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Les électrométéores |
![]() Aperçu |
La
foudre est une décharge électrique qui échauffe l'air
à plus de 30 000°C, et qui se produit au sein des nuages, ou
depuis un nuage et le sol, et qui se manifeste d'une façon constante
par des effets lumineux, les éclairs, par des effets sonores, le
tonnerre, et par des effets variables du même genre que ceux que
les fortes étincelles électriques produisent, effets physiques,
chimiques, mécaniques, etc. La foudre en boule et les feux de saint-Elme
sont des phénomènes plus singuliers et moins violents, mais
qui impliquent de la même façon l'électricité
atmosphérique. On les range, avec la foudre proprement dite, dans
la catégorie des électrométéores.
La foudre, qui est l'une des caractéristiques
des orages est l'un des phénomènes les plus énergétiques
que l'on connaisse sur notre planète. On en a également vu
ailleurs, sur Jupiter notamment, où l'ampleur
du phénomène est encore plus considérable.
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![]() Mise en ordre |
Les
éclairs
L'éclair est
la manifestation lumineuse de la foudre, dont le tonnerre est la manifestation
sonore. C'est un phénomène hautement énergétique
(plusieurs dizaines de milliers de mégawatts libérés),
causé par l'apparition de masses nuageuses de charges électriques
opposées, séparées par des différences de potentiel
de l'ordre de plusieurs dizaines de millions de volts, au moins. La présence
de nuages paraît, de fait, indispensable; mais on notera que les
nuages formés par la condensation de la vapeur d'eau ne sont pas
les seuls qui produisent la foudre; les nuages de cendres qui accompagnent
souvent les éruptions volcaniques sont souvent le siège de
violents orages; des éclairs dits volcaniques ou éruptifs
apparaissent à l'occasion des décharges électriques
qui parcourent les nuages de cendres soufflés en altitude. Cette
séparation des charges peut avoir lieu à l'intérieur
d'un même nuage. On assistera alors à un éclair intranuage.
Elle peut avoir lieu d'un nuage à l'autre, chacun portant une charge
distincte. Ce qui donnera lieu à un éclair internuages. Dans
un tiers des cas, environ, l'éclair répond seulement à
la différence de potentiel entre le nuage et la surface de la Terre;
on parle alors de coup au sol.
![]() Répartition annuelle de la foudre. Chaque seconde, cent éclairs frappent le sol quelque part sur la planète... (Source : NASA, GHCC / Lightning Distributions). Les éclairs en zigzag qui apparaissent sous forme d'un sillon de lumière très resserré, très mince, très arrêté sur les bords; ils sont de couleurs variées : on en a vu de purpurins, de violacés, de bleuâtres. A la fin du XIXe siècle, Kundt et VogelLes effets de la foudre. 1°) Effets physiques. La foudre opère souvent la fusion des pièces de métal qu'elle va frapper; on en trouve de nombreux exemples dans les relations d'orages; souvent, après un coup de foudre, les objets métalliques présentent des traces de fusion sans que les objets voisins soient altérés; aussi Benjamin Franklin ![]() 2°) Effets mécaniques. La foudre perce souvent les murailles, quelquefois les vitres, lorsque ces matières, mauvaises conductrices, se trouvent séparer des parties métalliques qui offrent au fluide électrique un passage facile; plus rarement, elle perce des trous dans les feuilles métalliques (tôles de girouette, toitures de zinc, etc.). Très souvent, les matières mauvaises conductrices sont projetées au loin : « Une roche de micaschiste de 32 m de long sur 3 m de large et 1,20 m d'épaisseur fut, raconte un témoin, brisée en trois fragments dont un ne fut pas projeté; une autre de 8 m 50 de long, 2,10 m de large et 1,20 d'épaisseur fut lancé par-dessus un tertre à la distance de 45 m; la troisième de 12 m de long fut projetée à une distance plus grande et tomba dans la mer. »Près de Mancheste ![]() 3°) Effets chimiques. On a montré que l'étincelle électrique, passant dans l'air, donne avec l'azote et l'oxygène qu'il contient, de l'acide hypoazotique; la foudre peut produire le même effet; elle peut aussi transformer l'oxygène en ozone. Mais on n'a pas constaté ces effets d'une façon nette; on a souvent perçu après les coups de tonnerre une odeur sulfureuse (!) parfois assez forte pour produire la suffocation. D'autres personnes ont comparé cette odeur à celle du phosphore (la présence de l'ozone serait alors la cause de cette odeur) ou à celle de l'acide hypoazotique. 4°) Effets
physiologiques. La foudre produit, sur les êtres vivants qu'elle
frappe, des effets mécaniques considérables; quelquefois,
les empreintes de la foudre ne sont que superficielles et se réduisent
à des ecchymoses; d'autres fois, les os eux-mêmes sont brisés.
