![]() ![]() |
|||||||||||
![]() |
|||||||||||
|
|||||||||||
Les feux de forêt au Canada > Quéstions et faits concernant les feux de forêt FAQ (réponses aux questions fréquemment posées) sur la foudreIntroductionLa foudre est un phénomène météorologique spectaculaire, la forme de temps violent qui nous affecte le plus souvent. Ce site Web de réponses aux questions fréquemment posées vise à donner au lecteur un aperçu de base sur la foudre et à répondre aux interrogations qu’elle suscite.
La structure électrique de la Terre
La résistivité électrique de l'atmosphère
diminue avec l'altitude jusqu'à environ 48 kilomètres (km).
À cette altitude, qu'on appelle l'électrosphère,
la résistivité devient plus ou moins constante. Il y a une
différence potentielle d'environ 300 000 volts (V) entre la surface
de la Terre et l'électrosphère, ce qui donne un champ électrique
d'une intensité moyenne d'environ 6 volts/mètre (m) partout
dans l'atmosphère. Près de la surface, l'intensité
du champ électrique par beau temps est autour de 100 V/m.
Combien de coups de foudre y a-t-il par jour? Si l'intensité du champ électrique par beau temps
est autour de 100 V/m, qu'est-ce qui m'empêche d'installer deux
plaques métalliques espacées de 10 centimètres afin
de faire une pile électrique pour mon baladeur? La structure d'un orage Qu'est-ce qu'un nuage d'orage?
On identifie les trois centres de charge électrique par les lettres
p, N, et P. La région de charge positive du haut du nuage, la région
P, comprend la moitié supérieure du nuage. Au milieu du
nuage se trouve la région chargée négativement, la
région N. La région p, de faible charge positive, se trouve
à la base du nuage. Les charges électriques des régions
P et N sont approximativement égales, faisant ainsi le dipôle
positif. Malan (1963) a documenté les régions p, N, et P
pour un nuage d’orage typique en Afrique du Sud. Dans ce nuage,
à une élévation de 1,8 km au-dessus du niveau moyen
de la mer, la charge a été mesurée à +10 coulombs
à 2 km, -40 coulombs à 5 km, et +40 coulombs à 10
km. Ces valeurs peuvent varier considérablement selon la topographie
ainsi que d'un nuage à l'autre. Est-ce qu'il y a un lien entre la foudre et les échos
radar? La génération de charge dans les nuages d’oragePar quel processus un nuage devient-il chargé? La théorie de la convection veut que les ions libres dans l'atmosphère sont captés par les gouttelettes dans le nuage et sont ensuite transportés par les courants convectifs dans le nuage, produisant ainsi les régions chargées. La théorie de gravitation assume que les particules chargées
négativement sont plus lourdes que les particules chargées
positivement et que la séparation se fait par la gravité. Cette théorie de gravitation exige un processus pour l'échange d'une charge électrique entre particules de différentes tailles. Une charge peut être transférée entre particules de différentes formes par des processus inductifs et non-inductifs. Un de ces derniers, fort prometteur, est le processus glace-glace, une échange non-inductif entre les cristaux de glace et les grêlons. L'efficacité du processus glace-glace réside dans les propriétés thermo-électriques de la glace. Un défaut cristallin (OH3)+ dans la glace est plus mobile qu'un défaut (OH)- et le nombre de ces défauts cristallins augmente avec la température. Quand des particules de glace plus chaudes rencontrent des particules froides, un défaut positif dans la particule chaude est échangé plus rapidement qu’un défaut négatif dans la particule froide, donc, la particule froide accumule une charge nette positive. Alors généralement, un grêlon ou un grain de neige relativement chaud accumulera une charge nette positive durant son trajet dans une région froide de cristaux de glace. Les théories de génération de charge dans les nuages
d’orage demeurent spéculatives. Avec le temps, la popularité
de chaque processus proposé a varié. Il s'agit d'un nombre
inadéquat d'expériences en laboratoire et d'observations
de terrain. Il est clair qu'il n'existe pas un seul et unique processus
qui peut générer toute la charge nécessaire sous
toutes les conditions. Par exemple, le processus glace-glace, le plus
