Quels sont les différents types de foudre?

Bien que nous ayons tendance à considérer la foudre comme un boulon qui s'écrase sur la terre depuis le ciel, la foudre peut frapper le sol ou frapper à l'intérieur des nuages ​​ou de l'air. Selon le National Severe Storm Laboratory des États-Unis, il y a cinq à dix fois plus d'éclairs à l'intérieur des nuages ​​que de coups de nuage au sol. Voici un aperçu des différents types d'éclairs pouvant survenir lors d'un orage.

Foudre nuage-sol

Au fur et à mesure que la charge négative se développe à l'intérieur de la base d'un orage, la charge positive commence à s'accumuler à la surface de la Terre en dessous, ombrageant la tempête partout où elle va. Ceci est responsable de presque tous les éclairs nuage-sol, comme illustré dans l'image ci-dessus. Avec la foudre du nuage au sol, un leader en gradins descend de la base des nuages ​​négatifs, intercepté sur son chemin par une colonne d'air ionisé appelé "streamer positif" qui se lève pour le rencontrer depuis le sol chargé positivement. Lorsque les deux se connectent, un violent courant électrique rugit entre le nuage et le sol, formant l'éclair. Plusieurs streamers positifs rivalisent parfois pour le même leader échelonné.

Presque n'importe quel objet ou organisme mis à la terre sous un orage peut attirer un leader échelonné, mais la foudre est paresseuse, donc plus c'est proche, mieux c'est. Les arbres, les grands immeubles, les tours et les antennes sont les cibles préférées et, contrairement à la sagesse populaire, la foudre peut frapper deux fois.

Éclair intracloud et cloud à cloud

La foudre intracloud ne quitte jamais le nuage où elle s'est formée. (Photo: NOAA)

Environ les trois quarts de tous les éclairs sur Terre ne quittent jamais le nuage où il s'est formé, se contentant de trouver une autre région de particules de charges opposées dans la tempête. Ces frappes sont appelées «éclairs intraclouds», mais elles sont aussi parfois appelées «éclairs en nappe», lorsque, de notre point de vue, elles éclairent une feuille rougeoyante à la surface du nuage. "L'éclair d'araignée" (voir photo ci-dessous) se produit lorsque les boulons de ramification rampent le long de la face inférieure du nuage.

Les éclairs d'araignées sont les longs éclairs se déplaçant horizontalement souvent vus sous les nuages. (Photo: NOAA)

La foudre quitte aussi parfois le nuage mais reste dans le ciel, un phénomène qui peut prendre plusieurs formes. Il pourrait sauter vers un autre nuage, ou simplement frapper l'air autour de la tempête si une charge suffisante s'est accumulée à proximité.

Bien que la foudre basée sur les nuages ​​ne dérange normalement pas les humains à la surface, elle peut faire des ravages avec nos avions, nos roquettes et d'autres machines volantes. Les trajectoires de vol mènent souvent les jets de passagers directement à travers de gros orages, et bien que la foudre passe normalement à l'extérieur de l'avion, il est difficile de protéger complètement un système électrique dans de telles conditions. En 2009, des responsables de la compagnie ont déclaré que le vol 447 d'Air France avait probablement été frappé par la foudre avant de disparaître au-dessus de l'Atlantique - il a volé dans une tempête tropicale juste avant de perdre de la puissance dans les deux systèmes électriques - bien qu'une variété d'autres facteurs aient probablement aggravé cela. Les ingénieurs de la NASA à Cape Canaveral sont également régulièrement en proie à la foudre des orages d'été impitoyables de la Floride, qui peuvent retarder les lancements et endommager des équipements coûteux.

