La foudre est l’un des phénomènes les plus attrayants et les plus spectaculaires de la nature. Ces puissantes décharges électrostatiques illuminent le ciel pendant les orages électriques, la lumière des éclairs étant la plus brillante de notre planète.
La fascination que nous inspirent la foudre ou les éclairs est évidente : il existe au moins 30 records Guinness les concernant. Dans cet article, nous allons aborder certains des faits et des curiosités les plus impressionnants.
La lumière vive de l’éclair provient des hautes températures atteintes dans son canal de décharge. De fait, l’endroit le plus chaud sur Terre est l’air entourant la foudre, avec des températures avoisinant les 30 000 °C, soit cinq fois plus que la surface solaire visible. La température élevée de l’air provoque une augmentation rapide de la pression responsable du tonnerre, le son le plus fort sur Terre1.
Généralités sur la foudre
Les éclairs les plus fréquents (90%) sont intra-nuageux et se produisent donc entre différentes régions du nuage chargées électriquement. Les coups de foudre nuage-sol peuvent avoir des polarités positives ou négatives en fonction du transfert de charge électrique du nuage. Bien qu’ils représentent moins de 5% du total des impacts, les coups de foudre de polarité positive sont plus puissants que les éclairs de polarité négative, atteignant 300 000 ampères et un milliard de volts.
La foudre est généralement constituée de plusieurs impulsions de courant qui produisent l’effet de clignotement observé dans certains éclairs. Le nombre record d’impulsions dans un seul éclair a été enregistré aux États-Unis en 1962 et s’élève toujours à 26 impulsions.
L’année 2019 a connu l’éclair le plus long de tous les temps : ses 16,73 secondes au-dessus de l’Argentine ont doublé le précédent record établi en 2012 en France (7,74 secondes).
La distance que parcourt généralement la foudre est de 9 kilomètres, mais il existe des éclairs capables de parcourir de longues distances. La plus longue distance mesurée est de 709 kilomètres, celle d’un éclair qui a traversé le Brésil depuis le nord-est de l’Argentine jusqu’à l’océan Atlantique en 2018.
Malgré la fréquence élevée des orages électriques qui peuvent se produire à n’importe quelle saison de l’année, la foudre présente une grande incertitude statistique, notamment pour déterminer où un coup de foudre donné se produira. Afin de surmonter cette difficulté dans l’étude scientifique de la foudre, des méthodes ont été développées pour produire des décharges à l’aide de fusées. La plus courante de ces méthodes consiste à lancer une petite fusée avec un câble en cuivre ou en acier relié à la terre. Le champ électrique généré à l’extrémité supérieure du câble produit un traceur qui s’étend dans le nuage et vaporise le câble. De cette façon, un chemin de moindre résistance est établi favorisant l’impact de la foudre à l’emplacement de la connexion du câble à la terre2. La première fois que de telles décharges à l’aide de fusées ont été réalisées, c’était en 1977 en Chine. Toutefois, le record de l’éclair le plus long produit par l’homme (bien que dans un laboratoire et non en plein champ avec une fusée) appartient à Nikola Tesla dans son laboratoire du Colorado en 1899 : l’éclair mesurait 40 mètres et le tonnerre provoqué a été entendu à 35 kilomètres de distance.
La configuration des impacts de la foudre varie fortement en fonction de la zone de la planète. Selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) des États-Unis, environ 70 % des coups de foudre sur Terre se produisent sous les tropiques, où les conditions atmosphériques sont propices à la formation d’orages électriques. Plus précisément, l’endroit présentant la plus forte concentration d’éclairs est l’embouchure du fleuve Catatumbo dans le lac Maracaibo (Venezuela). Cette zone reçoit chaque année près de 250 éclairs par kilomètre carré. Cependant, entre janvier et avril 2010, il n’y a eu aucun coup de foudre, probablement en raison de l’ENSO (El Niño/La Niña-Southern Oscillation).
Le changement climatique, les feux de forêt, les éclairs volcaniques et plus encore
Contrairement aux tropiques, c’est aux pôles Nord et Sud que l’incidence de la foudre est la plus faible. Malheureusement, la concentration d’éclairs augmente progressivement dans l’Arctique en raison du réchauffement climatique. La foudre est responsable de la majorité des feux de forêt dans le monde. C’est pourquoi l’augmentation de la foudre dans l’Arctique pourrait précipiter le dégel du permafrost accélérant, selon les experts, le changement climatique3,4. Le coup de foudre enregistré le plus au nord de notre planète s’est produit le 13 août 2019 à 89,53ºN, à seulement 54 kilomètres du pôle Nord géographique.
Les feux de forêt provoqués par la foudre sont plus anciens que l’espèce humaine. D’après des fossiles de plantes carbonisées provenant du Royaume-Uni, on pense que l’un des plus anciens incendies de forêt s’est produit il y a 419 millions d’années, au cours de la période silurienne, et a probablement été provoqué par la foudre. Un autre coup de foudre pourrait également être à l’origine de l’incendie le plus long, qui aurait débuté il y a 5000 ans dans une veine de charbon en Australie et qui est toujours actif à 30 mètres sous terre.
