Le phénomène

PHÉNOMÉNOLOGIE DE LA FOUDRE


Chaque seconde, la terre est le siège de plus de 2 000 orages d’une extrême, voire, rare violence...

Ils produisent, à chaque seconde, des centaines d’éclairs de plusieurs dizaines de milliers d'ampères.


Un tiers d’entre eux frappe le sol. Les dommages sur les biens et les personnes peuvent être lourds de conséquences.

Les différents coups de foudre :


coups de foudre descendants négatifs, avec arc en retour positif
coups de foudre descendants négatifs, sans arc en retour positif
coups de foudre ascendants positifs

 


A partir du xx ème siècle, le phénomène de la foudre intéresse.


Nous découvrons que les orages sont indispensables à la vie,qu’ils assurent le maintien du champ électrique de notre planète.
Le développement des réseaux de transport d’énergie, de l’informatique et de l’électronique a stimulé la recherche.
Nous avons aujourd’hui une connaissance approfondie du phénomène de la foudre et des moyens de protection.


LA FORMATION DE L’ORAGE


BIEN QUE L’ON PUISSE OBSERVER DES ÉCLAIRS DANS DES CONDITIONS MÉTÉOROLOGIQUES VARIÉES...


Le principal générateur d’orage est le cumulo-nimbus.

  • C’est un nuage dont le sommet a la forme caractéristique d’une enclume.
  • Sa base est plate
  • Elle peut se situer entre 500 et 3 000 mètres du sol.
  • Son sommet peut atteindre une altitude de 15 000 mètres en moins d’une demi-heure.
  • Ce nuage  peut occuper une surface de plusieurs dizaines de km²

 

CES ÉNORMES MASSES SONT SATURÉES DE CENTAINES DE MILLIERS DE TONNES D’EAU...


Des gouttes d’eau et des cristaux de glace s’affrontent fortement sous l’effet des violentes turbulences, causées par les courants d’air ascendants.


Les particules de glace, de neige et d’eau s’entrechoquent violemment à l’intérieur du nuage.


TOUS CES PERCUSSIONS LIBÈRENT DES CHARGES ÉLECTRIQUES...

 
Ces chocs arrachent des électrons aux particules les plus fines (cristaux de glace) qui changent de polarité et deviennent électriquement positives.
Les électrons arrachés sont capturés par les particules les plus lourdes (gouttelettes d’eau) qui elles, deviennent électriquement négatives.


SOUS L’EFFET DE LA GRAVITATION, LES PARTICULES NÉGATIVES, LOURDES, SONT ENTRAINÉES VERS LA BASE DU NUAGE. ..


... Les particules positives, légères, sont maintenues au sommet par des courants d’air ascendants
Les chocs violents entre toutes ces particules produisent un déséquilibre entre les charges électriques à l'intérieur du nuage.
Une énorme différence de potentiel de plusieurs dizaines de millions de volts s’établit entre la base et le sommet du nuage.


PENDANT CE TEMPS, AU SOL...
SOUS L’INFLUENCE DES CHARGES NÉGATIVES LOCALISÉES AU NIVEAU DE LA BASE DU NUAGE...

 

  • La polarité du champ électrique atmosphérique au sol s'inverse.
  • Habituellement de l’ordre de -150 volts / mètre par beau temps, il peut atteindre progressivement des valeurs de 15 à 20 kV/mètre.
  • A partir de 10 kV, les propriétés diélectriques de l’air changent. Des arcs électriques peuvent apparaître.


SOUS L’INFLUENCE DES CHARGES NÉGATIVES SE TROUVANT DANS LE BAS DU NUAGE...


La différence de potentiel entre le nuage et le sol est telle que la décharge est imminente.


SOUS L’EFFET DE LA DIFFÉRENCE DE POTENTIEL ...

 

  • L’air extérieur à l’espace sol-base du nuage est parcouru par un courant électrique.
  • Des électrons chargés négativement sont arrachés au niveau du sol et remontent vers le sommet du nuage....

