Sciences · Terre et climat
Les orages et la foudre
Un orage est une perturbation produite par un cumulonimbus, avec éclairs et tonnerre. La foudre est une décharge électrique géante qui chauffe l’air à environ 30 000 °C en une fraction de seconde.
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À chaque instant, environ 2 000 orages grondent sur la planète, et la foudre frappe quelque part en moyenne une quarantaine de fois par seconde. Spectaculaires, les orages apportent des pluies utiles mais aussi de la grêle, des rafales destructrices, des inondations soudaines et parfois des tornades. Comprendre leur formation permet de mieux s’en protéger.
Comment se forme un orage ?
Trois ingrédients sont nécessaires :
- De l’humidité dans les basses couches de l’atmosphère ;
- Une atmosphère instable : un air chaud près du sol, surmonté d’air beaucoup plus froid en altitude, de sorte qu’une bulle d’air soulevée continue de monter d’elle-même ;
- Un déclencheur qui soulève l’air : fort ensoleillement (orages de chaleur), relief, arrivée d’un front froid.
L’air chaud et humide s’élève, se refroidit, et sa vapeur d’eau se condense en libérant de la chaleur, qui alimente l’ascension. Le nuage grandit jusqu’à former un cumulonimbus, une tour qui peut dépasser 12 à 15 km d’altitude et s’étaler en forme d’enclume au sommet (voir types de nuages).
Le cycle de vie d’une cellule orageuse
| Stade | Durée typique | Ce qui se passe |
|---|---|---|
| Développement | 10 à 15 minutes | Courants ascendants dominants, le cumulus grossit verticalement |
| Maturité | 15 à 30 minutes | Courants ascendants et descendants coexistent ; pluie intense, grêle, éclairs, rafales |
| Dissipation | environ 30 minutes | Les courants descendants l’emportent, la pluie faiblit, le nuage se désagrège |
Une cellule isolée vit donc moins d’une heure. Mais les orages peuvent s’organiser en systèmes multicellulaires, en lignes de grains ou en supercellules, des orages rotatifs durables qui produisent les phénomènes les plus violents, dont les tornades.
Pourquoi y a-t-il des éclairs ?
L’électrisation du nuage
Dans le cumulonimbus, de petits cristaux de glace, des gouttelettes surfondues et des grains de grésil (neige roulée) s’entrechoquent dans les courants violents. Ces collisions transfèrent des charges électriques : les cristaux légers, chargés positivement, montent au sommet du nuage ; les grains plus lourds, chargés négativement, restent dans la partie moyenne et basse. Le sol, sous le nuage, se charge positivement par influence.
La décharge
Quand la différence de potentiel devient énorme, des centaines de millions de volts, l’air, normalement isolant, cède. Un traceur descend du nuage par bonds successifs, en zigzag ; quand il approche du sol, une décharge ascendante part d’un point élevé (arbre, clocher, paratonnerre) à sa rencontre. Le canal est établi et un arc en retour extrêmement lumineux le parcourt. C’est l'électricité statique à une échelle gigantesque.
| Grandeur | Valeur typique |
|---|---|
| Intensité du courant | environ 30 000 ampères, jusqu’à plus de 300 000 |
| Température du canal | environ 30 000 °C, cinq fois la surface du Soleil |
| Diamètre du canal | quelques centimètres |
| Durée d’un éclair | quelques dixièmes de seconde, avec souvent plusieurs arcs en retour |
| Longueur | quelques kilomètres en général ; le record dépasse 800 km |
Environ trois quarts des éclairs restent dans le nuage ou entre nuages ; seule une minorité frappe le sol.
Le tonnerre
Le canal de foudre, chauffé brutalement, se dilate de façon explosive et crée une onde de choc : c’est le tonnerre. Le claquement sec vient de la partie la plus proche du canal, le roulement des parties plus éloignées et des échos.
Calculer la distance d’un orage
La lumière arrive presque instantanément, le son voyage à environ 340 m/s (voir onde sonore). Il suffit de compter les secondes entre l’éclair et le tonnerre :
- diviser par 3 pour obtenir la distance en kilomètres ;
- exemple : 9 secondes → environ 3 km.
Le tonnerre s’entend en général jusqu’à 15 à 20 km. Si l’on entend le tonnerre, on est à portée de foudre.
Les autres dangers de l’orage
- La grêle : les courants ascendants maintiennent les grêlons en altitude, où ils grossissent par couches successives ; ils peuvent dépasser 10 cm.
- Les rafales descendantes : l’air froid qui s’effondre du nuage peut produire au sol des vents de plus de 100 km/h.
- Les pluies intenses : des dizaines de millimètres en une heure, sources de crues éclair, en particulier lors des épisodes méditerranéens d’automne.
- Les incendies déclenchés par la foudre.
Se protéger de la foudre
La foudre provoque surtout des arrêts cardiaques, des brûlures et des troubles neurologiques. Une grande partie des personnes frappées survit, d’autant mieux qu’elles sont secourues rapidement.
Le paratonnerre
Le paratonnerre a été imaginé par l’Américain Benjamin Franklin. En mai 1752, en France, à Marly-la-Ville, Thomas-François Dalibard réalise selon ses instructions l’expérience d’une tige métallique pointue qui attire des étincelles d’un nuage d’orage ; Franklin aurait réalisé peu après sa célèbre expérience du cerf-volant. Le paratonnerre ne « repousse » pas la foudre : il lui offre un chemin privilégié vers la terre, qui épargne le bâtiment.
Questions fréquentes
La foudre ne tombe-t-elle jamais deux fois au même endroit ?
C’est faux. Les points élevés sont frappés à répétition : l’Empire State Building, à New York, reçoit la foudre en moyenne une vingtaine de fois par an.
Pourquoi les orages sont-ils plus fréquents en été ?
La chaleur au sol rend l’atmosphère plus instable et l’air plus chargé en vapeur d’eau, deux ingrédients de l’orage. Sur les côtes méditerranéennes, les orages les plus violents surviennent plutôt en automne, quand la mer encore chaude alimente l’air en humidité.
Où la foudre tombe-t-elle le plus au monde ?
Le lac Maracaibo, au Venezuela, connaît des orages presque toutes les nuits, avec un record de densité d’éclairs. L’Afrique centrale, notamment la République démocratique du Congo, est la région la plus foudroyée à grande échelle.