Les éclairs

Les orages, qui produisent les éclairs, sont des évènements météorologiques violents qui, la plupart du temps, ont lieu en été: à partir de midi, la convection fait s'élever en altitude une grande quantité d'humidité provenant du sol et la transforme en nuages. Se forment d'abord des cumulus -ces nuages blancs, cotonneux puis les cumulus peuvent eux-mêmes se transformer en cumulo-nimbus, ces nuages très élevés, massifs et sombres. Ce sont ces derniers qui produisent les orages, les éclairs voire la grêle. Les cumulo-nimbus peuvent atteindre plus de 13 km (8 miles) d'altitude! L'aspect aplati du sommet des cumulonimbus est le signe que le nuage y rencontre, à la fin de la troposphère et dans la tropopause, des vents forts. A chaque instant, 2000 orages ont lieu sur Terre, qui produisent 50 éclairs chaque seconde. Les éclairs émettent une large gamme d'ondes radios à très faible fréquence, souvent perçus comme les interférences qu'on entend sur la gamme des ondes radion AM

cliquer vers une carte de la distribution des orages dans le monde. NASA/MSFC

Le mouvement des gouttes de pluie et des particules au sein du cumulo-nimbus crée, par frottement, de grandes quantités de charges électriques positives ou négatives. C'est la décharge de cette électricité entre ces masses et entre le nuage et le sol qui prend la forme des éclairs. Un éclair est un phénomène électrique extrêmement puissant, dont la température atteint 33000° C (60,000° F). La plupart des éclairs se produisent à l'intérieur même des cumulo-nimbus ou entre eux et seulement 1/3 des éclairs atteint, en fait, le sol. Dans ce cas, la puissance électrique de la décharge est alors transmise à tout objet -ou toute personne...- se trouvant au point d'impact. Les éclairs s'accompagnent de tonnerre. Les éclairs sont, en général, associés aux orages mais ils peuvent également se produire dans le cadre de tempêtes de neige, de tempêtes de sable ou au sein des matériaux éjectés par un volcan au cours d'une explosion volcanique. Les éclairs sont également un important facteur en ce sens qu'ils élèvent rapidement jusque dans la haute troposphère des particules à vie courte et ils sont aussi des producteurs d'ozone

L'état le plus avancé de la science en matière d'éclairs est qu'ils sont "pluri-frappeurs": les éclairs frappent le sol en deux endroits ou plus (le nombre moyen d'impacts étant de 1,45). Chaque impact est séparé du précédent de dizaines de mètres (yards) ou plus et il a lieu dans les fractions de seconde qui suivent le précédent. Statistiquement, un tiers des éclairs frappent en plus d'un endroit. De cela, il découle que les probabilités d'être atteint par l'éclair sont de 45% plus élevées qu'on ne le pensait: le cône des impacts en est, en effet, agrandi. Aux Etats-Unis, par exemple, le "National Severe Storms Laboratory" ("laboratoire national pour l'étude des orages") a revu ses critères de préention à la hausse et recommende désormais que, par rapport à un précédent éclair, on prenne une distance de sécurité d'au moins 10 à 13 km (6 à 8 miles) alors que cette distance n'était que de 3 à 5 km (2 à 3 miles) auparavant. Les éclairs multi-frappeurs empruntent, du nuage jusqu'au sol, soit des chemins distincts (dans 23% des cas) soit ils se séparent en bifurcations entre le nuage et le sol (10% des cas); 3% des éclairs présente les deux types de comportement. 67% des nouveaux points d'impact des éclairs multi-frappeurs proviennent du deuxième éclair du groupe plutôt que du troisième ou du quatrième, lesquels, habituellement, suivent le même chemin que la deuxième frappe

->De récentes observations satellites, en 2006, montrent que les régions du monde où se produisent les plus forts orages sont l'Est des Andes, en Argentine, où de l'air chaud et humide entre souvent en collision avec de l'air plus froid et plus sec (on voit aussi une telle rencontre se faire dans l'Est des Montagnes Rocheuses, aux Etats-Unis). De forts orages se produisent aussi dans des régions semi-arides telles les franges méridionales du Sahara, en Australie du Nord, dans certaines parties du sous-continent indien. Le Pakistan du Nord, le Bangladesh et des parties de l'Afrique centrale sont également sur la liste des orages violents. Ces études ont montré aussi que ce n'est pas là où les pluies sont les plus abondantes que l'on observe les orages les plus violents

