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L’éclair et le tonnerre associé caractérisent les orages. Ils se produisent généralement en été, lorsque le rayonnement solaire entraîne la formation d’épais nuages.
Comment naissent les éclairs
L'éclair, phénomène caractéristique d'un orage, est le résultat de processus complexes. Les courants turbulents dans le nuage provoquent des collisions entre les particules de grésil, de grêle, de glace et d'eau. Lors de ces collisions, les particules se chargent électriquement, ce qui donne naissance à des particules chargées positivement et négativement. Elles sont transportées en fonction de leur poids dans différentes zones du nuage, où les porteurs de charge positifs et négatifs s'accumulent de préférence. Il en résulte la formation de deux ou plusieurs pôles au sein du nuage, qui forment un champ de tension électrique.
Au début, l'air entre les particules chargées agit comme un isolant efficace qui sépare les deux pôles. Si la tension électrique entre les pôles (différence de potentiel) devient trop importante, il se produit une sorte de court-circuit sous forme de multiples mouvements saccadés des charges qui permettent de réduire la tension. Cette décharge est visible sous forme d'éclair.
Comment se forme le tonnerre
Le tonnerre se produit lorsque l'air dans le canal de décharge d'un éclair s'échauffe et se dilate rapidement de manière explosive. L'onde de choc qui en résulte se manifeste par une forte détonation à proximité immédiate de l'orage. Elle se propage à la vitesse du son (330 mètres par seconde) en formant un cercle à partir de l'endroit où la foudre a frappé. L'onde de choc s'affaiblit et s'entend avec une distance croissante comme un bruit de roulement ou de broyage. Cela correspond au tonnerre.
Comment se forment les nuages d'orage
Trois conditions doivent être remplies pour que des nuages d'orage se forment :
- L’humidité, pour que des particules de nuages se forment.
- Une stratification potentiellement instable des masses d'air pour permettre des mouvements d'air suffisamment forts (potentiellement signifie qu'un déclencheur supplémentaire est nécessaire pour que l'instabilité se produise).
- Un mécanisme de soulèvement, pour déclencher la formation d’un nuage d’orage (Trigger).
Les jours d'orage, de grandes quantités de vapeur d'eau s'accumulent souvent dans les couches d'air proches du sol. Les nuages convectifs qui se forment thermiquement sont normalement empêchés de croître verticalement vers les étages moyens et supérieurs de la troposphère (au-dessus de 4 km) par une inversion de température. Un mécanisme supplémentaire est donc nécessaire pour fournir l'énergie requise afin que le nuage puisse franchir cette barrière et se développer dans les couches d'air supérieures. En Suisse, ce sont généralement les vents de pente et les vents de vallée dans les montagnes qui assurent ce processus.
Le cycle de vie d'une cellule orageuse peut être représenté de manière simplifiée en trois phases : Formation, phase de maturation et dissolution.