Foudre : Histoire
FOUDRE
Histoire de la Foudre
Histoire de la Foudre
1. Le feu divin
La foudre occupe une place centrale dans presque toutes les mythologies depuis l’Antiquité. Les hommes voyaient dans la foudre et le tonnerre grondant l’expression du déchaînement divin et des forces surnaturelles.
Zeus dans la Grèce antique, Jupiter chez les Romains, Indra chez les Hindous ou Thor chez les Vikings se servaient tous de la foudre comme d’une arme pour frapper les mortels de leur courroux.
Dans la Bible, les éclairs sont présentés comme une manifestation de la puissance de Dieu, et il y est parfois fait allusion comme à des flèches enflammées. C’est au milieu des éclairs que Moïse s’approche du Sinaï et reçoit les Dix Commandements.
Dans la plupart des mythologies, cependant, la foudre n’est pas seulement une force destructrice : elle est souvent associée à des divinités créatrices ou fécondantes. Tlaloc chez les Aztèques, Illapa chez les Incas ou Chac chez les Mayas sont ainsi liés à la fois à la foudre, à la pluie et à la fertilité.
Enfin, l’éclair est devenu, dans la Bible comme dans notre langue, un symbole de rapidité, de soudaineté, d’éblouissement, d’éclat, de retentissement et parfois même de génie.
2. La fée électricité
C’est au cours du XVIIe siècle que les premières théories savantes sur la foudre apparaissent. Mais l’électricité n’étant pas encore comprise, ces explications se révèlent parfois très éloignées de ce que l’on sait aujourd’hui.
En 1637, Descartes, par exemple, comprend que l’orage met en jeu de grands mouvements d’air, brusques et puissants. Il pense cependant que la foudre résulte d’un dégagement de chaleur provoqué par la compression violente d’une masse d’air par une autre.
Boerhaave, en 1724, comprend quant à lui que l’orage met en jeu des hydrométéores. Il imagine alors une théorie complexe dans laquelle l’énergie du soleil serait concentrée par effet miroir grâce aux cristaux de glace. Cela créerait une zone de vide qui, par compensation, provoquerait une explosion soudaine emportant les hydrométéores présents. Le frottement avec l’air dégagerait alors « une chaleur et un bruit prodigieux ».
Ces hypothèses seront ensuite abandonnées, à mesure que progressent les connaissances en physique et en météorologie. Cette période riche en théories diverses marque cependant une transition importante : le recul des explications purement religieuses, l’essor du siècle des Lumières et le début d’une véritable démarche scientifique.
C’est aussi à cette époque qu’apparaît la première machine électrostatique. Les inventeurs rivalisent alors d’ingéniosité pour divertir la noblesse dans les salons, notamment grâce à diverses expériences ludiques provoquant de petites secousses électriques, comme avec la bouteille de Leyde. Pour le public, l’électricité reste encore du domaine du merveilleux, du spectacle, de la magie et de la physique amusante.
3. Le siècle des Lumières
Il faut attendre le XVIIIe siècle pour que la recherche scientifique sur la foudre commence véritablement. Benjamin Franklin réalise alors ses premières expériences sur l’électricité et, en 1752, établit par son célèbre cerf-volant la parenté entre la foudre et les étincelles produites en laboratoire. On lui doit notamment l’idée que la partie inférieure du nuage d’orage porte généralement une charge négative. Il est également à l’origine du paratonnerre.
Après Franklin, les progrès dans la compréhension directe de la foudre restent relativement limités pendant un temps. Les recherches se concentrent surtout sur l’électrostatique de laboratoire (Du Fay, Coulomb), la conduction électrique (Gray, Ohm, Joule, Thomson), l’électricité du vivant (Galvani, Cavendish), l’électrochimie (Volta, Kohlrausch, Arrhenius, Nernst, Mendeleïev) et l’électromagnétisme (Ørsted, Ampère, Faraday, Maxwell).
Toutes ces recherches ne portent pas directement sur la foudre, mais elles contribuent à une meilleure compréhension théorique et pratique de l’électricité sous toutes ses formes, jusqu’à l’ère industrielle (Edison, Tesla) puis à l’ère électronique (Hertz, Braun).
4. Les images fulgurantes
En matière de foudre naturelle, on sait en réalité encore peu de choses jusqu’à la fin du XIXe siècle. Les premières estimations du courant de foudre ne sont réalisées qu’autour de 1900, en étudiant le magnétisme résiduel des roches frappées par la foudre (Pockels).
Ce n’est véritablement qu’avec le développement de la photographie et de la spectroscopie comme outils de diagnostic que la recherche fait un grand bond en avant. C’est l’époque des premiers observateurs de l’orage, qui scrutent, photographient, filment et analysent la foudre pour en comprendre les mécanismes.
En Angleterre (Hoffert, 1889), en Allemagne (Walter, de 1902 à 1918) et aux États-Unis (Larsen, 1905), des chercheurs utilisent des techniques photographiques à intervalles de temps contrôlés. Cela leur permet d’identifier les décharges successives d’un même éclair nuage-sol ainsi que le processus de traceur qui précède le premier coup.
