Comment se forme la foudre pendant un orage ?

La foudre est une décharge électrique qui se produit lorsqu’une différence de charges devient suffisamment importante dans l’atmosphère. Elle peut relier un nuage d’orage au sol, mais aussi se produire entre différentes zones d’un même nuage ou entre plusieurs nuages. L’éclair que nous voyons correspond à cette décharge lumineuse ; le tonnerre est le bruit produit par le réchauffement brutal de l’air qui l’entoure.

La séparation des charges dans le nuage

La formation de la foudre commence au sein d’un cumulonimbus, un nuage caractéristique des orages. De puissants courants ascendants et descendants y font circuler des gouttelettes d’eau, des cristaux de glace et des particules de grêle ou de glace plus volumineuses. Leurs collisions, ainsi que les changements d’état de l’eau, favorisent une séparation des charges électriques. Dans de nombreux nuages d’orage, les régions supérieures tendent à devenir positives et les régions inférieures négatives, même si la structure exacte des charges peut être plus complexe. Cette organisation crée une différence de potentiel entre diverses parties du nuage et parfois entre sa base et le sol.

Un champ électrique de plus en plus intense

La séparation des charges engendre un champ électrique dans le nuage et dans l’espace qui l’environne. Tant que ce champ reste insuffisant, l’air joue son rôle habituel d’isolant et aucune grande décharge ne se produit. Lorsque le champ devient assez intense, des électrons présents dans l’air sont accélérés et heurtent des molécules. Ces collisions peuvent arracher d’autres électrons aux molécules, provoquant une ionisation en cascade. L’air devient alors localement conducteur et un canal électrique commence à se former entre des régions de charges opposées.

La formation du canal conducteur

Dans un éclair nuage-sol, le canal conducteur progresse généralement depuis le nuage par étapes successives, en se ramifiant. Cette progression, souvent appelée traceur, prépare un chemin ionisé à travers l’air. Des décharges peuvent également se développer à partir du sol ou d’objets élevés et rejoindre ce canal. Lorsque deux zones conductrices se connectent, un courant très intense circule le long du chemin ionisé. La lumière vive de l’éclair provient de l’air chauffé et ionisé par cette décharge. Le même mécanisme général s’applique aux éclairs qui restent à l’intérieur d’un nuage ou qui relient deux nuages.

Le tonnerre, conséquence de la décharge

Le passage du courant chauffe l’air du canal en un temps extrêmement bref. Cet échauffement entraîne une expansion rapide de l’air, qui produit une onde de pression se propageant dans l’atmosphère : c’est le tonnerre. Un éclair peut comprendre plusieurs décharges successives le long d’un même canal, ce qui explique son aspect parfois scintillant et le grondement prolongé du tonnerre. Ainsi, la foudre résulte de la recherche d’un équilibre électrique : la décharge rééquilibre rapidement, au moins en partie, les charges accumulées entre les différentes régions du nuage, entre deux nuages ou entre un nuage et le sol.