Avec une caméra vidéo ultra-rapide, et l’atout d’être au bon endroit au bon moment, le physicien Marcelo Saba, chercheur à l’Institut national de la recherche spatiale (Inpe), et doctorant Diego Rhamon, a obtenu une image inédite de la décharge de la foudre , montrant les détails de votre connexion aux différents paratonnerres situés à proximité.
La rareté de l’image a fait qu’elle a été reproduite sur la couverture de Geophysical Research Letters (GRL), l’une des revues scientifiques les plus importantes de la région. Les travaux ont été soutenus par la FAPESP.
« L’image a été prise une nuit d’été à São José dos Campos. [SP]lorsqu’un rayon descendant de charge négative s’est approché du sol à une vitesse de 370 kilomètres par seconde », explique Saba.
« Au moment où la décharge n’était qu’à quelques dizaines de mètres du sol, plusieurs paratonnerres et rebords d’immeubles situés dans la région produisaient des décharges positives ascendantes, rivalisant pour se connecter avec la foudre descendante. L’image finale avant la connexion a été obtenue 25 millionièmes de seconde avant l’impact de la foudre sur l’un des bâtiments », poursuit-il.
C’est cette image spectaculaire que les éditeurs du GRL ont reproduite sur la couverture de la publication.
Le chercheur rapporte que sa caméra capturait 40 000 images par seconde. Tournée en super ralenti, la vidéo montre le comportement des paratonnerres. Et aussi que la foudre peut être un danger si ces équipements de protection ne sont pas correctement installés.
En effet, malgré la présence de plus de 30 paratonnerres à proximité, la foudre ne s’est connectée à aucun d’entre eux, mais à la cheminée d’un four situé sur le toit d’un des bâtiments.
« Un échec d’installation a laissé cette zone sans protection. Et l’impact d’un courant de 30 000 ampères lui a causé des dégâts impressionnants », dit-il.
Regardez l’instant :
En moyenne, 20% des éclairs sont constitués d’échanges de charges électriques entre les nuages et le sol. Les 80% restants sont composés de décharges électriques à l’intérieur des nuages.
Parmi ceux qui touchent le sol, presque tous sont des rayons descendants : ils partent du nuage et arrivent au sol. Les rayons ascendants existent également, mais sont rares. Et ils ne se produisent qu’à partir de structures hautes comme les sommets des montagnes, les gratte-ciel, les tours et les antennes. Selon la charge qu’ils transfèrent au sol, la foudre peut être classée comme négative ou positive.
« La foudre peut atteindre jusqu’à 100 kilomètres de longueur. Et transporter des courants d’environ 30 000 ampères. Cela équivaut au courant consommé par 30 000 ampoules de 100 watts fonctionnant ensemble. Dans certains cas, le courant peut atteindre 300 000 ampères. La température de la foudre, 30 000°C, est cinq fois supérieure à la température de surface du Soleil », explique Saba.
Comment se forment les rayons
Le chercheur explique que tout commence par l’électrification des nuages. Son mécanisme n’est pas encore entièrement connu. Mais elle provient, grosso modo, du frottement entre les particules de glace, les gouttelettes d’eau et la grêle, qui libère des charges et crée des polarités entre différentes régions des nuages, avec des différences de potentiel électrique allant de 100 millions à 1 milliard de volts.
« Il faut tenir compte du fait que les nuages d’orage sont d’énormes structures, qui ont leur base à 2 ou 3 kilomètres du sol et dont le sommet peut atteindre jusqu’à 20 kilomètres d’altitude. Leurs diamètres varient entre 10 et 20 kilomètres », dit-il.
La forme ramifiée prise par les rayons s’explique par le fait que les charges électriques recherchent le chemin le plus facile, c’est-à-dire celui qui offre le moins de résistance, et non le chemin le plus court, qui serait la ligne droite.
Le chemin le plus facile, généralement en zigzag, est déterminé par les différentes caractéristiques électriques de l’atmosphère, qui n’est pas homogène. « Un faisceau composé de plusieurs décharges peut durer jusqu’à 2 secondes. Cependant, chaque décharge ne dure que quelques fractions de milliseconde », ajoute Saba.
Il précise que le paratonnerre n’attire ni ne repousse la foudre. Il ne décharge pas non plus les nuages comme on le pensait autrefois. Il donne simplement à la foudre un chemin facile et sûr vers le sol.
Comme il n’est pas toujours possible de compter sur la protection d’un paratonnerre et que l’été est la période où se produisent la plupart des décharges électriques atmosphériques, il convient de tenir compte des recommandations de Saba. « Les orages se produisent plus l’après-midi que le matin.
Méfiez-vous donc des activités de plein air les après-midi d’été. Lorsque vous entendez le tonnerre, cherchez un abri. Ne restez jamais sous des arbres ou des poteaux. Pas même sous des couvertures précaires.
Si vous n’avez pas d’endroit solide pour vous protéger, restez dans votre voiture et attendez la fin de la tempête. S’il n’y a pas de voiture ou d’autre endroit pour s’abriter, accroupissez-vous les pieds joints. Jamais debout, jamais couché. A l’intérieur de la maison, évitez le contact avec les appareils électroménagers et l’utilisation des téléphones filaires ».
Le chercheur affirme qu’une personne frappée par la foudre peut survivre. Et il y a de nombreux exemples de cela. Les chances augmentent lorsque la personne est rapidement prise en charge. « L’arrêt cardiaque est la seule cause de décès. Dans ce cas, la prise en charge recommandée est la réanimation cardiorespiratoire », enseigne-t-il.
Saba a commencé l’étude systématique de la foudre avec des caméras à haute vitesse en 2003. Cette étude, toujours en cours, a fourni la plus grande banque vidéo d’éclairs filmés à grande vitesse au monde. Le chercheur et ses acolytes ont déjà été contemplés avec 17 bourses ou bourses octroyées par la FAPESP.