Phénomènes liés aux nuages d'orage et à la foudre

Résumé du document

Les orages et plus particulièrement la foudre ont toujours suscité l'intérêt des hommes. A la fois fascinés par ce phénomène spectaculaire et inquiétés par l'ampleur des dégâts engendrés, de nombreux chercheurs ont tenté d'en comprendre les mécanismes. C'est Benjamin Franklin qui, au milieu du XVIII siècle marqua un tournant décisif en découvrant la nature électrique de la foudre; le paratonnerre fait alors ses débuts.
Nous nous intéresserons au phénomène d'électrisation des nuages avant de se pencher sur les conditions de déclenchement de la foudre, étudiées à l'échelle microscopique. Cela permettra d'envisager finalement un modèle de protection largement utilisé.

Extraits

[...] Conclusion : Ce travail tente de retracer quelques initiatives relatives à la modélisation des phénomènes liés à la foudre. Il illustre l'intérêt d'une démarche scientifique qui, faisant des allers-retours incessants entre des échelles très variées -macroscopique pour les phénomènes globaux, microscopiques pour les processus électriques- aboutit à l'élaboration d'un modèle de protection simple mais efficace. Feuilles de calcul Maple : Intensité du champ électrique au sommet d'un demi-ellipsoïde en fonction de l'excentricité Lignes équipotentielles d'un demi-ellipsoïde posé sur u plan et porté au potentiel zéro Experience:OSCILLATIONS DE RELAXATION D'UNE LAMPE AU NEON: Mise en évidence du champ disruptif d'un gaz L'expérience vise à mettre en évidence l'existence d'un seuil d'intensité du champ électrique à partir duquel l'air devient conducteur. [...]

[...] Ce processus a lieu soit spontanément, soit lors d'un choc avec une autre particule. d. Phénomènes d'attachement, de recombinaison : Il s'agit de processus qui conduisent à la diminution du nombre d'électrons libres dans le gaz. - L'attachement est décrit par : A + ( + ou A + B + ( Ce processus a une grande importance étant donné la valeur de l'affinité électronique de l'oxygène. -La recombinaison est décrite par la réaction : : + B-(AB + : + ( A + La réaction est plus fréquente que la réaction à cause de la grande mobilité des électrons. [...]

[...] Ainsi c'est certainement une combinaison des deux modèles qui permettra d'élaborer une théorie tenant compte des différents stades de l'électrisation des nuages. La décharge électrique : L'étude de la décharge électrique en laboratoire permet de comprendre les mécanismes physiques qui conduisent à un coup de foudre, bien qu'ils ne se produisent pas à la même échelle. Quelques phénomènes de base : a. Phénomènes de collision : On distingue deux types de choc: -Les chocs élastiques ne permettent qu'un transfert d'énergie cinétique. [...]

[...] Dans les décharges gazeuses, ils ne concernent que les électrons de valence. b. Phénomènes d'excitation et d'ionisation : Ils permettent d'expliquer l'existence d'électrons libres au sein du gaz sachant que ce sont ces particules dites rapides qui sont à l'origine du courant On retient deux processus d'ionisation qui jouent un rôle important dans la décharge électrique. - L'ionisation par choc : Un électron peut ioniser une particule neutre à condition que son énergie cinétique soit supérieure à l'énergie d'ionisation eVi de la particule (Vi étant son potentiel d'ionisation). [...]

[...] La région positive supérieure, plus diffuse peut s'étendre verticalement sur plusieurs kilomètres. Une petite poche positive occupe la base du nuage. Les courants ascendants sont prépondérants dans les nuages orageux mais dans la phase de dissipation, la région inférieure précipite avec de violents courants. Ainsi, le paradoxe est soulevé: Wilson a fait des mesures de loin, ce qui avait occulté l'effet de la poche positive tandis que Simpson se plaçant juste en dessous du nuage n'a pu détecter la zone positive supérieure (par effet d'écran). [...]