ASCENCI Alexandre Avances scientifiques et ralisation techniques

HERLEDAN Cdric

BEDON Maxime

La foudre

Plan

Introduction

I) O et dans quelles conditions se forme

la foudre ?

II) Possibilits de convertir lnergie

dgage par la foudre en nergie

utilisable ?

III) Impacts divers provoqus par la

foudre.

Alex

Cdric

Maxime

Introduction

Au milieu du XVIII sicle, Benjamin Franklin effectue des expriences sur un phnomne physique encore mal compris : la foudre. Il observe alors que ce phnomne mystrieux prsente des caractristiques identiques celles de llectricit : la forme ondoyante et crochue de la foudre ainsi que linflammation des combustibles frapps. Franklin suppose donc que la foudre est constitue darcs lectriques grande chelle. De plus les tincelles relient plus facilement des tiges conductrices et pointues (baptises lectrodes). Il suppose donc pouvoir attirer la foudre en lui prsentant une telle tige lors dun orage.

-> Benjamin Franklin

Alors quun orage clate Philadelphie le 15 Juin 1752 ce physicien lance un cerf-volant muni d'une pointe mtallique qui fait office d'lectrode. Comme prvu, le nuage s'y dcharge et Franklin en subit le choc. Nanmoins, il y survcu.

-> Exprience du cerf-volant de Benjamin Franklin

Cette exprience permit Benjamin Franklin de dmontrer la nature lectrique de la foudre et de savoir comment lattirer. Le paratonnerre est n. Ainsi, ce systme fut appliqu la protection des btiments contre ce phnomne.

Nous pouvons nous poser les questions suivantes :

- O et comment se forme la foudre ?

- Peut-on stocker lnergie dlivre par la foudre ?

- Quels sont ses impacts divers ?

Dans ce sujet, nous nous concentrerons avant tout sur ces problmatiques. En effet, les rponses celles-ci nous permettront de mieux comprendre la foudre et ses enjeux.

I) Chaque seconde, environ une centaine dclairs clatent sur la surface de la Terre. Ceux-ci sont dus aux dcharges lectriques quon appelle plus communment la foudre. 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. Et pour cause, nous pouvons exposer la machine de Wimshurst, machine invente en 1882 par linventeur James Wimshurst. Cet instrument forme des petits clairs par simple accumulation dlectricit statique, cause par le simple frottement de deux disques constitus de matriaux isolants et recouverts de secteurs mtalliques. A laquelle sajoutent deux pointes mtalliques, permettant de librer lnergie forme.

-> Machine de Wimshurst 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 L'effet de pointe, aussi appel pouvoir des pointes, est un phnomne physique expliquant l'influence d'un objet mtallique pointu sur le champ lectrique environnant. Les applications typiques de ce phnomne sont les paratonnerres. "L'effet de pointe" vient du fait que le champ lectrique est plus fort au voisinage d'une pointe conductrice charge (interaction lectrostatique de Coulomb). Tous les phnomnes d'ionisation (ionisation due au champ intense) sont donc plus importants au voisinage d'une pointe. Leffet de pointe sexplique par le fait que le potentiel lectrique varie en 1/L, o L est la distance dun point de lespace au point dimpact (la pointe), alors que le champ lectrique varie en 1/L ; celui-ci est donc trs faible lorsque L est grand.

En 2006, le nombre de jours dorages en Savoie tait suprieur 65, ce qui est

un chiffre non ngligeable, malgr le nombre dorage clatant chaque anne dans le Monde, variant de 750.000 1.8M. On considre encore aujourdhui que la Savoie est lune des rgions de France les plus touches par les orages. On considre galement que les rgions du sud de la France seraient plus frappes que les rgions du Nord. Cela sexpliquerait par la proximit de lquateur. On peut galement ajouter que le pic du nombre dorages en France a lieu entre Juin et Aot.

On en conclue que les orages sont forms plus frquemment lorsque que la chaleur de latmosphre est plus intense.

