Les différentes formes d'éclairs

Il est vrai qu'en temps normal on peut penser qu'il n'existe qu'un seul type d'éclair, néanmoins, cela est faux. Après plusieurs observations et analyses on en a conclu qu'il existait une multitude de genres d'éclairs. En premier lieu les plus connus sont:

⬤ le coup de foudre nuage-sol qui est descendant et dont la décharge se créée entre la base du cumulonimbus et le sol, ce qui représente environ 10% de l'activité orageuse. Il se forme de la manière suivante : il y a une accumulation de charges dans le nuage, qui entraîne l'augmentation du champ électrique qui finit par devenir supérieur à la valeur admise par l'air, créant l'ionisation de l'air et dans le même temps la formation de traceurs qui évoluent vers une zone de charge opposée. A faible distance de la zone de charge opposée, un traceur sera émis et partira à la rencontre du premier. (voir schéma simplifié) Ainsi, lorsque les deux traceurs se rencontrent, un ou plusieurs éclairs ont lieu. Il existe deux types de coup de foudre nuage-sol : le positif et le négatif.

La foudre positive part de la partie supérieure du nuage jusqu'au sol, c'est la plus dangereuse car elle n'a presque pas de ramification*. Elle représente 10 % des coups de foudre nuage-sol. Les superbolts et les mégabolts sont les plus puissants. Lorsque le contact nuage-sol est établi il y a un transfert de charges positives entre le nuage et le sol. On sait que l’éclair se propage à une vitesse comprise entre 500 et 2500 km/s. Daniel Gauvin en un photographié un en mai 2012.

Éclair descendant positif (schéma simplifié)

Photographie d’un éclair descendant positif et d’un nuage mur faîte
par Daniel Gauvin en mai 2012 dans le Kansas

La foudre négatif elle, part de la partie inférieure du nuage jusqu'au sol et a plus de ramifications. L’éclair transmet les charges négatives du nuage au sol lorsque le contact nuage/sol est fait. (Voir schéma simplifié). Il représente 90 % des coups de foudre descendants. L’éclair se propage à une vitesse de 70 à 1200km/s. La photographie faîte par Daniel Gauvin dans l’Hérault est un bon exemple.

Éclair descendant négatif (schéma simplifié)

Photographie d’un éclair descendant négatif faîte par
Daniel Gauvin en février 2014 dans l’Hérault.

⬤ le coup de foudre sol-nuage qui est au contraire ascendant et représente 10 % de l’activité orageuse. On en distingue deux types : positif et négatif.

Le négatif provient d'une charge ascendante négative due à une aspérité* (inégalité) au niveau du sol comme des montagnes, des antennes. La charge se propage vers une zone chargée positivement du nuage. L’éclair se propage à une vitesse de 80 à 460 km/s vers une zone du nuage chargée positivement. Lors de faible distance, un traceur descendant est émis. Lors de la rencontre entre les deux traceurs, un transfert de charges positives a lieu du nuage vers le sol. Voir le schéma de l’éclair ascendant négatif où l’aspérité est un arbre.

Éclair ascendant négatif (schéma simplifié)

Le positif au contraire provient d'une charge ascendante positive au sol due à une aspérité. Il va évoluer vers la base du nuage qui est chargée négativement. A l’approche de l’éclair, un éclair descendant partira du nuage. Lors de leur rencontre, la décharge a lieu et un transfert d’électrons du nuage vers le sol se produit. L’éclair durant sa montée se ramifie en plusieurs branches orientées vers le haut.(Voir schéma simplifié). C’est un éclair qui nécessite une aspérité haute et fine pour être formé donc il est rare. Lorsque l’éclair débute près du sol, il se propage à une vitesse aux alentours de 40 à 70 km/s et peut atteindre une vitesse de 1000km/s en altitude.

Éclair ascendant positif (schéma simplifié)

Malheureusement la vitesse des bonds des traceurs qui va de 50 à 2500 km/s ne permet pas de les voir à l’œil nu. Mais quelques photographes arrivent à en capturer des images. Comme Antonio Busqueta qui a fait une magnifique photo à Mexico du Palais des beaux-arts en 2015.

Photographie d’un éclair ascendant faîte par Antonio Busqueta au Mexique en 2015

Il existe également des éclairs qui restent au niveau des nuages :

⬤ l'inter-nuageux qui est une décharge de plus d’une dizaine de kilomètres entre deux nuages. Elle provient généralement après les éclairs intra-nuageux. Elle est due à des échanges d’électrons entre deux nuages distincts.( Voir schémas simplifiés). Daniel Gauvin en a photographié une dans les Bouches-du-Rhône.