Souvent les vêtements de l'individu frappé prennent feu. Un
caractère important de la mort par la foudre qui intéresse
la médecine légale est le magnétisme intense que prennent
les couteaux, les aiguilles, les outils d'acier que peuvent porter les
personnes foudroyées. Les coups de foudre qui ne déterminent
pas la mort produisent souvent des paralysies partielles, en général
peu persistantes. Un autre effet remarquable est de détruire absolument
la pilosité sur le corps : le capitaine de frégate Rihouet,
qui fut atteint par la foudre sur son vaisseau le 22 février 1812,
perdit à jamais ses cheveux, ses cils, ses sourcils, tous ses poils,
et les ongles de ses mains s'en allèrent par écailles l'année
suivante. On cite encore un jeune homme qui, sans avoir été
foudroyé, s'était trouvé près du passage de
la foudre, et qui resta ensuite complètement épilé.
Arago cite divers cas où des personnes frappées de la foudre
éprouvèrent, après la guérison des accidents
passagers qui les avaient atteints, une amélioration de leur santé
(suppression de rhumatismes, etc.), mais peut-être, simplement, après
l'épreuve qui les avait frappés hésitaient-ils désormais
à se plaindre... Le même Arago a vu un peuplier,
foudroyé au milieu d'un grand nombre d'autres, acquérir après
la chute de la foudre un développement très remarquable par
rapport aux arbres voisins dont il avait auparavant les dimensions.
La foudre en boule On désigne
sous le nom de foudre en boule, de foudre globulaire ou de globe de feu,
un phénomène lumineux, d'origine électrique, certainement
de la même nature que les éclairs, qui paraît en l'air
sous la forme des globes de couleur variable depuis le blanc mat jusqu'au
rouge vif. Ces globes que les observateurs ont comparé parfois à
une orange ou à la Lune, mais avec des contours indécis,
ont de quelques centimètres à quelques décimètres
de diamètre. Ils apparaissent presque toujours à la
suite d'un coup de tonnerre; ils se déplacent lentement et
erratiquement. En avançant à proximité du sol, ils
restent toujours écartés de la surface des corps et ne semblent
émettre aucune chaleur. On les voit s'arrêter un instant,
avancer de nouveau, puis rebondir comme une balle élastique.
![]() Un globe de feu sème la panique dans une maison... (Source : The Aerial World deG. Hartwig, 1886; NOAA Photo Library). Quelques fois encore, a-t-on dit, ces globes, semblaient s'éteindre en tombant, puis se rallumaient après avoir émis beaucoup de vapeur et de fumée. On les a aussi vu se diviser en globes plus petits. Souvent, à la fin de leur course, une aigrette paraissait en sortir, ou bien des étincelles et des flammes s'en échappaient dans toutes les directions. A d'autres occasions (s'il s'agit toujours du même phénomène), ils montrent une grande rapidité de leur mouvement qui leur donne l'apparence d'une queue lumineuse. On a aussi remarqué que parfois ces globes sont suffisamment brillants pour projeter des ombres en plein jour. Selon les descriptions, le phénomène se termine généralement par une explosion. La boule se boursoufle et éclate avec un bruit comparable à celui du canon, lançant de tous côtés des éclairs en zigzag qui produisent de gros dégâts. Emmanuel Liais ![]() Boules de feu sur Boston. (Source : NOAA Photo Library). La foudre globulaire est un phénomène
tellement rare que l'on a parfois mis son existence en doute. Les physiciens
tendent cependant à prendre aujourd'hui au sérieux les quelques
témoignages et photographies qui existent, mais ne parviennent toujours
pas à le reproduire en laboratoire et hésitent encore à
en donner une explication. Il est vrai aussi que les anciennes descriptions
de ces phénomènes sont en général peu fiables.
