catastrophe de Vaison-la –Romaine, il y a eu plus de 62 000 impacts en France.
Ce record a été battu le 28 juillet 1994 avec plus de 74 000 impacts.

La kéraunopathologie

La kéraunopathologie, du grec Keraunos (foudre) est la discipline qui étudie les effets de la foudre sur les personnes ou animaux ainsi que les moyens de s’en protéger.

En France, plusieurs dizaines de cas mortels sont recensés en moyenne chaque année. Mais, les cas non mortels laissent aux blessés des séquelles plus ou moins importantes.

Brûlure type d'un point d'entrée ou de sortie de courant de foudre. Licence

Un organisme vivant peut être traversé par le courant de foudre de quatre manières :

Coup de foudre direct : le courant entre par la partie la plus proéminente (la tête en particulier) et s’écoule au sol en passant par les membres inférieurs.

Foudroiement par éclair latéral : ce foudroiement se produit quand une personne s’abrite sous un arbre ou une autre structure qui, elle, reçoit le coup de foudre direct.
Ce type d’accident peut se produire en plein air mais également dans une maison non protégée contre la foudre.

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Foudroiement par tension de pas : ce foudroiement se produit quand le courant de foudre frappe un point au sol et se répartit dans celui-ci.
Un homme, debout, près du point d’impact peut-être blessé.

La tension de toucher : La tension de toucher (ou contact) se produit quand une personne touche un objet conducteur lui-même frappé par la foudre.

Le foudroiement peut entraîner la mort mais également des troubles plus ou moins graves :

  • Troubles neurologiques ou psychiques (amnésie, coma, anxiété …)
  • Troubles cardio-vasculaires
  • Manifestations cutanées (brûlures notamment)
  • Troubles oculaires (brûlures cornéo-conjonctivales possibles)
  • Troubles auditifs (perforation du tympan fréquente)

Chaque année, en France, on estime à 15 000 le nombre d’animaux tués par la foudre.

Il faut souligner, qu’aux Etats-Unis, la foudre tue d’avantage que les tornades.

Les précautions à prendre en cas d’orage

Il faut éviter certaines activités extérieures connues pour être dangereuses en cas d’orage : Pêche, baignade, bateau, cyclisme, golf, alpinisme et réparations de toitures.

Il faut se souvenir qu’un corps mouillé est un bon conducteur d’électricité.

Il ne faut jamais s’abriter sous un arbre. A l’extérieur, il faut éviter de porter des objets métalliques (outils de jardin, clubs de golf, parapluies).

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Il faut s’écarter de toute structure métallique (clôtures, pylônes …). Il ne faut pas téléphoner d’une cabine extérieure.

En cas d’orage très violent, et dans une zone déserte, la meilleure solution consiste à rester dans sa voiture, à condition de penser à rabattre son antenne radio. Il ne faut pas s'abriter sous un arbre.

Dans une habitation, il ne faut pas téléphoner au moment d’un orage et éviter de toucher des pièces métalliques ou de prendre un bain.

V.Battaglia (01.2005)

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