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Caractéristiques principale de la foudre
Les caractéristiques les plus importantes de la foudre sont « le trait pilote », la longueur du trajet, la tension, la polarité (positive ou négative), la durée, l'éclair « à traits multiples », l'énergie dégagée et le tonnerre. Une brève revue de ces divers sujets et de leur valeur quantitative nous aidera à mieux comprendre le comportement pratique de la foudre, ce qu'on peut en attendre et ce qu'on doit faire à son sujet.
« LE TRAIT PILOTE », imperceptible à l'oil nu, mais facilement capté par les caméras spécialisée, est un serpentin à faible luminosité. Il origine habituellement à l'intérieur d'un nuage et s'élance vers la terre traçant le chemin que l 'éclair suivra par la suite. Le traceur emprunte ordinairement la direction de la plus haute concentration de gradient électrique (volts X unités de distance) et descend vers la terre par bonds successifs et hésitants dont la hauteur varie de 30 à 600 pieds, avec des pauses d'environ 30 à 90 microsecondes, pendant lesquelles des rajustements de charges et du gradient s'établissent. Ces divers bonds facilitent l'explication des chemins sinueux et imprévisibles qu'emprunte souvent l'éclair. La durée totale de la période de temps que prend le traceur pour établir le trajet complet du nuage à la terre peut varier entre 1/1500 et 1/50 de seconde. Alors qu'il s'approche du sol, les charges négatives du nuage se concentrent progressivement le long de son chemin, et simultanément, les charges terrestres positives (d'une polarité contraire à celles qui se ruent vers le sol) tendent à se diriger rapidement vers la région générale du point que vise le traceur. Cette électricité répandue à la surface de la terre peut atteindre en certaines occasions une tension énorme. Elle s'échappe alors sous forme d'aigrettes lumineuses quelques fois appelées « Feux de Saint Elme », dont la longueur peut varier de 2 à 50 pieds, et qui peuvent servir à diriger le traceur vers le point du sol, ou vers I'objet qui sera foudroyé.
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Lorsque le trait pilote a terminé son trajet du nuage à la terre, l'éclair principal s'élance alors de la terre vers le nuage en suivant le même chemin à une vitesse de 60 a 500 pieds à la microseconde. Cet éclair principal appelé aussi "trait brillant de retour" est le courant produit par l'avalanche de charges contraires venant de la terre et du nuage, et qui se ruent l'une vers l'autre dans le chemin tracé afin d'opérer leur liaison. C'est cet éclair principal qui produit la lueur fulgurante et le bruit assourdissant du tonnerre. Il est a retenir que le trait pilote ordinaire détermine le point de départ du nuage, le trajet de l'éclair, et aussi le point de la surface terrestre qui recevra la décharge. Une fois ce mécanisme déclenché, il n'y a plus rien que l'homme puisse faire pour empêcher le processus de s'accomplir . Le trait pilote peut quelques fois prendre naissance dans certains objets terrestres, élevés et effilés, pour s'élancer progressivement vers un nuage. C'est le phénomène qui se produit presque invariablement lorsque l'Empire State Building est frappé par la foudre. Cependant, il est à noter que plusieurs des coups de foudre au fameux édifice suivent le chemin ordinaire, c'est-à-dire celui que trace le trait pilote descendant. Le choix de la direction par le traceur ne semble pas être influencé par la polarité des charges opposées, mais surtout par les formes relatives et la configuration de la partie inférieure des nuages électrisés et le relief de la surface terrestre qui leur est opposée.
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Les photographies d'éclairs nous montrent souvent des branches latérales qui émanent d'un tronc central a la manière des tributaires d'une rivière. Ces ramifications sont exactement de la même nature que les serpentins originaux qui devinrent le trait pilote. Elles peuvent emprunter plusieurs directions différentes, à intervalles variés le long du trajet, alimentant ainsi progressivement et jusqu'à une certaine distance dans l'espace, des charges situées autour du trait principal qui fut le trait pilote. Les ramifications sont un excellent indice de la direction qu'adopta le traceur; c'est-à-dire que si les branches sont dirigées vers le bas, le trait pilote partit du nuage pour descendre vers la terre ouvrant la voie au trait brillant de retour.
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LA LONGUEUR DE L'ÉCLAIR du nuage à la terre est en moyenne de 3000
à 5000 pieds. Souvent, elle peut varier entre 2000 et 16000 pieds selon l'altitude
des nuages orageux.
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LE DIAMÈTRE DE L'ÉCLAIR est très difficile à établir et ne représente aucune signification particulière.
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LA TENSION de l'éclair peut être amorcée par des centaines de millions de volts représentant la différence de potentiel entre le nuage et la terre. Par contre, dès que l'éclair atteint le sol, les charges se neutralisent et la tension s'abaisse. Cependant, la foudre peut tout de même transmettre une décharge de quelques millions de volts à une bâtisse, un objet, ou tout autre point du sol qu'elle frappe. La tension réelle dépend toujours de l'intensité du courant à l'intérieur de l'éclair, du degré de conductibilité de l'objet frappé et de la résistance du trajet continu vers le sol.
