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Les orages

Pluie forte, vents violents, foudre, tonnerre, grêle et même tornardes: Chacun des quelques 50 000 orages qui éclatent chaque jour sur Terre dégage une énergie équivalente à celle d'une bombe atomique. Très commun dans les zones intertropicales, le phénomènes touche aussi les régions tempérées au printemps et en été, lorsque les ingrédients nécessaires à la formation d'une cellule orageuse (air chaud et humide, instabilité) sont les plus fréquents.

Lorsque le sommet du nuage reflète les rayons solaires, c'est qu'il est chargé de gouttelettes d'eau non gelées. Cela indique la présence de forts courants ascendants chauds, susceptibles de produire un orage.

La prédominance de cristaux de glace, laissant partiellement passer les rayons du soleil, est au contaire la marque d'un nuage qui a fini de croître.

Le cycle de vie d'une cellule orageuse se compose de trois étapes successives. Dans la phase de développement, l'ascention (1) d'une masse d'air humide (par convection, ou en raison de l'arrivée d'un front froid) forme un cumulus (2). Si l'air est instable, les courants chauds (3) continuent de monter, faisant croître le nuage jusqu'au stade cumulo-nimbus (4). Lorsqu'il atteint la tropopause, le nuage cesse de se développer en hauteur et se charge de cristaux de glace qui amorcent le processus de précipitation. L'orage entre alors dans sa phase de maturité: L'air froid et lourd du sommet redescend brusquement sous la forme de forts courants (5) accompagnés d'éclair (6) et de violentes averses (7). L'orage se dissipe lorsque les vents (8) issus du sommet refroidissent le sol au point de priver le nuage de l'air chaud qui l'alimentait. Le cumulo-nimbus se désagrège, la pluie cesse et il ne reste plus dans le ciel que quelques cirrus et altocumulus inoffensifs.

Le cycle complet ne dure pas plus d'une heure, mais les vents qui continuent de se propager après la dissipation de l'orage peuvent rencontrer de nouvelles masses d'air chaud et humides, et ainsi déclencher le développement d'une nouvelle cellule orageuses. On parle alors d'un orage multicellulaire.

L'instabilité de l'air

Une bulle d'air qui monte subit un refroidissement adiabatique (dû à l'altitude) de 1°C tous les 100 mètres environs. Si la température de l'air environnant diminue plus rapidement, l'air est dit instable. Plus chaude que le milieu, la bulle continue donc à monter. Si l'air de cette bulle est humide, il se condense en se refroidissant et libère de la chaleur latente qui favorise la poursuite du processus.

Eclairs et tonnerre

Chaque seconde, plusieurs centaines d'éclairs crépitent autour de la terre. Ces étincelles géantes sont dues aux décharges électriques qu'on appelle la foudre et qui se produisent au cours de la phase de maturité d'un orage. Particulièrement spectaculaire, ce phénomènes peut également se révéler très dangereux: avec un courant électrique de l'ordre de 100 000 ampères, la foudre cause la mort de centaines de personnes chaques années. Elle est aussi responsable de nombreux incendies, courts-circuits, coupures de courant et perturbations électromagnétiques.

De la foudre au tonnerre

En se transmettant à l'air environnant, la très grande chaleur de la foudre (30 000°C) provoque sa brusque dilatation, suivie d'une contraction. Ce double mouvement crée une onde de choc qui se transforme en onde acoustique, le tonnerre.

Le retard du tonnerre

Alors que nous percevons presque instantanément l'éclat d'un éclair, le tonnerre nous parvient avec un léger retard, car la vitesse du son est moins grande que celle de la lumière. En comptant le nombre de secondes de retard et en le divisant par 3, on obtient une bonne estimation de la distance (en kilomètre) du lieu où est tombée la foudre.

Provenant de toute la longueur de l'éclair, le tonnerre ne parvient pas à un observateur comme un bruit sec mais plutôt comme un grondement.

Comment se forme un éclair entre un nuage et le sol

Par un processus qui n'est pas encore totalement expliqué, les courants d'air (1) distribuent des charges positives (2) au sommet du nuage d'orage et des charges négatives (3) à sa base. En réaction, le sol situé sous le nuage se charge positivement (4). Il se crée ainsi un champ électrique qui s'accroît jusqu'à ce que l'air, qui joue normalement le rôle d'isolant, cède. Un flux d'électrons jaillit alors de la zone négative: C'est le précurseur (5), une étinelle invisible qui se déplace à 200 km/s selon une trajectoire irrégulière. Arrivé à proximité du sol, le précurseur attire un flux positif (6). Lorsque les deux étincelles se rejoignent, elles forment un canal d'air ionisé de quelques centimètres de diamètre le long duquel remonte un courant positif très puissant, l'arc de retour (7). Cette décharges électrique produit la ligne lumineuse de l'éclair.

Différents types d'éclairs

Même s'ils sont les plus spectaculaires, seuls 20% des éclairs frappent le sol (1). Les autres se produisent entre deux nuages (2), à l'intérieur d'un même nuage (3) (les plus fréquents) ou même entre un nuage et l'air environnant (4). Tous ont cependant en commun de relier une zone chargée négativement à une zone chargée positivement, obéissant à la règle qui veut que des charges électriques opposées s'attirent.