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Comment se forme l'électricité dans les nuages?

Le cumulonimbus est le nuage qui sert d'usine pour la formation des orages électriques. Pendant sa formation, les violents vents ascendants provoquent un frottement entre les différentes particules en suspension dans l'air. Ce frottement crée une électrification statique des particules à l'intérieur du nuage. Par la suite, les particules les plus légères, chargées positivement, sont portées vers le haut par des courants ascendants. La matière la plus lourde, chargée négativement, se place à la base du nuage. La présence de ces charges négatives dans la partie inférieure du nuage provoque l'apparition d'une charge positive au niveau du sol. Cela engendre un champ électrique qui peut s'élever jusqu'à 5 000 V/m. Pour former le cumulonimbus, l'atmosphère doit être instable. Il doit y avoir une forte différence de température entre l'air près du sol et l'air en altitude. Durant l'hiver, la différence de température n'est pas assez grande pour causer cette instabilité. Il n'y a donc pas formation de cumulonimbus pendant la période hivernale. C'est la raison pour laquelle il n'y a pas d'orages électriques l'hiver.

Un éclair se produit lorsqu'un courant électrique chauffe les gaz de l'air à des températures suffisantes pour les rendre lumineux. Lorsqu'un courant électrique passe, l'air est chauffé à des températures très élevées. Les éclairs peuvent exister à l'intérieur même d'un nuage, entre deux nuages ou vers le sol. Ce dernier type est aussi appelé coup de foudre. Ce qu'on appelle communément un éclair de chaleur est en fait un éclair à l'intérieur d'un nuage à une distance trop grande pour qu'on puisse entendre le tonnerre. Souvent, les premiers coups de foudre surviennent après les premières décharges intranuageuses.

Les coups de foudre naissent généralement dans la base négative du nuage. Des charges négatives partent alors du nuage et se propagent en direction du sol (un traceur) en cherchant les zones où il y a le moins de résistance. De nombreux zigzags peuvent à ce moment apparaître. Lorsque le traceur approche du sol, le champ électrique augmente, ce qui cause la formation d'un traceur positif ascendant, en provenance de la Terre. Lorsque les deux traceurs se rejoignent, il y a ouverture d'un chemin conducteur de 2 ou 3 cm de diamètre entre le sol et le nuage et la différence de charge entre les deux peut s'élever à plusieurs centaines de millions de volts. Le courant se propage alors à une vitesse de 100 000 km/s. C'est ce qu'on appelle l'arc de retour ou le coup de foudre. La durée de tout ce processus est de 20 à 50 millisecondes. Après le premier éclair, il peut se produire d'autres arcs de retour dans le même chemin et ce, jusqu'à ce que le nuage se décharge de toute l'électricité accumulée (dessin du déclenchement de la foudre).

L'air qui entoure l'arc de retour est chauffé à une température qui peut atteindre de 20 000 à 30 000 degrés Kelvin. Cette augmentation rapide de la température cause une explosion de l'air. C'est le tonnerre. En ce qui concerne les éclairs intranuageux, on entend un grondement sourd et pour les coups de foudre, c'est un craquement sec.

Un peu plus...

Longueur d'un éclair : 50m à 25 km.
Épaisseur d'un éclair: 3 cm.
Température d'un éclair : 30 000 °C.
Vitesse d'un éclair : 40 000 km/s.
Voltage d'un éclair : peut atteindre 100 million de volts. À titre de comparaison, une prise de courant dans une maison a un voltage de 110 volts.

Le son d'un coup de tonnerre se propage à environ 340 m/s.
La lumière voyage à 300 000 km/s.
En divisant par trois le nombre de secondes qui séparent l'éclair du tonnerre, on obtient le nombre de kilomètres qui nous séparent de l'orage.

Et en anglais... http://www.plasmacoalition.org/edu-nature.htm#Lightning