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LA POLARITÉ des charges d'origine nuageuse est habituellement négative. L'éclair est la libération soudaine des charges ordinairement négatives accumulées dans les parties inférieures des nuages.
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L 'INTENSITÉ DU COURANT est le barème servant à mesurer la violence et la puissance destructive de l'éclair. Elle peut varier de 1000 à 200,000 ampères (le courant requis par une ampoule de l00 watts est de moins d'une ampère). Ce courant s'écoule par le même chemin établi précédemment par le trait pilote et commence son ascension entre une et dix microsecondes après que le traceur ait établi son contact avec le sol.
L'intensité du courant dépend de la quantité (Q) de la charge qui, elle-même, s'établit suivant le volume du nuage électrisé et la différence de potentiel qui existe entre le nuage et la terre au début de l'éclair. Les éclairs à faible intensité produisent habituellement une puissance explosive moins gigantesque que celle des éclairs à grande intensité qui libèrent une énergie plus dévastatrice et dont la détonation est beaucoup plus considérable. De plus, lorsque la foudre frappe, établit un contact ou traverse des conducteurs métalliques, l'intensité du courant et la durée de l'éclair sont les deux seuls facteurs responsables de la complexité des dommages qu'on a pu constater: perforation, liquéfaction, fusion ou volatilisation totale du métal. C'est pourquoi, il serait très dangereux d'utiliser comme conducteur un fil de cuivre solide d'une jauge No 6, No 4 ou No 2, car sa résistance n'étant pas assez grande, il pourrait être fondu, comprimé ou même complètement sectionné, tel que par un chalumeau, si un éclair, même de faible intensité venait à l'emprunter dans sa course vers le sol. Il a été établi que pour assurer une protection vraiment efficace, un câble conducteur devrait être tressé de pas moins de 28 brins, jauge 17, de cuivre pur mou doté d'un coefficient de conductibilité de 98%.
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LA DURÉE de l'écoulement du courant n'est que de quelques microsecondes dans la plupart des cas. L'intensité atteint son point culminant entre 2 et 10 microsecondes, décroît de la moitie de sa valeur entre 20 et 50 microsecondes, et tombe à zéro en moins de l00 ou 200 microsecondes. Les éclairs typiques comportent très certainement des impulsions à courant bref (hausses et baisses abruptes de courant) qui produisent des effets violemment explosifs ou fracassants, mais très fréquemment sans combustion ou carbonisation. Cependant, une proportion assez élevée de décharges possèdent un courant de faible intensité, mais d'une durée relativement longue : un courant d'environ 2000 à 200,000 ampères qui durent des millièmes de microseconde. Ce type d'éclair est aussi connu sous le nom de « Feu du Ciel » ou « Tonnerre de Feu » parce que ses dégâts sont surtout d'ordre thermique. Il fait fondre les fils, perce des trous dans les toits de tale et enflamme toute matière combustible avec laquelle il viendra en contact. Plusieurs éclairs sont des combinaisons de ces deux types, s'amorçant par une impulsion haute intensité-courte durée pour se terminer par une impulsion faible intensité-longue durée. Ces éclairs sont à la fois destructeurs et incendiaires.
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L'ÉCLAIR À TRAITS MULTIPLES est une succession rapide de traits individuels suivant le même chemin du nuage à la terre. Cette variété est causée par un rechargement rapide de la partie du nuage qui a provoqué la première décharge : c'est-à-dire qu'après la décharge initiale, des charges similaires localisées dans d'autres parties du nuage ou dans des nuages adjacents sont attirées par influence, et se précipitent pour remplir le vide qui vient de se créer. Cette recharge s'accomplit avant que la voie gazeuse et brûlante de la première décharge ne soit évaporée, et par conséquent chacun des traits successifs se produit dans le sentier emprunte par son prédécesseur .
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LA SOMME D'ÉNERGIE PRODUITE PAR L 'ÉCLAIR est énorme si l'on considère la vitesse d'écoulement du flux électrique.
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LE TONNERRE est causé par une brutale augmentation de pression provoquée par les actions calorifiques et mécaniques intenses qui se produisent aux différents points de l'éclair. Les courants élevés du noyau, ou canal de l'éclair, provoquent un accroissement subit de plusieurs milliers de degrés de la température dans la voie gazeuse, provoquant une hausse explosive de pression. Les vagues sonores qui en résultent rayonnent de toute l'entendue du chemin suivi par l'éclair. L'intensité de ces vagues sonores dépend de la quantité de courant, et particulièrement du degré d'augmentation ou de soudaineté du courant.
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LA DISTANCE de l'éclair à un endroit quelconque ne peut être évaluée par son intensité ou la luminosité apparente du trait, mais elle peut être déterminée avec assez d'exactitude par le calcul du nombre de secondes qui s'écoulent entre les phénomènes visuels et sonores. Cette durée en seconde multipliée par 1100 pieds (vitesse approximative du son a la seconde) nous donne la distance qui sépare l'éclair de notre poste d'observation.
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