Réponse courte : Un nuage d' »orage » accumule des différences de potentiel électrique, par échange d’air ascendant et descendant. La base du nuage est chargée négativement, le sol de la terre positivement. Les deux charges cherchent donc à se rejoindre : l’éclair est né.
Selon Météo France, environ 16 millions d’orage sont recensés chaque année sur Terre. A l’instant où vous lisez ces lignes, entre 1 500 à 2 000 orages sévissent sur notre planète, provoquant, chaque jour, entre 6 et 8 millions d’éclairs pouvant dépasser des intensités de près de 200 000 ampères (observer en temps réel les orages en cours sur notre planète sur le site meteorage). Ce phénomène atmosphérique qui déclenche des coups de tonnerre, des séries d’éclairs, de fortes pluies et des bourrasques a longtemps alimenté de nombreuses mythologies des grecs au chinois en passant par les mayas et les hindous.
Partons de la source…les orages
L’orage est un phénomène de courte durée (30 min à 2h max.) et survient plutôt l’été (juillet est le mois le plus foudroyé), en montagne et sur terre. Sa formation est étroitement liée à l’apparition de cumulonimbus, ces énormes nuages à tête d’enclume qui présentent une grande extension verticale avec un sommet constitué de cristaux de glace pouvant culminé jusqu’à 21 km d’altitude. Pour que ces gros nuages apparaissent, il faut une atmosphère instable (air chaud au sol et air froid en altitude), de l’humidité (nature des sols et de la végétation) et un déclencheur (l’air chaud au sol qui monte rapidement en altitude grâce au relief ou aux rayons du soleil).
Pourquoi y a-t-il des éclairs ?
Les conditions instables au sein d’un cumulonimbus provoque une accumulation de charge négative à la base du nuage. Lorsque cette charge est d’environ 3 à 4 kvolts/cm, l’air s’échauffe et l’échange de charge se fait dans le nuage ou avec le sol. Cet échange se matérialise par un éclair. En seulement quelques millièmes de secondes, l’air se réchauffe à des températures éverestiennes : jusqu’à 30 000 °c.
On dénombre quatre forme d’éclairs : ceux visibles au sein même d’un nuage, entre un nuage et l’air clair, entre deux nuages et, le plus connu de tous, entre un nuage et le sol (ou un aéronef). Ce dernier est communément appelé « foudre » et selon Martin Allan Uman, ingénieur américain spécialiste de la foudre et Philip Krider, professeur émérite, plus de la moitié des éclairs visibles dans l’hémisphère nord sont de cette nature. 1/3 des décharges de foudre constaté se font du sol au nuage mais elles sont, en général, visibles lors de gros orages.
Comment se construit un éclair ?
Un éclair nuage-sol chargé négativement se construit en 3 étapes : le traceur par bonds, le processus d’attachements et l’arc de retour.
Il faut savoir que le coup de foudre naît à l’intérieur du nuage orageux. La décharge négative sort du nuage et se dirige vers le sol par série de bonds lumineux successifs d’une dizaine de mètres de longueur chacun. Il s’agit du traceur par bonds. Ce « leader », comme le nomme les anglo-saxons, fonce vers le sol à une vitesse de 0,15 à 1 mètre par microseconde, une vraie formule 1 !
Par voie de conséquence, le traceur par bonds suscite une intensification du champ électrique à l’approche du sol, chargé positivement, créant plusieurs décharges ascendantes depuis des points physiques culminants (montagnes, arbres, antennes de bâtiment…). Un point de jonction se fait à plusieurs dizaines de mètres de hauteur entre le traceur et les décharges ascendantes. Nous sommes au processus d’attachements.
C’est alors que le premier arc de retour se forme et se propage vers le nuage à une vitesse équivalente à un tiers de la vitesse de la lumière dans l’air (environ 1 km par microseconde). C’est au moment du train retour que la température du canal est au plus fort (30 000 °C, cinq fois la température à la surface du soleil!) et que le tonnerre se fait entendre.
Suite à ce processus, l’éclair peut disparaître ou de nouvelles séquences peuvent se produire, en moyenne 3 ou 4 fois et jusqu’à 15 arcs de retour lorsque qu’une charge suffisante subsiste dans le nuage, lors de gros orages.
Le curieux de passage pourra noter une couleur perçue différente des éclairs selon l’environnement dans lequel il se trouve et selon la proximité de ce dernier par rapport à la décharge. Généralement, un éclair blanc se produit à travers un air sec et une atmosphère pure, un éclair rouge en cas de pluie, un éclair jaune dans un environnement poussiéreux, et un éclair bleu lors de tombées de grêle.
La foudre, quelles conséquences pour les êtres vivants ?
La foudre nuage-sol peut être mortelle pour l’homme et les animaux mais les coups de foudre directs reste malgré tout très rares. Les êtres vivants foudroyés le sont majoritairement par coup de foudre latéral (foudroiement par éclaboussement) et par le sol (la victime se trouve à proximité d’un impact de foudre, le courant passant par les deux jambes).
Même si la température et la tension d’un éclair peuvent être extrêmement élevées, le temps de contact reste, en revanche, très bref, de l’ordre d’un millième à dix millièmes de secondes. Le corps n’est alors traversé que par quelques ampères seulement, ce qui laisse de grandes chances de survie aux victimes d’un coup de foudre (entre 75% à 95% des victimes survivent). Le bétail en revanche reste le plus touché lors d’un coup de foudre latéral car le courant peut passer par les deux pattes de devant, traversant ainsi le cœur qui se trouve à mi-chemin. Selon le National Institutes of Health, la mortalité mondiale humaine est estimée entre 0,2 et 1,7 décès par million d’habitants chaque année.
Des faits exceptionnels
A chaque événement, ses exploits ! L’organisation météorologique mondiale a validé le 25 juin 2020 deux records : celui de l’éclair ayant parcouru le plus de distance et la durée la plus longue d’un éclair. Le premier a été mesuré le 31 octobre 2018 sur une distance horizontale de 700 km dans le sud du Brésil, qui correspond, à titre de comparaison, à la distance séparant Londres et la frontière suisse. Le deuxième record, la durée d’éclair la plus longue, a été enregistré dans le nord de l’Argentine durant 16,73 secondes. C’est d’autant plus impressionnant en sachant qu’un éclair dure en moyenne 0,2 secondes.
Sources :
- nrcan.gc.ca (Frequently asked questions about lightning)
- nasa.gov/ (How Is Lightning Made?)
- https://fr.wikipedia.org (foudre)
- meteorage.com (real-time lightning)
- public.wmo.int (WMO certifies Megaflash lightning extremes)