L’invention de la caméra à balayage de fente, en 1900, par Boys, permet de filmer à très haute vitesse. Elle sera utilisée dans de nombreux travaux à partir des années 1930. Cet appareil révolutionnaire rend possibles des avancées pionnières dans la compréhension descriptive de la foudre (Malan). On lui doit une grande partie de la description phénoménologique classique de la foudre.
5. L'aube de la modernité
L’ère moderne de la recherche sur la foudre peut en grande partie être rattachée aux travaux de Wilson autour de 1920. Inventeur également de la chambre à brouillard, il parvient à estimer les structures de charge au sein d’un orage et à évaluer la charge impliquée dans un éclair. Dans les années 1950, grâce aux progrès de la spectroscopie, on quantifie pour la première fois les conditions physiques à l’intérieur et autour d’un canal de foudre. Les mesures des champs électromagnétiques générés par la foudre s’affinent également, notamment grâce à des lâchers de ballons-sondes dans les orages.
Parmi les grands travaux menés jusqu’aux années 1970, on peut citer ceux de Schonland, qui photographie la foudre à grande vitesse en la corrélant à des mesures de champ électrique. Les recherches de Berger, quant à elles, mesurent concrètement les courants grâce à une tour instrumentée frappée par la foudre. Avant 1970, une grande partie des motivations pratiques de cette recherche tient d’ailleurs à la nécessité de protéger les réseaux de distribution électrique et les lignes de transport.
Dans les années 1960-1970, les découvertes majeures ne concernent pas seulement la foudre elle-même. C’est aussi la compréhension des nuages d’orage et des tornades qui progresse rapidement, notamment avec les travaux de 1971 de Fujita. La multiplication des réseaux de radars météorologiques, y compris Doppler, ainsi que le lancement des premiers satellites météorologiques, comme Vanguard 2 en 1959, permettent de mieux comprendre la structure des orages. C’est durant cette période que sont élaborés la plupart des grands modèles conceptuels de l’orage encore utilisés aujourd’hui.
6. La foudre obscure
Après 1975, l’utilisation de la fusée-fil pour déclencher la foudre dans des orages naturels devient une technique répandue pour étudier différents aspects des décharges. Dans le même temps, les instruments de mesure et d’analyse se perfectionnent. À partir des années 1990, l’étude de la foudre entre pleinement dans l’ère de la numérisation et du traitement informatique des signaux électromagnétiques liés aux orages. Après 1990, la recherche s’intéresse aussi de plus en plus aux dommages causés aux avions, aux engins spatiaux et aux installations sensibles au sol, en raison de la vulnérabilité de l’électronique moderne aux émissions électromagnétiques de la foudre.
Sur le plan théorique, les années 1980-1990 marquent un tournant important : on constate que le champ électrique mesuré dans les orages semble trop faible, à lui seul, pour expliquer l’amorçage de la foudre tel qu’on l’observe. Dès lors, l’une des grandes questions devient celle du mécanisme initial de déclenchement. On ne sait pas non plus, encore aujourd’hui, expliquer complètement comment les traceurs peuvent se propager sur de si longues distances. Une partie des recherches s’est donc tournée vers des mécanismes faisant intervenir les particules cosmiques.
D’autre part, c’est au cours des années 1990, puis surtout des années 2000, que l’étude des phénomènes lumineux transitoires (TLE) prend son essor. Ces phénomènes se produisent dans l’air raréfié au-dessus des orages :
- farfadets rouges,
- halos rouges,
- démarreurs bleus,
- jets bleus,
- jets géants,
- elfes…
Enfin, à partir des années 1990 et 2000, on met aussi en évidence des phénomènes de haute énergie observés depuis l’espace et produits par les orages et les éclairs :
- électrons runaways,
- émissions de rayons X,
- émissions de rayons gamma,
- flashs de rayons gamma terrestres (TGF)…
On a même montré que certains phénomènes de foudre intense non lumineuse, parfois qualifiés de « foudre obscure », peuvent se produire dans l’atmosphère. Quant au mystère de la foudre en boule, il n’est toujours pas complètement élucidé. L’histoire de la foudre est donc loin d’être achevée et réserve encore bien des découvertes.
Annexes
Annexes
Bibliographie
- C. Bouquegneau : Futura-Sciences : Foudre, tonnerre : ces dangers venus du ciel
- Martin A. Uman : The Lightning Discharge
- Vladimir A. Rakov : Lightning: Physics and Effects
Autres
- Association Protection Foudre : Histoire
- Top Chrétien : Dictionnaire de la Bible : Éclair
- Wikipédia : Histoire de l’Électricité
- voir aussi les nombreux liens directement dans l’article
Article de 2017
Copyright : Damien BELLIARD – www.meteobell.com
Version disponible également sur www.chasseurs-orages.com
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