De la base d’un nuage en général chargé négativement s’échappe une pré-décharge appelée traceur, faiblement lumineuse et dont la progression vers le sol se fait par bonds de quelques dizaines de mètres; il s’agit en réalité d’une succession de décharges reprenant le chemin ionisé de la précédente entrecoupées de temps d’arrêt de 40 à 100 µs. (vitesse moyenne de progression de l’ordre de 0,5 à 1 m/µs.)

A l’approche du sol, l’extrémité du traceur ou "dard" fortement chargée engendre à sa verticale un important accroissement du champ électrique moyen pouvant atteindre des valeurs de 400 à 500 kV/m. Lorsque le seuil d’ionisation de l’air atmosphérique est atteint (30 kV/cm) sur les points hauts constituant des points d’impact préférentiels de la foudre (sommet des arbres, cheminées, paratonnerres…), des effluves se créent. Localement, ces effluves se transforment en décharges ascendantes positives, pour des valeurs de champ supérieures. L’effluve qui offrira les meilleures caractéristiques d’amorçage ou qui progressera le plus rapidement rejoindra le traceur. La jonction électrique entre le nuage orageux et le sol est alors parfaitement établie par un canal ionisé. Il s’opère une remontée des charges du sol (return stroke) vers le nuage, tendant à neutraliser ses propres charges.

En l’espace de 0,2 à 1 seconde, plusieurs arcs peuvent être échangés, leur progression est alors continue et leur vitesse de propagation très élevée.

Mécanisme d'un coup de foudre

Il est impossible de discerner les différentes phases de la foudre par simple observation visuelle. Cela ne peut être fait qu’avec des caméras à haute vitesse. La plupart des éclairs présente les phénomènes suivants: un traceur quitte un point dans le nuage et se déplace d’environ 50 m à une vitesse très élevée de l'ordre de 50 000 km / s. Un deuxième traceur quitte alors le même point, suit la trajectoire précédente à une vitesse comparable, va au-delà du point final du premier traceur d'une distance sensiblement identique, puis disparaît à son tour.

Le processus est répété jusqu'à ce que la pointe du dernier traceur atteigne un point à quelques dizaines de mètres, voire à quelques mètres au-dessus du niveau du sol.

Les traceurs ascendants convergent alors, produisant un arc en retour à partir du sol vers le nuage (l’éclair ascendant) au cours duquel le courant électrique circule : La convergence de ces deux phénomènes produit la décharge principale, qui peut être suivie par une série de décharges secondaires, passant de façon ininterrompue le long du canal ionisé par la décharge principale.

Au cours d’un coup de foudre, l'intensité maximale est en moyenne d'environ 35 000 A.

Phénomène de la foudre

Tempêtes ou nuages orageux

La présence de masses d'air instables, humides et chaudes donne lieu à la formation de cumulo-nimbus de tempête. Ce type de nuage est très volumineux, à la fois horizontalement (environ 10 km de diamètre) et verticalement (jusqu'à 15 km). Sa forme très caractéristique est souvent comparée au profil d'une enclume avec les plans horizontaux supérieur et inférieur identifiables. L'existence de gradients de température extrêmes dans un cumulonimbus (la température peut descendre jusqu'à -65 ° C dans sa partie supérieure) génère des courants d'air ascendants très rapides et conduit à la mise sous tension électrique des particules d'eau.

Dans un nuage d'orage typique, la partie supérieure, constitué de cristaux de glace, est normalement chargée positivement, tandis que la partie inférieure, constituée de gouttelettes d'eau, est chargée négativement. Par conséquent, la partie inférieure du nuage provoque le développement de charges opposées électriquement (c.a.d. positives sur le sol à proximité).

Ainsi, la formation de cumulonimbus constitue une sorte d'immense plaque de condensateur avec le sol dont la distance médiane peut souvent atteindre 1 à 2 km. Le champ électrique atmosphérique sur la terre, environ 600 V / m par beau temps est inversé et peut atteindre une valeur absolue de 15 à 20 kV / m lorsque la décharge au sol est imminente (le coup de foudre). Avant et pendant l'apparition du coup de foudre, les décharges peuvent être vues à l'intérieur du nuage et entre les nuages.

Nuage orageux

Le nuage orageux de type cumulo-nimbus est à l’origine de la production de la foudre. Sa partie supérieure est constituée de cristaux de glace chargés positivement tandis que sa base est faite de gouttelettes d’eau chargées négativement.

Choix du point d’impact

Très loin dans le ciel, le traceur descendant voit la terre comme une surface parfaitement plane. A mesure qu’il s’approche du sol, le champ électrique moyen augmente. Lorsqu’il est suffisamment proche du sol, 100 à 200 m d’altitude, le champ électrique peut atteindre quelques centaines de kV/m.

Phénomène de décharge

De la base d’un nuage en général chargé négativement s’échappe une pré-décharge appelée traceur.

La foudre

Selon la direction dans laquelle la décharge électrique se développe (vers le bas ou vers le haut), et la polarité des charges qu'elle engendre (négative ou positive), quatre classes de coup de foudre nuage-sol peuvent être distinguées. Dans la pratique, les coups de foudre de type descente et négatif sont de loin les plus fréquents: on estime que dans les plaines et dans nos zones tempérées, ils représentent 96% de tous les décharge nuage / sol.