En 2001, les météorologues ont découvert qu'il existait des éclairs qui se dirigeaient, depuis les nuages, vers le haut. Ils les ont appelés, dans le monde anglo-saxon, des "gigantic jets" ("jets gigantesques"). 10 de ces phénomènes ont été observés depuis. Pour ce qui est de leurs mécanismes, ils sont essentiellement les mêmes que les éclairs "normaux". Les "gigantic jets" continuent de monter en altitude jusqu'au moment où ils sont stoppés par l'ionosphère, cette couche de la haute atmosphère qui est chargée électriquement -"ionisée". La charge électrique est alors égalisée et répartie par cette couche de l'atmosphère. Les "sprites" et les "elves" ("esprits", "elfes") sont d'autres phénomènes liés aux éclairs: ils ont lieu à des altitudes de 80 km (50 miles), sont de couleur rouge et ne durent que 10 milli-secondes. Les sprites ont une forme de méduse et les elves sont des halos en forme d'anneau. Les deux surviennent du fait que les éclairs à charge positive (10% des éclairs qui frappent le sol) évacuent des nuages la charge positive de ceux-ci. Lorsque les nuages deviennent ainsi de charge négative, se constitue un autre champ électrique entre eux et la ionosphère, ce qui produit ces phénomènes électriques. Une conséquence pourrait être que les sprites et les elves créeraient une connexion entre la haute et la basse-atmosphère. Ces phénomènes sont dits des "évènements lumineux transitoires" (en anglais, "transient luminous events", TLE). Depuis 2014, on a découvert que les sprites se forment à partir d'irrégularités du plasma, dans la ionosphère (on ne connaît pas encore l'origine de ces irrégularités); les sprites sont en fait un phénomène de plasma froid (sans les températures extrêmement élevées des éclairs) et ressemblent au mécanisme d'un tube fluorescent; on pense qu'ils se produisent pendant les orages les plus importants. De tels éléments sont vraisemblablement dûs au fait que les éclairs se conduisent comme une puissante antenne qui émet des ondes électromagnétiques dans toutes les fréquences, lesquelles ondes atteignent l'ionosphère, milieu très conducteur en terme d'électricité puisque la radiation ultraviolette du Soleil détache des électrons des molécules d'eau. Depuis 1994, on suspecte les éclairs de générer ce qu'on appelle, en anglais, des "terrestrial gamma-ray flashes" ("flashs de rayons gamma terrestres", TGF), qui se produiraient aux alentours de 500 par jours. Le lien entre les deux, cependant, est encore mal établi car les éclairs sont 10 fois trop faibles pour générer des rayons gamma. Les TGF se forment lorsque de puissants champs électrique parcourent l'atmosphère juste avant qu'un éclair ne parcoure le même chemin; les particules électriques chargées interagissent avec l'atmosphère. Les "pixies" et les "blue jets" (ces derniers consistant en une décharge électrique dirigée vers le haut -la stratosphère- depuis le sommet des nuages), en anglais, se produisent aussi au-dessus des orages. Tous ces phénomènes pourraient être liés à des "tours" de nuages (en anglais "cloud turrets") qui sont des nuages-piliers qui s'étendent dans la haute atmosphère. Les éclairs et les orages, cependant, sont considérés comme des accélérateurs de particules natureles et ils déclenchent des "avalanches" d'électrons relativistes qui s'y développent dans les champs électriques et qui émettent des rayons gamma. L'énergie de ces derniers est suffisamment importante pour produire des réactions atmosphériques photonucléaires qui produisent des neutrons et éventuellement des positrons

Les pouvoirs publics, désormais, se préoccupent de faire de la prévention, pour ce qui est des périodes d'été ou de toute autre période propice aux orages, en direction des personnes qui se baignent, qui font du pique-nique ou autres afin qu'elles se préoccupent toujours d'une éventuelle menace d'orage et de leur sécurité quant à ceux-ci lors de leurs activités de plein air. Aux Etats-Unis, par exemple, 80 personnes en moyenne sont tuées chaque année par des éclairs et 300 snt blessées et des milliers de dollars de dégâts sont causés. En terme de morts causées par les phénomènes météorologiques, les éclairs ne sont surpassés que par les canicules et les inondations. Les services météorologiques gouvernementaux de chaque pays mettent, la plupart du temps, des brochures ou des pages Internet consacrées à la prévention en matière d'orages. Il est utile de les consulter