largement accepté aujourd'hui, ne peut pas expliquer le phénomène
rare de la foudre dans les nuages chauds. La recherche démontrera
probablement qu'une combinaison de processus en est responsable. La foudrePourquoi y a-t-il de la foudre? Est-ce que la foudre revêt les mêmes formes ? Les décharges internes font la redistribution de la charge électrique dans le nuage. Selon Uman et Krider (1989) plus de la moitié des éclairs dans l'hémisphère nord sont de cette nature. Les décharges entre nuages et nuage-air sont moins communes. Mis à part pour l'aviation, ces trois variétés de foudre ont peu d'impacts sur l'être humain. La foudre nuage-sol est très commune et bien documentée. Ces éclairs, qui échangent la charge entre le nuage et le sol, nous affectent beaucoup. La foudre nuage-sol cause des blessures et des mortalités, dérange les communications et le transport d'énergie et allume des incendies de forêt. En raison de ces impacts, elle a fait l’objet de nombreuses recherches. Une décharge nuage-sol peut transférer soit une charge positive ou une charge négative, selon son origine dans le nuage. Ceci peut être déterminé par la polarité du courant dans le coup de foudre. Le tableau suivant fait état de quelques caractéristiques des décharges nuage-sol positives et négatives. Tableau 1. Caractéristiques des décharges nuage-sol positives et négatives
Il existe aussi des décharges sol-nuage. Ces décharges sont observées à partir de gratte-ciel comme le Empire State Building, mais on ne les sépare pas dans la plupart des études. Est-ce que la foudre descend ou monte?
Le traceur par bonds prend la forme d'une petite parcelle de charge négative qui suit la trajectoire offrant la plus basse résistance entre le nuage et le sol. Avançant par bonds de quelques dizaines de mètres de long et d'une durée de quelques microsecondes, le traceur laisse derrière lui une traînée de gaz ionisé. Entre chaque bond, le traceur fait une pause d’environ 50 microsecondes. Il peut se diviser créant ainsi des ramifications.
Suite au trait de retour, l'éclair peut s’estomper mais s'il existe une charge suffisante dans le nuage, un traceur de dard peut descendre du nuage au sol par une voie directe. Ce traceur de dard déclenche un deuxième trait de retour. Il peut y avoir plusieurs traits de retour dans un éclair, en moyenne 3 ou 4, et on compte en moyenne de 40 à 80 millisecondes entre chaque trait.
Il y a eu de nombreuses études portant sur les caractéristiques des décharges positives, mais en raison de la faible quantité d'observations, on ne peut pas tirer de conclusions. Il semble, pourtant, que la fréquence d'éclairs positifs augmente avec la latitude et l'élévation du terrain. Ces éclairs sont plus communs durant les tempêtes hivernales, apparemment dû au fait que si le niveau inférieur de congélation est plus près du sol, la région de charge positive sera aussi plus basse, augmentant ainsi la probabilité d'un éclair. Les décharges positives sont plus communes dans les nuages stratiformes alors que les éclairs négatifs ont lieu plutôt dans les zones de convection prononcée. Les orages qui produisent principalement des éclairs négatifs au départ se terminent souvent avec des décharges positives quand le nuage en enclume s'aplatit. Une théorie populaire veut que les vents horizontaux inclinent
l'axe du dipôle, créant ainsi une voie pour la décharge
positive, mais à date ceci n'a pas été prouvé
de façon concluante. La détection de la foudreComment est-ce qu'on détecte la foudre? Comment sont produites
les cartes de foudre? Le détecteur comprend trois parties : le magnétogoniomètre, l'analyseur de position et l'unité d'affichage. Avec son antenne à plateau horizontal et ses deux antennes en boucles orthogonales, le magnétogoniomètre détecte le champ électromagnétique émis par le coup de foudre. Les antennes sont sensibles aux bandes spectrales situées entre 1 kHz et 1 MHz. Le champ émis par le coup de foudre induit un courant dans les boucles. Il y a un rapport entre le voltage de ce signal et l'amplitude du champ magnétique qui équivaut au cosinus de l'angle entre l'antenne en boucle et la direction du coup de foudre. Une comparaison entre les amplitudes des signaux dans les deux