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Qu'est-ce qu'un orage ? Le nuage d'orage Les charges électriques Eclairs et tonnerre Les orages sur la Terre

Qu'est-ce qu'un orage ?

C'est un phénomène météorologique associant des précipitations à des manifestations électriques. 

Le nuage d'orage

Un orage est caractérisé par une formation nuageuse spécifique appelée cumulo-nimbus, s'étendant sur plusieurs dizaines d'hectares à une altitude comprise entre 2000 et 15000 mètres au-dessus du sol. Cette structure contient une centaine de milliers de tonnes d'eau, de grêlons et de petits cristaux de glace. 

Les phénomènes électriques sont dus à une séparation de charges aboutissant à des zones portant des charges de signe opposé stratifiées suivant l'axe vertical : le haut du nuage est chargé positivement, une couche fortement chargée négativement se trouve à une altitude de 6000 m environ, et la base est de nouveau positive. Les champs électriques résultant de cette séparation de charges peuvent atteindre des valeurs de l'ordre d'un million de volts par mètre.

Les charges électriques

Les mécanismes qui produisent la séparation de charges ne sont pas complètement élucidés. On pense que deux mécanismes principaux sont en jeu. 

Le premier est celui de la séparation de charges lors de la fragmentation des gouttes ou de la collision de grêlons avec les microcristaux de glace, qui laisse une charge négative sur la particule la plus lourde, laquelle, entraînée par gravité, la transporte vers le bas en laissant la charge positive dans la partie supérieure. 

Le deuxième mécanisme est la convection, qui entraîne vers le haut du nuage des charges positives captées au voisinage du sol, libérées par "effet Corona" (décharge diffuse accompagnant des champs électriques très intenses) au voisinage d'objets pointus.

Eclairs et tonnerre

Les éclairs sont des violentes étincelles qui jaillissent entre les zones de charges opposées, soit à l'intérieur du nuage, soit entre celui-ci et le sol. Le mécanisme d'amorçage est complexe et revêt différentes formes suivant que les charges qui s'écoulent sont positives ou négatives. Dans le cas le plus fréquent, pour les éclairs atteignant le sol, un traceur formé de charges négatives progresse par bonds du nuage vers le sol selon un trajet irrégulier. Au voisinage du sol, une étincelle s'amorce entre la pointe du traceur et l'aspérité la plus proche. Un canal conducteur est ainsi créé, par lequel les charges positives du sol peuvent aller neutraliser les charges négatives du nuage. 

L'éclair, proprement dit, est dû au passage par ce canal de courants atteignant des dizaines de milliers d'ampères pendant des temps très brefs, qui peuvent se répéter pendant près d'une seconde suivant le même chemin. La constriction électromagnétique du canal et l'échauffement intense du plasma qu'il contient pendant l'éclair engendrent une onde de choc qui produit le tonnerre, dont la perception sonore est très différente selon qu'on est proche (claquement sec plutôt aigu) ou éloigné (roulement prolongé et grave) de l'éclair.

Les orages sur la Terre

Entre trois mille et cinq mille orages sont en permanence en activité autour de la Terre, engendrant une centaine d'éclairs par seconde. Les nuisances sont considérables, allant du foudroiement des hommes et du bétail aux incendies en passant par la destruction d'édifices, de lignes électriques et téléphoniques, et la détérioration, induite par la perturbation électromagnétique qui accompagne l'éclaire, du matériel électronique, en particulier dans les avions. La protection contre ces nuisances, amorcée avec l'invention du paratonnerre, est l'objet de recherches très actives. 

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