Bolt from the blue

Le Lightning Research Group de l'Université de Floride a pris ce coup de foudre avec une caméra à haute vitesse. (Photo: Observatoire de foudre de l'Université de Floride)

La majorité des coups de foudre sont négatifs, descendant de la base des nuages ​​vers le sol chargé positivement. Mais dans les gros orages, un boulon positif suralimenté peut se propager des régions supérieures du nuage, s'éloignant de la tempête avant de s'écraser sur une section éloignée de la terre chargée négativement. Parfois, voyageant jusqu'à 25 miles, ces frappes peuvent se faufiler sur des personnes qui ne savent même pas qu'un orage est à proximité - d'où le nom "boulon du bleu". En plus d'être furtifs et rares, les boulons du bleu sont également beaucoup plus puissants que les éclairs normaux et causent donc plus de dommages corporels et matériels.

En mai 2019, une femme en Floride a involontairement capturé ce coup de foudre positif. Cela secoua les fenêtres - et elle:

Éclair de boule

Des orbes électriques flottantes ont été signalées lors d'orages à travers le monde - et même recréées dans un laboratoire - mais se sont révélées difficiles à vérifier dans la nature. S'il existe un éclair naturel, il est éphémère, erratique et rare. Pourtant, il y a des indices alléchants, comme la vidéo ci-dessous, que c'est réel.

Les scientifiques ont également une théorie intrigante sur la nature de la foudre en boule. Pour une étude publiée en mars 2018, les chercheurs ont créé un état de matière surfondue appelé condensat de Bose-Einstein, puis ont lié ses champs magnétiques en un nœud complexe. Cela a produit un objet quantique appelé «skyrmion Shankar», qui a été théorisé il y a plus de 40 ans mais qui n'a jamais été créé avec succès dans un laboratoire.

Un skyrmion est une "configuration nouée de moments magnétiques atomiques", selon une déclaration de l'Université d'Amherst, essentiellement un ensemble de champs magnétiques imbriqués. (Comme le rapporte LiveScience, c'est un peu comme un groupe de porte-clés connectés.) Ce type de champ magnétique noué est la clé de la théorie topologique de la foudre en boule, notent les chercheurs, qui décrit un plasma de gaz chaud magnétiquement confiné par le champ noué . La foudre en boule peut théoriquement durer beaucoup plus longtemps qu'un boulon typique en raison de la difficulté de "délier" le nœud magnétique qui maintient le plasma en place.

Événements lumineux transitoires

La foudre n'est pas le seul orage de ruse électrique à avoir ses manches. Il y a un autre monde de lumières fantomatiques étranges que la plupart des humains ne voient jamais, dansant dans la haute atmosphère au-dessus des tempêtes. Ils ne sont pas vraiment des éclairs au sens traditionnel du terme - "événements lumineux transitoires" ou "phénomènes optiques atmosphériques" sont les termes préférés - mais nous n'en savons toujours pas grand-chose.

Image couleur d'un sprite, prise d'un avion. (Photo: NASA / Université d'Alaska Fairbanks / Wikimedia Commons)

Les sprites sont d'énormes flashs de lumière qui apparaissent directement au-dessus des orages actifs, correspondant généralement à de puissants éclairs de nuage à sol chargés positivement en dessous. Aussi connues sous le nom de "sprites rouges" car la plupart d'entre elles brillent en rouge, ces fusées vaporeuses peuvent tirer jusqu'à 60 miles du sommet du nuage, bien qu'elles soient faiblement chargées et durent rarement plus de quelques secondes. Les formes des sprites ont été comparées à des colonnes, des carottes et des méduses, mais leur faible charge et leur lueur douce signifie qu'elles sont rarement repérées à l'œil nu - en fait, il n'y avait aucune preuve photographique d'entre elles jusqu'en 1989. Depuis lors, cependant, des milliers des sprites ont été photographiés et filmés depuis le sol, depuis les avions et depuis l'espace.

