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Un éclair, c’est une décharge électrique dans l’air.
L’air est un bon isolant électrique.
Ça signifie qu’il n’est pas facile
d’y faire passer un courant électrique.
Et lorsque les conditions sont réunies,
ce courant électrique passe sous la forme d’étincelles
ou d’arcs électriques.
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 l’on reliait les deux électrodes avec un fil de cuivre,
on aurait un courant électrique dans le fil.
Mais ici, comme l’air est un isolant,
les charges électriques continuent
à s’accumuler sur les électrodes.
Mais il y a 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 de 1 cm
et que l’air est très humide.
Dans un air sec,
il faudra attendre 30 000 volts
pour que l’arc électrique se déclenche !
Donc pour qu’un arc électrique se déclenche,
il faut des charges électriques positives d’un côté,
et des charges électriques négatives de l’autre.
Eh bien dans un cumulonimbus,
c’est à dire un nuage d’orage,
on trouve justement de l’eau chargée négativement
à la base du nuage,
et de la glace chargée positivement
au sommet 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.
Il est probable qu’en se frottant les uns aux autres,
la glace se charge positivement
et l’eau négativement.
Et 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.
Des charges négatives s’accumulent donc à la base du nuage,
et des 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 en fait
à l’intérieur des nuages.
Mais sous le nuage,
en réaction à la charge négative du 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.
Et là aussi,
si la tension électrique devient suffisante,
l’éclair se déclenche.
Mais ce n’est pas aussi simple.
Car la tension entre le nuage et la terre
n’atteint jamais les 10 000 volts par cm
qui permettrait l’arc électrique.
Alors que se passe-t-il en fait ?
La plupart du temps,
tout commence dans le nuage.
Une toute petite décharge électrique se produit
à la base du nuage, vers le bas.
Toute petite car elle est peu puissante,
presque invisible à l’œil nu,
et pas très longue, entre 50 et 100 m.
Cette petite décharge ionise l’air sur son passage,
c’est à dire arrache des particules électriques – les électrons –
aux molécules de l’air.
Le résultat, c’est que 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 un traceur.
Cette première décharge est suivie d’une seconde,
qui va prolonger le traceur
de quelques dizaines de mètres,
et ainsi de suite.
e traceur se développe en zigzag et par bonds successifs,
avec plusieurs branches,
dans des directions aléatoires
mais plutôt dirigées vers le sol.
À partir du sol aussi,
des traceurs peuvent se développer.
Mais le fait est que,
la plupart du temps,
ils ne montent pas très haut,
juste quelques dizaines de mètres.
Et il arrive bien sûr que des traceurs ascendants,
c’est à dire venant du sol,
croisent des traceurs descendant,
venant du nuage.
Au moment où la jonction s’opère,
il y a donc un canal conducteur électrique
qui relie le sol au nuage.
Évidemment,
toutes les charges électriques s’engouffrent dans ce canal :
c’est le coup de foudre,
l’éclair principal,
beaucoup plus puissant que les premières décharges.
Alors qu’un traceur peut mettre plusieurs dixièmes de secondes
pour relier le nuage au sol,
la décharge principale se produit
en un temps 10 000 fois plus court,
c’est à dire 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 une onde de choc,
qui se transforme à quelques mètres de l’éclair en onde sonore :
c’est le tonnerre.
Alors, finalement, d’où part l’éclair ?
Eh bien, dans 90% des cas,
le traceur part du nuage,
fait le plus gros du chemin…
jusqu’à rejoindre un traceur qui est parti du sol.
Mais l’éclair principal, lui,
monte du sol à une vitesse fulgurante,
de l’ordre de 100 000 km par seconde.
Les charges positives du sol
viennent neutraliser les charges négatives
à la base du nuage.
Et donc finalement,
dans la plupart des cas,
le coup de foudre par du sol !
Production: Unisciel/ University of Lille 1
Conception/Production: Maxime Beaugeois, Damien Deltombe and Daniel Hennequin
Editing/Special effects: Perrine Lefrileux
Music: Sébastien Ride, « Thunder Chacha » (SR Music)
Presentation: Maxime and Nina Beaugeois
Graphic design/Credits animation: Michaël Mensier.