La foudre, une énergie durable ?

La vidéo ci-dessous, issue de mon travail personnel lors d’une visite au Palais de la Découverte à Paris, montre une expérience qui reproduit le phénomène de foudre. Le plateau inférieur, représentant le sol terrestre, est relié à la borne positive d’un générateur de courant électrique de 350 000 V (cathode) ; il charge positivement les petites boules en aluminium qui sont déposées dessus et qui illustrent les chargent positives du champ terrestre. La sphère située quelques centimètres au-dessus du plateau représente la base d’un cumulonimbus ; elle est reliée à la borne négative du générateur. Elle attire donc les boules d’aluminium (charges positives) vers elle (charges négatives). Les échanges de charges entre ces deux surfaces apparaissent visuellement sous la forme d’éclairs reliant la sphère au plateau.

Eclairs intra et inter-nuages

Les éclairs intra et inter-nuages se forment lorsque la différence de potentiel est suffisamment grande entre le sommet, le centre et la base de l’orage. L'air entre ces différents niveaux n'est alors plus assez isolant, il devient donc conducteur électrique et un claquage se produit. La foudre générée peut se produire entre les différentes parties du nuage ou entre des nuages voisins.

Comme ces couches sont plus près en général les unes des autres qu'elles ne le sont du sol, ce genre d'éclairs sera le premier à se produire. À mesure que l'orage prend de l'extension verticale et que le potentiel augmente, la foudre nuage-sol prendra le dessus sans jamais être la seule. Le changement de proportion entre le type inter/intra-nuageux et nuage-sol est donc une indication du stade de développement du cumulonimbus.

Eclair intra-nuageux à Toulouse

Eclairs nuage-sol

Il existe deux types de foudre nuage-sol, soit descendant (sommet du nuage vers le sol) et ascendant (sol vers base du nuage) :

• Le type descendant est le plus fréquent mais un basculement de ce type vers le type ascendant est souvent indicatif de temps violent car le nuage est alors particulièrement développé ;

Eclair nuage-sol à Dardilly

• Le type ascendant est le plus fréquent dans le cas de coup de foudre sur des structures de grande hauteur (tour, pylône). Il se produit également souvent à l'avant du nuage proprement dit, jusqu'à 40 kilomètres du nuage. Un tel phénomène peut surprendre les gens qui se pensent à l'abri en voyant l'orage dans le lointain (un coup de tonnerre dans un ciel serein).

Foudre en boule

La foudre en boule est un phénomène se produisant parfois à l'impact (dans de très rares cas, avant). Elle se présente en règle générale sous la forme d'une sphère lumineuse de taille variable (de l'ordre du centimètre à plusieurs dizaines de centimètres de diamètre).

Les observations rapportent différentes couleurs (blanc, rougeâtre, parfois jaune, etc.) et une durée de vie très différente selon les cas, mais le plus souvent tout au plus quelques secondes. Encore aujourd'hui, les connaissances à son sujet sont assez fragmentaires. Il a été tenté de nombreuses fois de la reproduire en laboratoire, sans toutefois apporter d'explication définitive au phénomène. Les premières « boules de feu » artificielles auraient été créées par des scientifiques brésiliens de cette façon :

1. Un arc électrique créé entre deux électrodes vaporise du silicium pur.
2. En se refroidissant, le nuage de silicium se contracte.
3. Le silicium se combine à l'oxygène de l'air. La réaction chimique dégage de l'énergie donnant une température estimée de 1 700 °C à ces boules de feu qui tournent généralement sur elles-mêmes juste au-dessus du sol puis disparaissent.