La foudre, un phénomène visible mais aussi audible

1. La foudre, un phénomène visible mais aussi audible Fabre Maxime,, Urbaneja Dorian, Salibjérémy L1

2. Plan • Introduction • I) Formation des orages • II) Phénomènes physiques • Les éclairs • Le tonnerre • III) Les applications • Récupération de l’énergie • La machine de Wimshurst • Conclusion

3. Introduction • L'homme a toujours été fasciné par la foudre -> dimension mythique • À partir du XXème siècle l'étude de la foudre devient une science • Volonté de comprendre ce phénomène physique • Orages indispensables • Assurent le maintient du champ électrique de notre planète

4. I) Formation des orages – Formation d’un cumulonimbus • Instabilité dans l’air • Montée de l’air chaud  refroidissement • Condensation vapeur d’eau

5. I) Formation des orages – Le nuage accumule de l'eau • Dégagement de chaleur qui se transmet à l'air • Etat d’équilibre dans la troposphère • Peut culminer jusqu’à 14km d’altitude • Production de grêle

6. I) Formation des orages – L'électrisation du nuage • Phénomène d'électrisation par frottements  • Charges positives en haut du nuage et charges négatives en bas • Excès de charges négatives se massant à la base du cumulonimbus • Sol se charge positivement

7. II) La voix et l’image • Eclairs, phénomènes visibles • Les signes précurseurs de la foudre • Différents types d’éclairs • Tonnerre, phénomène audible • Causes • Du roulement de tambour aux grondements sourds

8. II) Les éclairs - Les signes précurseurs de la foudre • Déplacements des traceurs qui ionisent l ’atmosphère • Canal ionisé s’établi entre le sol et le nuage • Une ou plusieurs décharges se produisent

9. II) Les éclairs - caractéristiques • 30.000 degrés autour du traceur • Peut atteindre 40.000km/h • Canal de 2 à 3 centimètres • Intensité de 30.000 ampères pour une tension de 100 millions de volts

10. II) Les éclairs – Pourquoi sont-ils visibles? • Gaz sur le trajet de la décharge électrique surchauffés et ionisés, ils émettent alors de la lumière • Teinte exacte de l'éclair dépend de plusieurs facteurs : • La densité de courant • La distance à l'éclair • Les différentes particules présentes dans l'atmosphère

11. II) Les éclairs – Différents types • Les éclairs inter-nuageux • Les éclairs intra-nuageux • Les éclairs nuages/sol • Avec 3 différentes classifications

12. II) Le tonnerre - causes • Les gaz sont surchauffés à près de 30 000°C • Variation de la température  dilatation brutale de l'air • Formation d’ondes de choc

13. II) Le tonnerre - Du roulement de tambour aux grondements sourds • Impact proche, le bruit est court et intense • Réflexions multiples du bruit, sur les nuages par exemple, peuvent contribuer à allonger la durée du tonnerre • Les différentes fréquences de l'onde sonore produite par l'éclair ne se propagent pas toutes de la même façon: • Les fréquences les plus hautes sont anisotropes • Les fréquences les plus basses se propagent de la même façon dans toutes les directions.

14. II) Le tonnerre – calcul de la distance d’un éclair • Calcul des secondes entre éclair et tonnerre • Divise le résultat par 3 car : • considère le vue de l’éclair comme instantané (300 000 km/s : vitesse de la lumière) • Vitesse du son : 340 m/s -> en 3 s : le son parcourt 1020 m (soit environ 1km) • Calcul approximatif

15. III) APPLICATION – récupération de l’énergie • E = P x t (formule du calcul de l’énergie en électricité) • Éclairs : • grande puissance • durée moyenne : 25 microsecondes • Sur un an (moyenne de 1 millions d’éclairs) -> 5000 foyers • Puissance nettement inférieur aux centrales nucléaires • Problèmes : • Stockage de l’énergie • Infrastructure invraisemblable

16. III) Application – machine de Wimshurst • Permet la création d’arcs électriques • Composé de secteurs, de balais métalliques et de condensateurs • Lors de la rotation les balais arrachent des électrons aux secteurs • Ces électrons sont stockés dans les condensateurs • Ils forment un arc électrique quand il y a assez d’énergie

17. Conclusion • Nos connaissances sur les éclairs ont évolué pendant le 20e siècle • Différents types d’éclairs • Phénomène physique commun • La récupération/utilisation de l’énergie des éclairs n’est pas réalisable actuellement