On a couramment confondu la foudre en boule, phénomène lié
à l'électricité atmosphérique, et les bolides
( « Il en parut un de cette espèce à Paris, le 17 Juillet 1771, à 22 h 30 du soir, le ciel étant très serein. Sa lumière fut fort vive, et à peu près semblable à celle que fournissent les grosses fusées à étoiles. Elle dura quelques secondes, et prit, vers sa fin, une teinte de jaunâtre. Ce globe de feu paraissait aux yeux avoir un pied de diamètre, et son mouvement progressif se fit du nord-ouest au sud-est. Il parut avoir une queue de quelques pieds de long : Ce météore fut suivi, environ deux minutes après son apparition, d'un bruit en tout semblable à celui du tonnerre; ce qui prouve qu'il éclata à environ 9 lieues de distance. Une preuve que ce feu est réellement de la nature des éclairs, c'est qu'il, fait entendre le bruit du tonnerre. Il faut qu'il ait été à une grande hauteur dans l'atmosphère; car on l'a aperçu, non seulement en plusieurs endroits des environs de Paris, mais encore jusqu'à Lyon autres lieux adjacents. »
Le feu de Saint-Elme, ou feu Saint-Elme
se manifeste par des aigrettes lumineuses verdâtres ou violacées,
parfois de grande dimension, qu'on voit briller la nuit, en temps d'orage
ou de tempête, aux pointes des mâts et des vergues ou le long
des cordages. Les Anciens, à l'instar de Tite-Live ![]() Feux de Saint-Elme autour d'une maquette d'avion. (Source : université de Melbourne / École de Physique). De Forbin donnait en 1696 la description suivante de ce phénomène : « Le ciel, dit-il, se couvrit tout à coup d'épais nuage. Craignant un coup de vent je fis carguer toutes les voiles. II y avait plus de trente feux de saint-Elme sur le navire; l'un d'eux occupait la girouette du grand mât et avait environ 5 décimètres de long. J'envoyai un matelot pour le chercher. Quand il fut en haut, il entendit un bruit semblable à celui que fait en brûlant de la poudre humectée. Je lui ordonnai d'enlever la girouette; A peine eut-il exécuté cet ordre que le feu la quitta et se plaça à l'extrémité du grand mât, d'où il fut impossible de l'enlever. Il y resta assez longtemps et disparut peu à peu. L'orage se termina par une pluie qui dura plusieurs heures. »Les esprits rouges et les elfes bleus... Des flashes apparaissant au-dessus des nuages pendant les orages ont été signalés de longue date par les pilotes d'avions, mais ils n'ont commencé à être pris en considération par les scientifiques qu'à partir de 1989, quand des chercheurs de l'université du Minnesota en ont filmé accidentellement. leur étude systématique n'a réellement commencé qu'en 1994. Assez peu lumineux, ces esprits rouges (red sprites) sont difficiles à observer à l'oeil nu, et pratiquement invisibles depuis le sol, notamment à cause de l'interposition de couverture nuageuse. En tout état de cause leur observation exige une vision accoutumée à l'obscurité et ne peut s'effectuer que loin de l'éclairage urbain. Toutes ces complications expliquent la découverte récente des esprits rouges, bien qu'ils ne soient pas véritablement rares. Il y aurait un esprit rouge pour deux cents coups au sol.
On sait aujourd'hui qu'ils se forment au
sommet des nuages d'orages et montent très haut dans l'atmosphère
(parfois jusqu'à 90 km d'altitude). Ce sont flashes de quelques
millisecondes de durée et de couleur caractéristique. A leur
base, un autre phénomène est parfois observable, sous la
forme d'une colonne lumineuse, plus ou moins ramifiée, de couleur
bleue ou verdâtre) également signalé par les pilotes,
avant que leur existence ne soit admise par la communauté scientifique.
Ces elfes bleus (appellation non garantie!) sont des décharges électriques
ascensionnelles, que l'on pourrait comparer à des "éclairs
à l'envers". Ils montent vers la stratosphère, voire l'ionosphère,
à des vitesses de l'ordre de cent kilomètres pas seconde.
On a également rapporté en ces occasions de brusque émissions
de rayonnement gamma (>1 MeV) détectés par l'observatoire
spatial Compton-GRO.
![]() Un autre esprit rouge. (Source : Université de l'Alaska à Fairbanks). |
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