II)

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, 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) On sait quun clair sabat quelque part sur Terre 100 fois par seconde, soit 3 milliards de fois par an. En prenant cela en compte, nos chances dtre frapp par la foudre sont tonnamment faibles. En effet, nos chances dtre frapp par la foudre sont peu prs dune chance sur 100.000, et environ une sur 3.000 au cours de notre vie. Ces probabilits peuvent amplement varier selon notre quotidien.

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

Le premier terme est caractris par un foudroiement rapide et brusque et se traduit par le passage dun fort courant lectrique travers le corps de la victime jusquau sol. Ce courant peut toucher les organes, dont le cur et le cerveau, et provoquer par la suite un arrt cardiaque ou une paralysie temporaire.

La mme situation se produit dans le cas o lon se tient quelque chose de conducteur, comme le mat dun bateau, et quil est frapp par la foudre.

-> Coup de foudre direct Les coups indirects frappent le sol et remontent par la suite dans nos jambes.

Plus de gens sont blesss par ces coups au sol, car lnergie se connecte de multiples personnes en mme temps.

Ces coups de foudre indirects dont donc considrs comme tant plus problmatiques. Par exemple, un coup de foudre frappant une cible directement laissera les tres vivants alentours tranquilles, tandis quun foudroiement indirect serait en mesure de tuer tout un groupe danimaux en quelques secondes.

-> Coup de foudre indirect Un clair peut chauffer lair qui lentoure 27.000C, soit environ 5 fois la

temprature du Soleil ! Cependant, 70 90% des victimes survivent ce phnomne, malgr leurs

blessures parfois svres. On peut citer comme exemple des marques ressemblant des branches appeles cicatrices de Lichtenberg , qui se produisent quand les vaisseaux sanguins clatent.

Dautres squelles peuvent survenir au niveau crbral, telles que des dommages irrversibles de mmoire ou des sens, voire mme de la dmence au bout de plusieurs annes.

-> Cicatrice de Lichtenberg

Exemple de foudroiement : Cas defulguration de groupe Un groupe de 40 randonneurs chelonns sur 200 mtres est surpris par un

violent orage en fin d'aprs-midi, mi-juin alors qu'il redescendait un sommet pyrnen de 2 200 mtres. La foudre fauche une dizaine d'entre eux situs sur une crte. Une victime est foudroye et projete dans un ravin. Elle chute sur des rochers quelques mtres en contrebas. Selon les tmoins immdiats, elle a le visage meurtri et ses vtements sont lacrs et dchiquets.

Les tentatives de ranimation respiratoire entreprises par ses proches restent vaines. Les autres victimes sont projetes au sol ou ressentent de violentes secousses lectriques. Trois d'entre elles sont immobilises avec des brlures au niveau des pieds. Aprs sauvetage par le peloton de gendarmerie de Haute Montagne, deux des victimes sont transfres au Centre des Brls du CHU de Toulouse. Il s'agit de deux jeunes femmes de 32 et 41 ans qui dcrivent les mmes phnomnes : sensation d'une dcharge lectrique traversant tout le corps et d'une force irrsistible les projetant au sol. Elles ressentent ensuite une paralysie de la partie infrieure du corps avec une gne l'ampliation thoracique pendant quelques minutes. Il n'y a pas de perte de connaissance et le temps de rcupration d'une force motrice suffisante la station debout est estim environ une dizaine de minutes faisant suite la dcharge. Les victimes dcrivent l'apparition immdiate de douleurs importantes au niveau des chevilles, puis des pieds. A l'arrive dans le service, la symptomatologie neurologique a totalement disparu, si ce n'est l'examen un signe de Babinski bilatral qui rgressera au bout de 24 heures environ. Source : http://www.medbc.com/

-> signe de Babinski bilatral

http://www.medbc.com/

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.

Sources utilises :

-lafoudre.com

-meteo-world.com

-futura-sciences.com

-maxisciences.com

-astrosurf.com

-planetoscope.com

-chasseurs-orage.com

-medbc.com

-infoclimat.fr