La foudre, une énergie durable ?

I - Comment se forme un orage ?

Comme dans le cas des averses, les orages se forment dans une masse d'air instable lorsqu'il y a une réserve importante de chaleur et d'humidité à bas niveau de la troposphère et d'air plus sec et froid en altitude. Le nuage qui provoque l'orage est appelé cumulonimbus. Il est noir, épais et surtout chargé d'électricité.

L'air chauffé par le rayonnement du soleil sur la surface terrestre se dilate et devient plus léger que l'air situé au-dessus de lui. Il s'élève alors, comme le ferait une montgolfière. Si cet air est suffisamment humide, la vapeur d'eau qu'il contient se condense pour former des gouttelettes d'eau : un nuage de type cumulus apparaît. Dans une atmosphère instable, les mouvements verticaux de l'air sont intenses et vont favoriser par cette condensation le grossissement du nuage, qui se développe et monte en altitude. Les gouttelettes les plus élevées se transforment alors en cristaux de glace : le cumulus devient un cumulonimbus.  Le schéma ci-dessous montre la formation d’un cumulonimbus.

Ce nuage se charge en électricité statique car il est balayé dans tous les sens par de rapides courants d'air qui créent un frottement des molécules et particules le composant ; c’est ce frottement qui génère de l’électricité statique. La polarité du nuage est alors négative.

Au fur et à mesure que le nuage grossit il se charge donc de plus en plus en électricité négative. Le sol lui par contre est chargé d'électricité positive. En effet, il existe un champ électrique à la surface de la Terre. Ce champ électrique est d'environ 100 à 150V/m en moyenne, en dehors des périodes d’orage. La Terre se comporte comme un condensateur sphérique, avec un assez bon isolant : les parties basses de l'atmosphère (tropopause ...) placé entre deux conducteurs : le sol et l'ionosphère.

Comme en électricité les charges opposées s'attirent, c'est justement cette différence de polarité entre le sol et le nuage qui est à l'origine de la foudre. Les charges négatives du nuage rejoignent les charges positives du sol, à travers l'air devenu conducteur.

Les conditions sont alors réunies pour que la foudre se forme.

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