Création de la foudre

Les scientifiques ne sont toujours pas unanimes sur la manière dont l’électrification des nuages se produit. Par contre, ils s’entendent pour dire que la séparation des charges positives et négatives doit se produire à l’intérieur d’un nuage pour donner lieu à la foudre. La plupart des scientifiques s’accordent sur le fait qu’une tempête qui se forme doit produire de la glace afin que la foudre se manifeste.

La turbulence d’un orage avec ses courants ascendants et descendants représente le milieu idéal pour séparer les charges électriques : les charges négatives se concentrent près de la base du nuage, alors que les charges positives s’accumulent dans la partie supérieure. Ce phénomène permet aux champs électriques de se former et de s’amplifier entre le nuage et le sol, ainsi que dans le nuage comme tel — ce sont là toutes les conditions nécessaires à la formation de la foudre et des éclairs.

Étant donné que les objets à charge similaire se repoussent et que ceux à charge opposée s’attirent, les charges négatives commencent alors à s’étendre près de la base du nuage. En même temps, les charges positives commencent à s’accumuler sous la tempête. Cette région de charges positives se déplace sous le nuage, un peu comme une ombre. Les charges positives ont tendance à se concentrer sur des objets élevés, tels que les arbres, les poteaux et les bâtiments. Dans l’image ci-dessous, les charges positives sont représentées par le signe de plus en rouge, alors que les charges négatives sont symbolisées par le signe de moins en bleu.

Un éclair nuage-sol commence alors qu’un canal de charges négatives nommé traceur par bonds fait son chemin vers le sol. Le traceur par bonds se rend jusqu’au sol par une série de bonds d’une longueur variant approximativement entre 50 et 100 mètres chacun. Le traceur par bonds peut s’étendre dans de nombreuses directions.

En réponse à la décharge négative en provenance de la base d’un nuage, les courants de charge positive nommés traceurs ascendants commencent à se déplacer vers le haut à partir du sol, généralement le long d’objets élevés.

Lorsque le traceur par bonds et le traceur ascendant se rencontrent, habituellement entre 30 et 100 mètres au-dessus du sol, les charges négatives commencent à circuler vers le bas. Presque immédiatement, un courant électrique beaucoup plus important et lumineux monte en flèche jusqu’au nuage, en suivant la trajectoire du traceur par bonds. Ce phénomène s’appelle la décharge de retour. C’est également ce que nous percevons dans le ciel et que nous appelons un éclair. Le tout se produit si rapidement (en moins d’une seconde!) que l’éclair semble se déplacer des nuages jusqu’au sol, mais en réalité, c’est le contraire.

Vidéo montrant la formation d’un éclair au ralenti (en anglais seulement).

Dans le vidéo ci-dessus, vous pouvez voir que la foudre essaye de nombreux chemins, mais elle n’en trouve qu’un seul. À vitesse normale, le vidéo serait d’une durée de moins d’une seconde et il serait impossible de suivre à l’œil nu toutes les étapes du phénomène!

La foudre ou un éclair est généralement composé de plusieurs décharges électriques. Après la plus importante décharge initiale, des décharges plus faibles peuvent suivre et elles suivent généralement (mais pas toujours) la même trajectoire que la décharge initiale. Lorsque la foudre suit la même trajectoire, elle semble vaciller. Si elle emprunte une trajectoire différente, elle semble danser. Il y a en moyenne de trois à quatre décharges subséquentes. Il peut cependant y en avoir plus de vingt.

Dans la photo ci-dessus d’un éclair qui frappe un arbre, le traceur par bonds s’est lié au traceur ascendant qui provenait de l’arbre. Si vous regardez de plus près, vous pouvez également voir, en provenance de l’arbre, un traceur ascendant qui ne s’est pas connecté (traceur indiqué au moyen d’une flèche rouge). Il y a également un très faible traceur ascendant visible en provenance d’un poteau de téléphone tout juste à la gauche de l’arbre (traceur indiqué au moyen d’une flèche jaune). Ces phénomènes se produisent trop rapidement et sont souvent trop faibles pour être vus, sauf s’ils sont documentés sur pellicule. Cette photo montre aussi clairement pourquoi il n’est pas raisonnable de chercher un abri sous un arbre pendant un orage!

Un éclair nuage-sol est le type d’éclair le plus dangereux et le plus destructeur. Toutefois, un éclair à l’intérieur d’un nuage ou qui voyage d’un nuage à l’autre nuage est le type le plus commun. Ce type d’éclair ressemble à un scintillement brillant dans un nuage. Pour chaque éclair nuage-sol, il peut y avoir de trois à cinq éclairs de nuage à nuage.

La foudre peut se manifester différemment, lorsque certaines décharges se répandent du sol jusque dans le ciel. Dans ce cas, le traceur par bonds avance du sol vers les nuages, tel que le montre la photo ci-dessous.

Les différentes formes d’éclairs

Les éclairs peuvent se présenter de façons bien différentes. Par exemple, vous pouvez reconnaître un éclair ramifié par ses lignes irrégulières ou tordues. Vous pouvez également souvent voir plusieurs branches qui s’élancent d’un nuage jusqu’au sol, traversent  un nuage, passent d’un nuage à un autre, ou même s’échappent dans l’air à partir d’un nuage.

Les autres types d’éclairs sont :

• Les éclairs diffus illuminent l’ensemble d’un nuage, mais où l’on ne perçoit pas l’éclair réel.
• Les éclairs de chaleur sont des éclairs éloignés que l’on peut voir, mais que l’on ne peut pas entendre. Dans ce cas, la visibilité est habituellement bonne et le ciel est souvent clair.
• Le feu Saint-Elme est l’ensemble des particules toujours chargées qui ressemblent à une lueur bleue ou verdâtre au-dessus d’objets pointus, tels que les arbres, les mâts de navire ou les nez d’avion. Même s’il ne s’agit pas d’un éclair, il est parfois possible de l’observer avant l’apparition d’un éclair.
• Les éclairs peuvent être observés en haute altitude alors que la foudre éclate au sommet des orages. On donne aux éclairs des noms imaginatifs, tels que farfadets, elfes et jets bleus.

Les éclairs négatifs par rapport aux éclairs positifs

La plupart des éclairs sont négatifs, ce qui signifie qu’il y a un transfert net des charges négatives du nuage jusqu’au sol. Les éclairs négatifs représentent environ 95 % des éclairs nuage-sol.

Lorsqu’il y a un transfert net d’énergie positive des nuages jusqu’au sol, il s’agit d’éclairs positifs. Ces éclairs proviennent des parties du nuage où les charges positives sont élevées, comme dans l’enclume ou la partie supérieure d’un nuage, ou dans les parties supérieures d’un orage.

Même si seulement environ 5 % des éclairs sont positifs, ils sont importants, car ils portent une charge plus élevée et durent plus longtemps que les éclairs négatifs. C’est pour cette raison qu’ils ont tendance à causer plus de dommages aux infrastructures de l’énergie et de l’électricité et qu’ils déclenchent plus d’incendies de forêt que les éclairs négatifs. Les éclairs positifs sont plus fréquents lors d’orages violents et d’orages qui ont lieu pendant l’hiver.

Les éclairs ne se produisent pas seulement pendant des orages

Des éclairs peuvent se produire lors de tempêtes de poussière, d’incendies de forêt et d’éruptions volcaniques. Les particules comme le sable, la fumée et la cendre de ces milieux peuvent se charger électriquement et créer des conditions atmosphériques semblables à celles d’un orage.