boucles nous permet de déterminer la direction de l'éclair. L'incertitude de 180 degrés quant à la direction est résolue par l'antenne à plateau horizontal. Le magnétogoniomètre peut distinguer entre les décharges nuage-sol et les autres formes de foudre ou l'interférence par la signature électromagnétique. Quand le traceur par bonds atteint le sol, le trait de retour produit une augmentation de voltage très abrupte. Cette hausse sépare le signal d'une décharge nuage-sol de ceux d’autres bruits électromagnétiques. Le magnétogoniomètre transmet les données de chaque coup détecté à l'analyseur de position qui calcule par triangulation la position de l'éclair. Si l'éclair se trouve sur la ligne de base entre deux magnétogoniomètres, l'analyseur se sert aussi du rapport entre l'intensité des deux signaux. Le détecteur de temps d’arrivée est composé de quatre antennes. La direction d’un éclair est déterminée en comparant le moment où chacune des antennes a capté un de ceux-ci. Les récents développements ont permis à ces deux
systèmes d’être fusionnés en un simple senseur
appelé IMPACT. Qu’est-ce que le Réseau national de détection
de la foudre? Pour de plus amples informations sur le volet américain de ce système, veuillez consulter le site Web de la compagnie Vaisala-GAI au : http://www.lightningstorm.com. Quant au Réseau canadien de détection de la foudre, veuillez vous rendre sur le site Web d’Environnement Canada au : http://weatheroffice.ec.gc.ca/lightning/index_f.html Lectures conseilléesCette liste comprend des ouvrages généraux et des périodiques qui expliquent les concepts de base sur la foudre et l'électricité atmosphérique. Ils devraient normalement être disponibles auprès des bibliothèques universitaires ou collégiales. La majorité des livres sont un peu vieux, mais les plus récents et complets sont ceux écrits par le Dr. Uman. Son excellent livre « All About Lightning » aborde ce sujet pour un public fréquentant le premier cycle de l’école secondaire. Il donne des réponses spécifiques, est bien illustré, et ce, à un prix abordable. L'ouvrage académique incontournable s’intitule « The Lightning Discharge » toujours par le Dr.Uman. Ce livre couvre tous les aspects de la foudre et renferme de nombreuses références. Chalmer, J.A. 1967. Atmospheric electricity. Pergamon Press, New York, NY. Golde, R.H., ed. 1977. Lightning Vol. 1. Physics of lightning. Academic Press, London. UK. Malan, D.J. 1963. Physics of lightning. The English Universities Press Ltd., London. UK. Mason, B.J. 1971. The physics of clouds. Clarendon Press, Oxford. 671 pp. Uman, M.A. 1969. Lightning. McGraw Hill, New York, NY. Uman, M.A. 1986. All about lightning. Dover Publications, Inc., New York, NY. Uman, M.A. 1987. The lightning discharge. Academic Press, Orlando, FL. Viemeister, P.E. 1972. The lightning book. MIT Press, Cambridge, MA. Williams, E.R. 1988. The electrification of thunderstorms. Scientific American 259(5). Travaux citésLopez, R.E.; William, D.O.; Ortiz, R.; Holle, R.L. 1990. The lightning characteristics of convective cloud systems in Northeastern Colorado. Pages 727-731 dans 16th Conference on Severe Local Storms and Conference on Atmospheric Electricity, Octobre 22-26, 1990, Kananaskis Village, Alberta. American Meteorological Society, Boston, MA. MacGorman, D.R.; Rust, W.D; Taylor, W.L. 1983. Cloud-to-ground lightning in tornadic storms on 22 May 1981. Pages 197-200 dans 13th Confernece on Severe Local Storms, Tulsa, OK. American Meteorological Society, Boston, MA. Malan, D.J. 1963. Physics of lightning. The English Universities Press Ltd., London. UK. Mazur, V.; Rust, W.D.; Gerlach, J.C. 1983. Lightning flash density and storm structure. Pages 207-210 dans 13th Confernece on Severe Local Storms, Tulsa, OK. American Meteorological Society, Boston, MA. Mazur, V.; Rust, W.D; Gerlach, J.C. 1985. Evolution of lightning flash density and reflectivity structure in a multicell thunderstorm. Pages 363-367 dans 14th Conf on Severe Local Storms, Indianapolis, IN. American Meteorological Society, Boston, MA. Uman, M.A.; Krider, E.P. 1989. Natural and artificially initiated lightning. Science 246: 457-464. Kerry Anderson
|
Mise à jour:
2006-07-05
|
![]() |