Pour mieux comprendre le phénomène voici un extrait d'article de Frédéric ELIE
l'article completFoudre et tension de pas par Frédéric ELIE, novembre 2005
Mécanisme de la foudre
Il se déroule en plusieurs étapes. On suppose que la base du nuage est de charge négative et que la terre est chargée positivement (80 à 90% des éclairs sont négatifs, cf référence B).
1 - Le processus commence par une première décharge, appelée précurseur, par laquelle les charges de mobilité élevée (comme les électrons) s’écoulent. Avec l’hypothèse adoptée ci- dessus (nuage chargé négativement), les charges négatives libres proviennent du nuage et s’écoulent dans la direction de la terre dans ce premier précurseur : le processus est descendant. Le précurseur a la forme d’un canal d’air ionisé par le passage des électrons qui avance à la vitesse d’environ c/5 (c est la vitesse de la lumière). Sa progression s’arrête au bout de 30 m parcourus car dans ce premier temps les charges libres négatives n’alimentent plus le canal.
2 – Comme le canal du précurseur contient de l’air fortement ionisé, celui-ci est un excellent conducteur qui permet à de nouvelles charges libres issues du nuage de circuler. Le précurseur progresse alors de nouveau et atteint 50 m en tendant vers des points situés au sol où le champ électrique est le plus intense.
3 – Le canal du précurseur restant fortement ionisé donc bon conducteur, de nouvelles charges issues du nuage y circulent, la précurseur progressant vers le sol encore un peu plus. Lorsque le précurseur est assez proche du sol, le champ électrique qu’il crée est suffisamment intense pour faire apparaître, par l’effet du pouvoir des pointes, des étincelles partant du sol (effluves). Et ainsi de suite jusqu’à ce que la distance entre le précurseur et le sol permette la rencontre entre les effluves issues de la terre et le précurseur issu du nuage.
Par exemple : pour I = 30 kA, on a D = 94m. Entre le nuage et la terre un canal continu et conducteur est alors formé.
4 – La décharge entre la terre et le nuage s’effectue alors par le dernier précurseur qui les relie (ou traceur continu). Les charges du nuage et celles du sol situé sous lui se rencontrent et se neutralisent. La décharge s’arrête quelques millisecondes (plus de charges) puis reprend parce que la base du nuage et le sol se sont rechargées par apport de charges des zones avoisinantes. La décharge recommence, et cette succession d’échanges se réalise plusieurs fois jusqu’à décharge complète du nuage (la terre est alors devenue chargée négativement). On compte jusqu’à 8 décharges par 100 ms pour les coups de foudres les plus intenses.
5 – Quelques valeurs moyennes caractérisant la foudre :
- courant du traceur : 25000 à 75000 A
- durée moyenne d’un arc : 30 ms
- durée moyenne d’un éclair (décharge totale) : 100 à 600 ms - nombre moyen de décharges lors d’un éclair : 2 à 5
- différence de potentiel nuage-terre moyenne : 20 MV à 100 MV
- énergie libérée moyenne lors de la décharge totale : 300 kWh, entraînant l’échauffement du traceur (température moyenne de l’éclair: 15000°C), la dilatation très rapide de l’air responsable d’ondes de choc, source du tonnerre.
- un coup de foudre correspond en moyenne à un transfert de charge de 15 à 70 C entre la terre et le nuage.