D'où part l'éclair : du ciel ou du sol ?

KéZaKo ?

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Comment se forme un éclair ?

Un éclair, c'est une décharge électrique dans l'air. L'air est un bon isolant électrique. Ça veut dire que ce n'est pas facile d'y faire passer un courant électrique. Lorsque les conditions sont réunies, ce courant électrique passe sous la forme d'étincelles ou d'arcs électriques.

Qu'est-ce qu'un arc électrique ?

Pour produire des étincelles entre deux électrodes, il faut charger l'une des électrodes avec une charge électrique négative, et l'autre avec une charge électrique positive. Si on reliait les deux électrodes avec un fil de cuivre, on aurait un courant électrique dans le fil. Mais comme l'air est un isolant, les charges électriques continuent à s'accumuler sur les électrodes jusqu'à une limite. Quand la tension atteint une certaine valeur, les charges passent brutalement d'une électrode à l'autre en traversant l'air. C'est l'arc électrique. La tension à atteindre pour l'air est de 10 000 volts si les deux électrodes sont séparées d'un centimètre et que l'air est très humide. Dans un air sec, il faudra atteindre 30 000 volts pour que l'arc électrique se déclenche.

Les éclairs dans les nuages

Pour que des arcs électriques se déclenchent, il faut des charges positives d'un côté, et des charges électriques négatives de l'autre. Dans un cumulonimbus, un nuage d'orages, on trouve justement de l'eau chargée négativement à la base du nuage, et de la glace chargée positivement en haut du nuage. Les scientifiques ne comprennent pas encore très bien pourquoi on trouve ces charges électriques à ces endroits-là. Ce qui est sûr, c'est qu'il y a beaucoup de courants d'air complexes qui peuvent déplacer les gouttes d'eau et la glace dans le nuage. En se frottant les uns aux autres, la glace se charge positivement, et l'eau négativement. Comme les morceaux de glace sont plus légers que l'eau, ils se retrouvent au sommet du nuage tandis que l'eau tombe à la base du nuage. Les charges négatives s'accumulent donc à la base du nuage, et les charges positives au sommet. Si la tension électrique devient suffisante, l'éclair, qui n'est rien d'autre qu'une étincelle géante, se déclenche.

La grande majorité des éclairs se produisent à l'intérieur des nuages. Mais sous le nuage, en réaction à la charge négative en bas du nuage, la terre se charge positivement. Cette charge se déplace en même temps que le nuage. Les charges positives présentes naturellement dans la terre sont attirées par les charges négatives du nuage. Si la tension électrique devient suffisante, l'éclair se déclenche. Mais ce n'est pas aussi simple. La tension entre le nuage et la terre n'atteint jamais 10 000 volts par centimètre qui permettrait l'arc électrique. Alors, que se passe-t-il ?

Les éclairs entre les nuages et le sol

La plupart du temps, tout commence dans le nuage. Une toute petite décharge électrique, presque invisible à l'œil nu et pas très longue (entre 50 et 100 mètres) se produit à la base du nuage, vers le bas. Elle ionise l'air sur son passage, arrache des particules électriques (les électrons) aux molécules de l'air. L'air, sur le passage de cette petite décharge, est devenu conducteur. Il s'est créé dans l'air un canal conducteur électrique qu'on appelle traceur. Cette première décharge est suivie d'une seconde, qui va prolongeur le traceur d'une dizaine de mètres, et ainsi de suite. Le traceur se développe en zigzag par bonds successifs, avec plusieurs branches, dans des directions aléatoires mais plutôt dirigées vers le sol.

La différence entre les éclairs et la foudre

À partir du sol aussi des traceurs peuvent se développer mais, la plupart du temps, ils ne montent pas très haut, juste quelques dizaines de mètres. Il arrive que des traceurs ascendants (venant du sol) croisent des traceurs descendants venant du nuage. Au moment où la jonction s'opère, il y a un canal conducteur électrique qui relie le sol au nuage. Toutes les charges électriques s'engouffrent dans ce canal. C'est alors le coup de foudre, l'éclair principal, beaucoup plus puissant que les autres décharges. Alors qu'un traceur peut mettre plusieurs millièmes de seconde pour relier un nuage au sol, la décharge principale se produit en un temps 10 000 fois plus court : quelques dizaines de millionièmes de seconde. Sous l'effet de l'arc électrique, l'air chauffe à 20 000 degrés. L'air se dilate donc brutalement et produit l'onde de choc qui se transforme, à quelques mètres de l'éclair, en ondes sonores : c'est le tonnerre. 

D'où part l'éclair ?

Dans 90 % des cas, le traceur part du nuage, fait le plus gros du chemin, jusqu'à rejoindre un traceur parti du sol. Mais l'éclair principal, lui, monte du sol à une vitesse fulgurante, de l'ordre des 100 000 kilomètres par seconde. Les charges positives du sol viennent neutraliser les charges négatives à la base du nuage. Finalement, dans la plupart des cas, le coup de foudre part du sol. 

Réalisateur : Maxime Beaugeois, Daniel Hennequin, Damien Deltombe

Producteur : UNISCIEL/Université Lille 1

Publié le - Mis à jour le 28-05-2019

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