En conséquence, le sol se charge positivement.


CES ÉLECTRONS, EN REMONTANT AU SOMMET DU NUAGE, NEUTRALISENT DES CHARGES POSITIVES DE VALEURS ÉGALES...

 

  • Ainsi, une toute aussi importante différence de potentiel de plusieurs dizaines de millions de volts s’établit entre la base du nuage et le sol.
  • Pour une différence de potentiel donnée, on assiste à l’initialisation d’un arc électrique dénommé traceur descendant.

Le traceur se dirige suivant un cheminement apparemment désordonné.

LE MÉCANISME DE LA FOUDRE
D’UN POINT DU NUAGE JAILLIT UN TRAIT LUMINEUX QUI PROGRESSE RAPIDEMENT ...

 

  • Le phénomène est initié par une succession de pré-décharges (appelées “précurseurs”) partant du nuage vers le sol.
  • Elles progressent par bonds d’environ 50 m à une vitesse de l’ordre de 50 000 km par seconde.
  • Un second trait part ensuite du même point, suit le chemin précédent avec une vitesse comparable

Il dépasse le point d’arrêt du premier d’une distance à peu près identique et disparait à son tour.


LE PROCESSUS SE RENOUVELLE AINSI...

  • ... jusqu’à ce que la tête du dernier précurseur arrive à quelques dizaines de mètres, voire quelques mètres du sol.
  • Le phénomène marque un temps d’arrêt entre chaque bond.

C’est à ce moment là que des pré-décharges ascendantes (les traceurs) se forment et tentent de rejoindre  le précurseur descendant.


DÈS L’INSTANT DE RENCONTRE AVEC UN PRÉCURSEUR DESCENDANT, UN PONT CONDUCTEUR S’ÉTABLIT ENTRE LE NUAGE ET LE SOL (CANAL IONISÉ) ET PERMET LE PASSAGE D’UN COURANT DE FORTE INTENSITÉ.


Ce courant est constitué par les charges superficielles du sol qui, en remontant le canal ionisé, neutralisent les charges accumulées à la base du nuage : c'est l'arc en retour
L’échauffement de l’air provoqué par ce courant va entraîner sa dilatation et une déflagration va suivre : le tonnerre.


QUELQUES INSTANTS PLUS TARD ...

 

  • De nouveaux précurseurs descendants et arcs en retour vont emprunter cette même trace.
  • Ils progressent plus rapidement.
  • On compte en moyenne 4 allers-retours sur cette même trace.
  • L’œil humain ne perçoit généralement qu’un seul éclair.
  • On observe une minorité de cas de coups de foudre ascendants. Dans ce cas, le traceur se développe à partir d’une proéminence importante du sol, par exemple, en montagne ou sur des grands immeubles.

OUTRE LE COUP DE FOUDRE DESCENDANT ET ASCENDANT,
UNE AUTRE CLASSIFICATION INTERVIENT EN FONCTION DE LA POLARITÉ DE L’IMPACT DE FOUDRE


Il existe des coups de foudre négatifs, issus d’une charge négative provenant du nuage, et des coups de foudre positifs, issus d’une charge positive.


 

  • Les coups de foudre de type descendant et négatifs sont de loin les plus fréquents (plus de 90 % en Europe).
  • La valeur moyenne de l’intensité du courant d’un coup de foudre est de : 35 000 ampères
  • Durée totale d'un coup de foudre: 0.2 à 1 seconde
  • Nombre de décharges : 4 en moyenne,
  • Quantité de charges neutralisées: 5 à 200 Coulombs,
  • Durée locale d'un orage : 2 heures maximum,
  • Etendue du spectre : le spectre de courant couvre une plage de quelques MHz ; cette plage peut parfois atteindre quelques GHz.

En matière de protection foudre, la bonne connaissance du phénomène associée à la compréhension des besoins de chacun de nos clients permet d’atteindre les meilleurs résultats.

 


 

 

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