Formation d’un nuage orageux
La présence de masses d’air instables, humides et chaudes aboutit à la formation de nuages orageux: les cumulo-nimbus.
Ce type de nuage est très développé, tant horizontalement (environ 10 km de diamètre) que verticalement (jusqu’à 15 km). Sa forme, très caractéristique, est souvent comparée au profil d’une enclume, dont il possède les plans inférieurs et supérieurs horizontaux. L’existence dans un cumulo-nimbus de gradients de température très importants (la température peut descendre à – 65°C en partie supérieure), entraîne des courants d’air ascendants très rapides; il s’ensuit une électrisation des particules d’eau.
Dans un nuage orageux typique, la partie supérieure, constituée de cristaux de glace, est chargée généralement positivement, tandis que la partie inférieure, constituée de gouttelettes d’eau, est chargée négativement. Par influence, la partie inférieure du nuage entraîne le développement de charges de signes opposés (donc positives sur la partie du sol qui se trouve à proximité).
Des échanges électriques se produisent à l’intérieur de ce nuage, mais aussi entre différents nuages de même nature. On voit alors des éclairs.
Cependant, le cumulo-nimbus se comporte également comme un gigantesque condensateur plan nuage-sol, dont la distance intermédiaire atteint souvent 1 à 2 km.
Le champ électro-atmosphérique au sol, qui est de l’ordre de la centaine de volts par mètre (par beau temps), est alors inversé et peut atteindre en valeur absolue 15 à 20 kV/m lorsqu’une décharge au sol est imminente.
Cette décharge lorsqu’elle a lieu est appelée coup de foudre.
Formation d’un coup de foudre
L’observation sans matériel spécifique ne permet pas de discerner les phases de la formation d’un coup de foudre.
Pourtant les phénomènes suivants se produisent dans la plupart des coups de foudre :
- Un traceur descendant lumineux part d’un point du nuage et s’avance d’environ 50 m à une vitesse de 50 000 km/s.
- Un second traceur descendant part du même point, suit le chemin précédent avec une vitesse comparable, dépasse le point d’arrêt du premier d’une distance similaire et disparaît à son tour.
Le processus se renouvelle ainsi jusqu’à ce que la tête du dernier traceur arrive à quelques dizaines de mètres du sol.
Dès que la tête d’un traceur descendant s’approche du sol, une liaison nuage-sol s’établit avec les effluves électrostatiques (effet couronne) du sol. Il se produit alors, un traceur ascendant du sol vers le nuage : c’est le phénomène d’amorçage.
Nota : La « grandeur » de l’amorçage est inversement liée à la distance par rapport au nuage d’orage. C’est pour cette raison qu’un édifice de grande hauteur sera plus « facilement » touché par la foudre.
La rencontre des deux phénomènes (traceur descendant et ascendant) constitue la décharge principale (coup de foudre), qui peut être suivie d’une série de décharges secondaires parcourant le canal ionisé par la décharge principale d’un seul traceur.
Dans un coup de foudre négatif moyen, la valeur de l’intensité du courant est voisine de 25 000 ampères.
Les phases caractéristiques de l’évolution d’un coup de foudre négatif :
1. Descente du traceur par bonds.
2. Initiation des traceurs ascendants.
3. Rencontre entre un traceur ascendant et le traceur descendant par bonds, puis écoulement du courant d’arc en retour.