Les éclairs inter-nuageux (schémas simplifiés)

Photographie d’un spectaculaire éclair inter-nuageux
dans les Bouches-du-Rhône faîte Daniel Gauvin

⬤ l'intra-nuageux où la décharge électrique donc l'éclair se produit à l'intérieur même du cumulonimbus. Il se manifeste uniquement par une illumination du cumulonimbus. Il représente 80% des éclairs d’un nuage. De plus, il fonctionne sur le même principe que les éclairs inter-nuageux, c’est-à-dire que les échanges d’électrons créent des différences de potentiel entre le sommet, le centre et la base du nuage mais lorsque ce potentiel est trop élevé, l’air entre ces niveaux n’est plus suffisamment isolant produisant un éclair intra-nuageux dû au claquage. Au contraire des éclairs inter-nuageux, les échanges d’électrons se font au sein même du nuage et non entre deux nuages distincts. (voir schéma simplifié). Dans le Gard, Daniel Gauvin a photographié une décharge intra-nuageuse.

Les éclairs intra-nuageux (schéma simplifié)

Photographie d’une décharge intra-nuageuse dans le Gard faîte par Daniel Gauvin

⬤ il existe également l'éclair en nappe qui est peu connu et qui est défini par une succession de décharges sur le sommet d’une chaîne de cumulonimbus. On l’appelle également « coups de foudre multiples ».

Photographie de coups de foudre multiples dans l’Hérault faîte par Daniel Gauvin en juillet 2010

⬤ L’éclair extra-nuageux qui est une décharge électrique aérienne intra-nuageuse qui s’échappe du sommet du cumulonimbus ou de sa région centrale et soit meurt dans l’air environnant soit se termine en coup de foudre. (voir schéma simplifié). On peut en observer un sur la photographie de Daniel Gauvin faîte près de Montpellier où la décharge électrique s’est terminée en coup de foudre.

Éclairs extra-nuageux (schéma simplifié)

Photographie d’un éclair extra-nuageux faîte près de Montpellier par Daniel Gauvin
en septembre 2015 lors d’un orage méditerranéen

⬤ Même si cela peut nous paraître impossible, il existe des éclairs invisibles à l’œil nu que l'on peut compter grâce à un capteur optique qui les transforme en signaux sonores.

⬤ Il existe également des éclairs spécifiques : au Venezuela, sur le lac de Maracaibo, une équipe enquête sur le phénomène régional nommé « la lueur du Catatumbo » qui est un éclair hors du commun. Il est dû au milieu naturel particulier, car, en se décomposant dans la rivière et les marais, la végétation produit du méthane, par ailleurs, du méthane s’échappe également des puits de pétrole du lac. Tout ce gaz s’accumule dans l’atmosphère au-dessus des marées. Le méthane étant plus léger que l’air, il s’élève vers le nuage et le nourrit. Cela contribue à ce que l’éclair affiche des couleurs plus vives. Mais le professeur Munoz pense que ces lueurs sont liées à un mécanisme beaucoup plus complexe. Car durant les dernières années, il y a eu deux fois plus de décharges et d’éclairs, il pense donc que ça peut être dû au réchauffement climatique. La lueur du Catatumbo se propage de nuage en nuage et elle brille beaucoup plus fort qu’un éclair classique, son éclat la rend visible à plus de 150 km. En moyenne, on l’observe 200 nuits par an et certains orages peuvent durer 8 heures. Cependant, les scientifiques doivent encore faire des recherches à son sujet.

Photographie de la foudre de Catatumbo au Venezuela

Tableau récapitulatif des différents types de coups de foudre

Nous pouvons résumer cette partie à l’aide de ce tableau qui nous indique l’amplitude en kilo-ampère* (kA) qui est une unité de mesure d’intensité du courant électrique, la charge en Coulomb* (C) qui est l’unité de charge électrique qui montre la quantité d’électricité traversant une section d’un conducteur parcouru par un courant d’intensité 1 ampère pendant 1 seconde. Et la durée du coup de foudre exprimée en milliseconde. Mais également avec le tableau récapitulatif des différents types de coups de foudre.

On peut également aller voir la vidéo qui est compilation de photos d’éclairs photographiées par Oscar Van der Velde à partir de ce lien :

Lightning compilation 2011-2014 from Oscar van der Velde on Vimeo.

Il est vrai qu’à l’œil nu on dirait qu’un éclair se propage de façon linéaire du nuage vers le sol. Mais les progrès techniques des caméras ont permis de découvrir que l’anatomie d’un éclair est bien plus compliquée. Pour cause, le centre de recherches atmosphériques de l’US air Force à Colorado Springs, a découvert que la lumière sort du nuage et se dirige vers le sol en suivant une trajectoire en zigzag dont chaque segment mesure une cinquantaine de mètres. Cette forme discontinue forme des traceurs par bond. Un traceur descend à la recherche du sol, il va et vient, il se divise et se ramifie. Il faut savoir qu’un éclair peut être sinueux, c’est-à-dire qu’il a de nombreux traits et de segments en zigzag. Il peut être ramifié donc avec plusieurs branches. Mais aussi fulminant avec des segments arrondis.