Expériences pour créer un éclair

De nos jours, il est possible de créer des éclairs avec des objets à porter de main. Même si ce ne sont pas des éclairs tels qu’ils tombent du ciel, ce sont des petits « arcs électriques » qui nous permettent d’analyser et de comparer ceux fabriqués par l’Homme et ceux fabriqués par les nuages orageux. Ainsi, plusieurs expériences sont envisageables :

⬤ En premier lieu, le Pistolet à impulsion électrique, aussi appelé sous le nom de « taser », est une arme de catégorie B. Il envoie sur sa cible deux électrodes délivrant une décharge électrique de plusieurs milliers de volts, paralysant temporairement la cible. Le taser délivre une puissance très forte en ne transformant pas la tension mais en l’accumulant pour la relâcher brusquement ensuite, c’est un condensateur*. Une telle tension est nécessaire pour permettre à l’arc électrique de traverser une couche de vêtement. Ainsi, on peut dire que l’arc électrique formé par le taser est une sorte d’éclair, mais un éclair ayant une décharge électrique beaucoup moins forte. Le pistolet libère 2 milliampères pour 50 000 volts soit 100 Watt alors que l’éclair a une puissance moyenne de 20 GW. La charge libérée par le pistolet est 200 millions de fois moins puissante que celle libérée par un éclair. Cependant, les deux tasers utilisés dans nos vidéos sont des petits blocs qui sont projetés sur une personne, ils n’ont pas d’électrodes éjectables. Les deux épines en fer présentes sur les blocs sont les électrodes, elles sont fixes. Ces électrodes ont une tension de 2 millions de volts au moment de la décharge électrique.

⬤ Ensuite, la lampe à plasma qui est une boule remplie de gaz noble sous basse pression et ayant une petite boule pleine au centre qui joue le rôle de l’électrode. Une forte tension électrique alternative est appliquée aux deux sphères. Ainsi, le principe de son fonctionnement est d’appliquer une décharge électrique qui va générer un champ électrique élevé. Le milieu environnant joue le rôle de la deuxième électrode. Une ionisation va avoir lieu et va entraîner une avalanche électronique conduisant à une décharge électrique entre les surfaces des sphères de verre. Ce phénomène de claquage transforme le gaz isolant en plasma conducteur et lumineux. Lorsque l’on touche la sphère, le courant est plus élevé et donne lieu à une décharge électrique plus intense. Donc les arcs produits par contact avec le verre peuvent être comparés à des éclairs. La tension électrique délivrée au centre est d’environ 10 000V, cependant l’intensité du courant électrique reste très faible. Celle utilisée dans la vidéo est une boule de 20 cm de diamètre.

⬤ On peut également créer un éclair avec une machine de Wimshurst qui est une machine électrostatique* inventée en 1882. Elle est équipée de deux larges disques constitués de matériaux isolants et recouverts de secteurs métalliques. Les deux disques tournent dans des sens opposés ce qui entraîne la séparation des charges positives et des charges négatives qui sont récupérées à l’aide d’un dispositif de balais à frictions et ainsi emmagasiner l’énergie dans les bouteilles de charges. Cela suit le principe d’un condensateur. Enfin, lorsque la tension aux bornes du condensateur est importante, un arc électrique se forme entre les deux sphères. Cette machine est intéressante car son principe peut représenter à petite échelle le fonctionnement de l’éclair (a de chaque partie du nuage des charges opposées, ici le nuage est les deux sphères), l’air est ionisée créant ainsi l’arc électrique. On peut mesurer sa tension à l’aide d’un électromètre.

Ce lien mène à une vidéo montrant le phénomène décrit :
http://www.web-sciences.com/documents/premiere/pedo09/petp0900.php

Machine de Wimshurst

Arc électrique formée par la machine de Wimshurst