Structure électrique du nuage

Lorsque les cristaux de glace et les gouttelettes d'eau chargés d'électricité statique se rencontrent, il s'ensuit un échange de charges : les particules de petite taille emportent les charges positives vers le sommet du nuage, tandis que les plus grosses partent vers le bas en formant une zone chargée négativement. La partie supérieure d'un cumulonimbus (faite de cristaux de glace) est le plus souvent chargée positivement, tandis que la partie inférieure (constituées de gouttelettes d'eau) est chargée négativement.

Les contraires s'attirent

Deux charges électriques opposées sont fortement attirées l'une vers l'autre. Au bout d'un moment, la couche d'air intermédiaire, isolante, ne peut plus empêcher les charges de se rejoindre, et une décharge électrique a lieu. Les charges négatives se déplacent vers les charges positives selon un parcours aléatoire en zigzag (invisible) appelé traceur ou amorce échelonnée. Quand une charge électrique négative rejoint une charge positive, il se crée un courant électrique intense, le coup de foudre, qui est entretenu par un retour de charge positive au nuage.
Cette charge positive se propage extrêmement vite. Tout cela se répète rapidement dans le même coup de foudre, ce qui donne à l'éclair son apparence vacillante. Le processus continue jusqu'à ce que toutes les charges se soient dissipées. La plus-part des coups foudre qui ont lieu se produisent entre nuages. Toutefois, s'il y a assez de charges dans l'air, la décharge s'effectuera entre un nuage et le sol. Seul un coup de foudre sur quatre frappe le sol.

Son et lumière

La température d'une décharge dépasse les 22 000 °C. Quand la foudre se forme, l'air qui l'entoure est surchauffé et se dilate puis se contracte brusquement. Cela crée une onde acoustique, le tonnerre. Comme la lumière se propage bien plus vite que le son, nous voyons l'éclair avant d'entendre le coup de tonnerre. Celui-ci met environ trois secondes pour parcourir un kilomètre; on peut donc calculer à quelle distance se trouve un orage en comptant le nombre de secondes qui sépare la vue d'un éclair et le bruit du tonnerre, puis en le divisant par trois. Généralement, le bruit du tonnerre est inaudible à plus d'une trentaine de kilomètres.

Foudre en boule et feu Saint-Elme

Il existe deux autres formes d'électricité atmosphérique. L'une très rare, est la foudre en boule; elle survient quand une partie de la charge électrique d'un coup de foudre nuage-sol forme une petite boule. Celle-ci peut rouler sur le sol ou grimper aux objets jusqu'à ce qu'elle explose ou se dissipe.
Parfois, quand l'accumulation des charges opposées est insuffisante pour déclencher un coup de foudre, une quantité d'étincelles bleues apparaissent en hauteur au sommet d'objets pointus à l'extrémité du nuage d'orage. Ce phénomène, remarqué très tôt au bout des vergues et en haut des mâts des navires, fut appelé feu Saint-Elme, du nom du saint patron des marins.

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