Comment arrivent les orages ?

Quand l'air chaud rencontre l'air froid...

Vous l'avez constaté : les orages se produisent le plus souvent en été (et souvent en fin de journée), jamais en plein hiver. Il y a une raison très simple à cela : pour qu'un nuage d'orage se forme (un cumulonimbus), il faut que l'air soit chaud près de la surface du sol. Cette masse d'air chaud contient de l'eau sous forme gazeuse. Par convection -l'air chaud monte-, la masse gazeuse chaude prend de l'altitude et se rafraîchit progressivement, les températures étant de plus en plus froides (-40°C à 15km d'altitude environ). La vapeur d'eau du nuage se condense alors, c'est à dire qu'elle passe à l'état liquide, sous forme de gouttelettes. Cette condensation dégage de la chaleur : le nuage reste plus chaud que l'air extérieur, et continue à monter. A son sommet (qui peut culminer à plus de 20 km), le cumulonimbus contient des cristaux de glace.

Le cumulonimbus peut être de différents types, avec des formes variables, l'une des plus caractéristiques étant la forme en enclume : allongée en hauteur, avec un plateau au sommet, à l'endroit où le nuage cesse de progresser en hauteur et s'étale, lorsque les températures s'équilibrent.

A l'intérieur du nuage, en raison du gradient de températures et de pression, il y a un fort courant ascensionnel, avec des vents violents (jusqu'à 140 km/h).

Comment se forment les éclairs ?

Les mouvements d'air au sein du nuage créent des chocs entre les particules : gouttes d'eau, cristaux de glace, grésil se heurtent, se frottent, ce qui modifie leur charge électrique. Les plus grosses particules (les grains de grésil) se chargent négativement lorsque la température est inférieure à -15°C (ce qui est généralement le cas). Les particules plus légères, elles, se chargent positivement.

Les particules chargées négativement, plus lourdes, s'accumulent dans le bas du nuage, par gravité, tandis que les plus légères, chargées positivement, s'accumulent au sommet : la base du nuage est donc chargée négativement, et le sommet, positivement. La différence de potentiel électrique entre le haut et le bas du nuage est colossale : 10 à 20 millions de Volt !

C'est cette différence de potentiel qui est à l'origine des éclairs. Une décharge électrique se produit spontanément pour tenter de rééquilibrer les potentiels : soit à l'intérieur du nuage, soit du bas du nuage vers le sol, soit entre deux nuages. Cette décharge électrique échauffe l'air brutalement le long d'un canal d'une largeur de quelques centimètres et plus ou moins ramifié, jusqu'à 30.000°C, ce qui engendre le phénomène lumineux de l'éclair.

Lorsque la décharge a lieu entre le nuage et le sol, on parle d'impact de foudre (qui "tombe" préférentiellement sur ce qui dépasse nettement du sol : massif montagneux, antenne, arbre isolé, immeuble...).

Potentiellement, chaque éclair peut donc correspondre à un impact de foudre.

Et le tonnerre ?

Le bruit du tonnerre est créé par la dilatation très brusque de l'air le long de l'éclair, qui crée une compression tout aussi brutale de l'air environnant. Selon la distance à laquelle on se trouve de l'éclair, on entend un claquement sec ou un roulement plus long. La lumière se déplaçant plus vite que le son, le temps qui s'écoule entre la perception lumineuse de l'éclair et la perception sonore du tonnerre permet d'évaluer la distance à laquelle l'éclair a eu lieu (et donc, souvent, à laquelle la foudre est tombée). Pour effectuer ce petit calcul, il suffit de multiplier le nombre de secondes par 300, afin d'obtenir une distance en mètres.