TPE

Intro

En 1752, Benjamin Franklin qui est la fois un homme politique et un scientifique amricain, entame

des recherches sur le phnomne naturel encore incompris, la foudre (). Il a pu ainsi rapprocher les

caractristiques de la foudre celles de llectricit.

Franklin met une exprience au point pour prouver son hypothse. Il accroche une cl un cerf-

volant pendant un orage. Une fois la corde assez mouille pour faire passer le courant, un clair

frappe le cerf-volant. Il parcoure la corde et finit par atteindre la cl, qui servait montrer un repre

visuel de lclair, pour enfin atteindre la bouteille de Leyde.

La bouteille se retrouve ainsi charge, tel un condensateur banal. Cela permit B. Franklin de

prouver que la foudre est compose dlectricit.

I) Comment se forme la foudre ?

Chaque anne, cest environ 3 milliards dclair qui touche le sol dans le monde. La foudre est donc

un phnomne naturelle est tout fait banal et sans consquence majeur.

Ce phnomne se produit au cours de la phase de maturit dun orage. Nous pouvons supposer que

la foudre est en ralit un dchanement dlectricit statique, saccumulant entre des nuages

dorages ou entre un nuage et la Terre

Nous pouvons relier la machine de Wimshurst, invente par James Wimshurst en 1882, aux clairs.

Elle est quipe de deux disques constitus de matriaux isolants et recouverts de secteurs

mtalliques. Les deux disques tournent en sens opposs, les connections se font laide de balais

friction, permettant de rcuprer la charge et daccumuler lnergie dans les condensateurs. Puis

deux pointes mtalliques, relies deux sphres provoquent un clair lectrostatique.

En ralit, ce phnomne astronomique se forme partir dun nuage appel cumulo-nimbus,

il peut culminer de quelques centaines de mtres 2 000 mtres du sol. Tout dabord des courants

dair distribuent des charges positives au sommet du nuage dorage et renvoi les charges ngatives

la base par un phnomne encore peu connu. En raction ce transfert de charge le sol situ en

dessous du nuage se charge positivement. Un champ lectrique est ainsi cre. Il saccrot jusqu' ce

que lair, jouant normalement le rle disolant, ne sionise .Un flux dlectrons jaillit alors de la zone

ngative, cest le prcurseur. Cette tincelle reste invisible car elle se dplace trop vite pour que lil

puisse la percevoir, en effet elle se dplace une vitesse de 200 Km/s suivant une trajectoire

curviligne, non uniforme. Quand le prcurseur est arriv proximit du sol il attire un flux positif.

Celui-ci forme une deuxime tincelle, par contre celle-l part du sol. Lorsque ces deux tincelles se

rejoignent elles forment alors un canal dit dair ionis. Ce canal nest pas trs grand, seulement

quelques centimtres de diamtre. Par contre le courant positif remontant est trs puissant, cest

larc de retour. Cest cette dcharge lectrique qui produit la ligne lumineuse de lclair.

Nous observons trois types dclairs cependant ils se forment tous de la mme manire, il ny a que

le lieu de dcharge qui savre diffrent.

Ces types sont :

1- Le coup de foudre. Ce sont les plus spectaculaires, cependant il ny a que 20% des clairs qui

suivent ce chemin. Cest cette forme dclair que nous prsentons dans ce sujet.

2- Lclair inter nuageux.

3- Lclair intra nuageux

4- La dcharge en nappe.

Leffet de pointe est un phnomne physique qui influence la direction du champ lectrique de la

foudre proximit dune pointe.

Etude exemple : En 2006, on peut constater que le nombre dorages en France est gnralement

plus lev dans le sud quau nord. On peut aussi voir une concentration dorages dans les milieux

montagneux et humides comme le sud-ouest.

On peut expliquer aussi expliquer le taux lev dorages pendant les mois dt car latmosphre est

plus chaud et humide.

II) Peut-on exploiter lnergie dgage par la foudre ?

Energie dgage par un orage en moyenne:

- Le coulomb (C) est lunit de charge lectrique. Un lectron possde une charge lectrique

de -1.6.1019 C.

Ainsi, un clair transporte -5C ou 5 C.

- Pendant un orage, la diffrence de potentiel entre la Terre et le nuage est de 100MV, donc

lnergie dun clair est de 100MV multipli par 5C : 500MJ.

Par consquent, un clair a une nergie de 500 mga joules.

- Un orage comporte un nombre dclairs qui varie de 10 plusieurs milliers.

En prenant une moyenne de 100 clairs, lnergie dun orage serait de 50GJ, soit 50 milliards de

Joules !

Cette nergie pourrait alimenter la consommation annuelle dlectricit de 5000 foyers franais.

Cependant, en admettant quil serait possible de rcuprer lnergie de la foudre, le problme se

poserait au niveau du stockage. En effet, malgr les nombreuses recherches effectues sur ce sujet,

nous ne connaissons encore aujourdhui aucun moyen pour conserver lnergie lectrique.

Par exemple, on peut citer les batteries perdant peu peu leur nergie, nous obligeant les

recharger rgulirement. Cest la raison pour laquelle les centrales nuclaires produisent de

llectricit en continu.

En conclusion, lnergie consquente que forme la foudre, ne peut en aucun cas, ce jour, servir

alimenter quoi que ce soit.

III) Impacts divers, provoqus par la foudre

La foudre est comme dautres phnomnes naturels un danger pour lHomme et son environnement

mais ce danger nest pas comparable des dangers dit comme catastrophes naturelles. En effet, les

chances de se faire frapper par la foudre est minime : 1 chance sur 3000 au cours dune vie humaine.

Mais ce risque peut voluer en fonction de lendroit, ainsi les milieux montagneux sont plus a

risques.

Il existe deux types diffrents de coups de foudre, soient direct et indirect.

Un coup de foudre direct cest quand la foudre a directement frapp la victime, o un objet

directement en contact. Limpact de la foudre est donc gnralement par le haut et peut donc tre

fatal sur le coup, avec par exemple un arrt cardiaque. La victime peut survivre, mais il y a toujours

des consquences, comme des brlures aggraves.

Un coup de foudre indirect est quant lui un impact indirect, cest--dire que la foudre peut par

exemple frapper le sol et ensuite le sol lui-mme conduit lclair et des humains se trouvant

proximit peuvent en subir les consquences. Limpact se fait donc par le bas du corps vers le haut,

mais peut tre tout aussi dangereux quun coup de foudre direct.

Un clair peut chauffer lair qui lentoure 27.000C, soit environ 5 fois la temprature du Soleil !

Cependant, 70 90% des victimes survivent un coup de foudre, malgr leurs blessures parfois

svres. Les squelles sont souvent trs marquantes comme les brlures extrieures, comme les

cicatrices de Lichtenberg, qui se produisent quand les vaisseaux sanguins clatent.

Mais les blessures les plus graves sont celles qui atteignent le cerveau. Les squelles crbrales

peuvent tre trs graves comme la perte de sens, de mmoire et de reflexes. La victime peut tre

plonge dans un coma artificiel, car le choc est trs important.

En conclusion, cest la diffrence de charge entre le niveau du sol et la base du nuage

lectris qui gnre la foudre. Nous savons aussi que lon ne peut pas matriser, encore ce jour,

lnergie de la foudre. Enfin, le coup de foudre peut tre mortel pour lhomme ou un autre animal,

du moment que celui-ci est conducteur de charges.

Alexandre

Cdric

Maxime