En 1974-75, l’Australie a subi probablement le plus grand incendie de pâturages, qui a brûlé environ 117 millions d’hectares (15 % du continent). Certains feux ont été allumés par des agriculteurs locaux, mais la grande majorité a été causée par la foudre. Les incendies de forêt peuvent provoquer des pyrocumulus, des nuages convectifs de grande étendue verticale qui peuvent produire des éclairs, de la grêle et même des tornades. Les coups de foudre provenant des pyrocumulus peuvent à leur tour déclencher d’autres feux de forêt. L’activité pyrocumulus la plus intense a été enregistrée le 1er janvier 2020 lors des graves feux de brousse qui ont ravagé l’Australie en décembre 2019 et janvier 2020 et qui ont brûlé 5,8 millions d’hectares. Les pyrocumulus sont également responsables de l’injection d’aérosols de particules de carbone dans la stratosphère. Dans ce cas, il s’agissait de 400 000 tonnes, soit l’équivalent d’une éruption volcanique modérée5. Toutefois, le plus grand nombre de pyrocumulus en un été (17 pyrocumulus distincts) a été enregistré par un satellite de la NASA en 2001 lors de feux de forêt aux États-Unis et au Canada.
Les pyrocumulus générés par les incendies de forêt ne sont pas les seuls à provoquer des éclairs, certaines éruptions volcaniques sont capables également de produire des éclairs dits volcaniques ou des orages sales. La charge électrique derrière ces éclairs est générée par les collisions entre la roche et les cendres dans le panache, le plus souvent avec la collaboration de la vapeur d’eau émise. La première référence à la foudre volcanique apparaît dans la correspondance de l’historien Pline le Jeune. Il a assisté à l’éruption du Vésuve en 79 après J.-C. depuis la baie de Naples, décrivant les éclairs volcaniques comme « un épouvantable nuage noir, interrompu par des éclairs rapides et en zigzag.
Un effet curieux de la foudre est la formation de fulgurites. Ces fulgurites sont des minéraloïdes vitreux de sédiments frittés, vitrifiés et/ou fondus, formés par une décharge de foudre au sol. Les sédiments à partir desquels se forment les fulgurites peuvent être du sable, des roches ou des débris. En 1996, on a découvert la plus grande fulgurite excavée à ce jour, s’étendant sur 5,2 et 4,9 mètres à partir du point d’impact.
Effets destructifs de la foudre
Il faut cependant savoir que la plupart des effets de la foudre sont plus dommageables que les impressionnantes fulgurites comme, par exemple, les feux de forêt précédemment mentionnés. Même les vaisseaux spatiaux ne sont pas à l’abri de la foudre. En 1969, Apollo 12 a connu de graves anomalies électriques lorsqu’il a été frappé deux fois par la foudre quelques secondes après le décollage. Heureusement, le centre de contrôle et l’équipage ont pu résoudre les problèmes sans que personne ne soit blessé. La NASA a également connu un autre incident en 1987 lorsque la foudre a enflammé trois fusées heureusement sans équipage : deux d’entre elles ont suivi la trajectoire programmée tandis que la troisième, destinée à étudier les orages, s’est écrasée dans l’océan.
Chaque année, la foudre est à l’origine d’environ 24 000 décès et 240 000 blessures.6 Le coup de foudre en vol le plus meurtrier a tué 91 personnes lorsque le vol LANSA 508 s’est écrasé dans la jungle amazonienne péruvienne en 1971. La seule survivante, Juliane Koepcke, de 17 ans, a pu trouver de l’aide. Dans un autre contexte, le garde-forestier américain Roy C. Sullivan détient le record du monde Guinness pour être la seule personne à avoir survécu à sept coups de foudre. Sa mort, des années plus tard, n’était pas liée aux foudroiements.
Les bovins sont également très exposés aux conséquences destructrices des orages électriques, car la distance entre leurs pattes rend les animaux plus vulnérables aux tensions de pas. La foudre la plus meurtrière a tué 68 vaches Jersey qui s’abritaient sous un arbre en Australie en 2005. Trois autres vaches ont été paralysées et se sont rétablies quelques heures plus tard.
L’émerveillement suscité par la foudre ne doit pas nous faire oublier que, sans une protection et une prévention adéquates, les orages électriques représentent un grave danger pour les personnes, les animaux, les bâtiments, les forêts, etc. en raison de leurs puissants courants électriques.
Références
- Dwyer, J. R. & Uman, M. A. The physics of lightning. Phys. Rep. 534, 147–241 (2014).
- Rakov, V. A. et al. New insights into lightning processes gained from triggered-lightning experiments in Florida and Alabama. Journal of Geophysical Research vol. 103 (1998).
- Finney, D. L. Lightning threatens permafrost. Nat. Clim. Chang. 11, 379–380 (2021).
- Chen, Y. et al. Future increases in Arctic lightning and fire risk for permafrost carbon. Nat. Clim. Chang. 11, 404–410 (2021).
- Khaykin, S. et al. The 2019/20 Australian wildfires generated a persistent smoke-charged vortex rising up to 35 km altitude. Commun. Earth Environ. 1, 1–12 (2020).
- Cooper, M. A. & Holle, R. L. Reducing Lightning Injuries Worldwide. Springer Natural Hazards (2019).