Les jets bleus ne durent qu'une fraction de seconde. (Photo: NOAA)

Les jets bleus sont ce à quoi ils ressemblent: des faisceaux d'énergie bleue qui jaillissent du sommet d'un orage dans le ciel environnant. Mais malgré leur nom simple, ils sont l'un des événements lumineux transitoires les plus mystérieux, car ils ne sont pas directement associés à la foudre nuage-sol et ne sont pas alignés avec le champ magnétique local. Alors que les stries bleues et blanches brillantes émergent d'un nuage, elles s'étendent vers le haut en cônes étroits, s'étalant progressivement et se dissipant à des hauteurs d'environ 30 miles. Les jets bleus ne durent qu'une fraction de seconde mais ont été vus par des pilotes et même filmés.

Cette image d'un elfe a été capturée par le Space Dynamics Lab de l'Utah State University. (Photo: Université d'État de l'Utah)

Les elfes, comme les sprites, se trouvent sur une zone de foudre nuage-sol active, et se trouvent également dans l'ionosphère. Ces disques brillants et en expansion rapide peuvent s'étendre sur 500 kilomètres, mais ils durent moins d'un millième de seconde, ce qui rendrait leur repérage difficile même s'il n'y avait pas d'orage sur votre chemin. La NASA a découvert des elfes en 1992 lorsqu'une caméra vidéo à faible luminosité de la navette spatiale en a filmé une en action, et les scientifiques pensent qu'ils sont causés par une impulsion électromagnétique projetée d'un orage dans l'ionosphère.

Les événements de foudre incluent les sprites, les elfes et les jets bleus. (Photo: NOAA)

Sécurité contre la foudre

Au cours des 30 dernières années, plus d'Américains ont été tués par la foudre par an que par des ouragans ou des tornades, mais parce que les décès s'étalent sur plus de temps et de distance, c'est "le danger météorologique le plus sous-estimé", selon la NOAA. Pour une raison quelconque, beaucoup plus d'hommes meurent des coups de foudre que les femmes - depuis 2006, plus de 78 pour cent des décès dus à la foudre aux États-Unis étaient des hommes. La foudre est également plus fréquente et plus grave dans certaines parties du pays, en particulier en Floride, au Texas et dans d'autres États proches du golfe du Mexique.

Les coups de foudre du nuage au sol peuvent attaquer les gens de plusieurs façons. Être à l'air libre pendant un orage - ou 30 minutes avant ou après un orage - n'est pas une bonne idée, et ni se tenir près de quelque chose de haut comme un arbre ou un poteau. Mais idéalement, vous devriez être à l'intérieur de toute façon.

Le meilleur endroit pour être est un bâtiment avec de la plomberie et du câblage électrique, car ils conduiront l'électricité mieux qu'un corps humain. Les structures avec des ouvertures exposées ne sont pas sûres, y compris les remises, les abris d'auto, les abris de pique-nique, les pirogues de baseball et les stades en plein air. Si vous êtes coincé à l'extérieur, essayez de monter dans un véhicule métallique fermé avec les fenêtres enroulées, en évitant les choses avec des cabines ouvertes comme des cabriolets, des voiturettes de golf, des tracteurs ou des équipements de construction.

Les piscines sont notoirement dangereuses pendant les orages car l'eau conduit l'électricité si facilement. Avec le métal, un autre conducteur de premier plan, l'eau peut également aider la foudre à envahir nos maisons et nos entreprises, en la laissant passer par les systèmes de plomberie et d'électricité. Le boulon peut frapper directement le bâtiment ou traverser les lignes électriques, électrocutant potentiellement toute personne prenant une douche, utilisant un ordinateur ou parlant au téléphone à l'époque (les lignes terrestres sont le principal risque; les téléphones portables sont généralement sûrs à utiliser dans un tempête). Même si l'on ne s'attend pas à des tornades, la partie la plus sûre d'un bâtiment est l'intérieur, loin des fenêtres, de l'eau et des appareils électriques.

Pour plus d'informations sur la science et la sécurité de la foudre, consultez ces liens:

  • NOAA: les bases de la foudre
  • NOAA: Notions de base sur les orages

Note de l'éditeur: cette histoire a été mise à jour avec de nouvelles informations depuis sa publication initiale en juin 2009.

Articles Connexes