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Quand le ciel se fâche Les orages et leur formation
S’ils offrent des spectacles naturels fascinants, les orages peuvent être synonymes de mauvaises surprises en montagne. Mais comment se forment-ils? Et pourquoi y a-t-il des éclairs et du tonnerre?
Les habitués des sorties estivales en montagne connaissent très bien cette situation: des nuages convectifs (ou cumulus) blancs bourgeonnent sur les sommets à perte de vue. Ces nuages moutonneux se forment lorsque le soleil réchauffe l’air qui se trouve à proximité du sol, le faisant monter.
A mesure qu’il monte, cependant, l’air chaud se refroidit, et l’humidité qu’il contient se condense en gouttes d’eau. L’air plus froid et les gouttes d’eau sont plus lourds que l’air qui les entoure et redescendent donc, formant un circuit d’air continu.
L’air chaud monte et l’air froid descend, avant d’être réchauffé et de reprendre de l’altitude. Lorsqu’il y a beaucoup d’air chaud et humide dans les couches proches du sol, le nuage est toujours plus alimenté en humidité. Cela intensifie le circuit d’air (appelé convection) et le nuage grandit en hauteur jusqu’à la formation d’un imposant nuage d’orage, un cumulonimbus.
Jusqu’à 12 kilomètres d’altitude
Dans les couches supérieures du cumulonimbus, à une altitude pouvant aller jusqu’à 12 kilomètres, les gouttes d’eau gèlent et forment des cristaux de glace. Ces derniers sont aussi captés dans le circuit d’air et tournoient de haut en bas dans le nuage, en se heurtant souvent les uns aux autres. Ces collisions entre cristaux font jaillir de petites particules chargées négativement (qu’on appelle électrons), qui se fixent ensuite à d’autres particules de glace.
Cet échange de charges et la convection continue qui se produit dans le nuage entraînent une séparation de charges: les particules chargées positivement se rassemblent dans la partie supérieure du nuage, celles chargées négativement dans la partie inférieure. Comme l’air est un très bon isolant, les zones chargées différemment peuvent demeurer ainsi pendant un moment, accroissant leur charge positive ou négative.
Phénomènes extrêmes plus fréquents
A un moment, la différence de potentiel (c’est-à-dire la différence entre la charge positive et la charge négative) est trop importante, et un court-circuit se produit: un éclair! Généralement, cela se produit entre les zones positive et négative à l’intérieur du nuage. On parle dans ce cas d’éclairs de chaleur. La base du nuage, chargée négativement, rejette au sol des particules chargées négativement, qui s’éloignent autant que possible du nuage. Ce sont surtout les points élevés du paysage, comme des arbres, des sommets ou encore des antennes, qui deviennent ainsi des pôles positifs. Si la différence de potentiel devient de nouveau trop importante, elle se décharge par un éclair sur ces points élevés.
L’éclair chauffe l’air jusqu’à 30 000 degrés Celsius sur son chemin. C’est cinq fois plus chaud que la surface du soleil! Cette chaleur extrême provoque une dilatation de l’air semblable à une explosion, ce qui entraîne une onde de choc, qui comprime l’air environnant et le fait vibrer.
Voilà pourquoi nous entendons d’abord un fort craquement, suivi d’un grondement sourd. Comme la lumière de l’éclair se propage à la vitesse de la lumière, mais le bruit du tonnerre seulement à la vitesse du son, il est possible de déterminer à quelle distance se trouve l’orage grâce au temps qui s’écoule entre le moment où l’on voit l’éclair et celui où l’on entend le tonnerre: 3 secondes correspondent à 1 kilomètre environ. Le danger d’être foudroyé existe dans un rayon de 5 kilomètres entre la cellule orageuse et l’emplacement où l’on se trouve. S’il y a donc moins de 15 secondes entre l’éclair et le tonnerre, il faut déguerpir!