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Comment se forme la foudre ?

foudre orage éclair
Crédits : RonBerg / Pixabay.

Chaque année, la foudre fait des victimes et de nombreux dégâts. En France, on estime à une centaine le nombre de personnes foudroyées par an, et à une vingtaine celui des décès subséquents. Les incendies, les dommages sur les compteurs électriques ou les pertes de bétail se chiffrent quant à eux en milliers, voire en dizaines de milliers… Comment se forme ce phénomène qui frappe notre planète une centaine de fois par seconde ?

La foudre fascine depuis la nuit des temps. Avant le développement de la méthode scientifique moderne – qui naît entre autres avec Galilée -, les Hommes y ont essentiellement vu une manifestation de la colère des dieux. Le contenu des diverses mythologies est d’ailleurs très riche de ce point de vue. Aujourd’hui, les explications que l’on avance sont beaucoup plus terre à terre, et bien qu’il reste de nombreuses zones d’ombre à explorer, le socle théorique permettant d’appréhender la nature et les mécanismes clés de la foudre est relativement bien établi. Ce phénomène se matérialise exclusivement dans le cumulonimbus, le roi des nuages, où se créent des différences de potentiel importantes à l’intérieur même du nuage et entre le nuage et le sol.

Il existe plusieurs types de coups de foudre. Ici, nous décrirons la genèse du plus commun d’entre eux, que l’on appelle négatif descendant. Un tel coup au sol est souvent initié par une décharge préliminaire à l’intérieur du nuage. L’histoire commence par la propagation d’un traceur (une pré-décharge*) de polarité négative partant d’une zone particulière du cumulonimbus et qui descend vers la surface. Il progresse dans l’air isolant par bonds de longueur atteignant quelques dizaines à quelques centaines de mètres, et tend à se séparer en plusieurs branches. Ces divisions du traceur en diverses ramifications « cherchent » en quelque sorte le chemin de moindre résistance, et vont définir le canal du futur éclair.

Alors que la pré-décharge se rapproche de la surface, le champ électrique près du sol atteint des valeurs très élevées. Lorsque la tête du précurseur finit par se trouver à quelques dizaines de mètres de la surface, l’intensité du champ électrique devient si forte que des décharges partielles jaillissent à partir d’aspérités (une antenne radio par exemple). Celles-ci sont de polarité positive et se développent en direction du traceur descendant. Quand l’une d’entre elles le rejoint, il y a processus d’interception et le coup de foudre se développe : il s’agit d’un gigantesque court-circuit. Lorsque le traceur ascendant positif intercepte le traceur descendant négatif – l’attachement se faisant à quelques mètres de hauteur à peine – une puissante contre décharge prend naissance depuis la surface vers le nuage. Cet arc-en-retour est très nettement plus lumineux et puissant que les précurseurs. C’est  essentiellement lui que nos yeux perçoivent et que l’on a coutume d’appeler éclair. C’est la décharge principale, jaillissant du sol et qui va neutraliser une partie importante des charges dans le nuage.

En général, il existe plusieurs composantes par coup de foudre. Une fois que le canal a été « ouvert » et que le premier arc-en-retour s’est manifesté, le processus cité précédemment peut se reproduire de nombreuses fois, et de manière beaucoup plus rapide. C’est ce qui donne cet aspect de clignotement fréquemment associé aux impacts de foudre négatif descendant. On compte en moyenne 3 à 4 composantes de coup par coup global dans nos contrées.

La question de l’origine de cette pré-décharge est encore sujette à débat, car elle nécessite des potentiels électriques très élevés, supérieurs à ceux que l’on peut mesurer à l’échelle macroscopique dans un cumulonimbus. Elle est probablement liée à l’intensification très locale du champ électrique sur les pointes des hydrométéores contenus dans le nuage, tels que les cristaux de glace ou plus généralement les particules givrées.

Source : Doit-on craindre la foudre ? Christian BOUQUEGNEAU, EDP Sciences, Col. Bulles de sciences.