Unique image obtained by scientists with high-speed camera shows how lightning rods work
Une image unique obtenue par des scientifiques avec une caméra à grande vitesse montre comment fonctionnent les paratonnerres
par José Tadeu Arantes, FAPESP
photo :L'image capturée avec une caméra à grande vitesse montre plusieurs paratonnerres essayant de se connecter à la décharge vers le bas. Crédit : Diego Rhamon/INPE
Avec une caméra à grande vitesse et la chance d'être au bon endroit au bon moment, le physicien Marcelo Saba, chercheur à l'Institut national de recherche spatiale du Brésil (INPE) et Ph.D. Le candidat Diego Rhamon a obtenu une image unique de coups de foudre montrant les détails des connexions aux bâtiments voisins.
L'image est apparue sur la couverture du numéro du 28 décembre 2022 de Geophysical Research Letters (GRL), qui présentait un article avec Saba comme premier auteur.
"L'image a été prise un soir d'été à São José dos Campos [dans l'État de São Paulo] alors qu'un éclair chargé négativement s'approchait du sol à 370 km par seconde. À quelques dizaines de mètres du sol, des paratonnerres et de grands objets au sommet des bâtiments voisins ont produit des décharges positives vers le haut, rivalisant pour se connecter à la frappe vers le bas. L'image finale avant la connexion a été obtenue 25 millièmes de seconde avant que la foudre ne frappe l'un des bâtiments ", a déclaré Saba.
Il a utilisé une caméra qui prend 40 000 images par seconde. Lorsque la vidéo est lue au ralenti, elle montre comment se comportent les décharges de foudre et aussi à quel point elles peuvent être dangereuses si le système de protection n'est pas correctement installé : Bien qu'il y ait plus de 30 paratonnerres à proximité, le coup de foudre ne s'y est pas connecté mais à une cheminée au sommet d'un des bâtiments. "Une faille dans l'installation a laissé la zone sans protection. L'impact d'une décharge de 30 000 ampères a fait d'énormes dégâts", a-t-il déclaré.
En moyenne, 20 % de tous les coups de foudre impliquent un échange de décharges électriques entre les nuages et le sol. Les 80 % restants se produisent à l'intérieur des nuages. Presque tous les impacts qui touchent le sol sont des décharges nuage-sol. Des frappes ascendantes se produisent également, mais elles sont rares et commencent au sommet de hautes structures telles que des montagnes, des gratte-ciel, des tours et des antennes. Les coups de foudre peuvent également être classés comme négatifs ou positifs, selon la charge transférée au sol.
"Les coups de foudre peuvent atteindre 100 km et transporter des courants aussi forts que 30 000 ampères, soit l'équivalent du courant utilisé simultanément par 30 000 ampoules de 100 watts. Dans certains cas, le courant peut atteindre 300 000 ampères. La température d'un coup de foudre typique est de 30 000°C, cinq fois la température de surface du soleil", a déclaré Saba.
Tout commence par l'électrification du cloud, (nuage) a-t-il expliqué. Le mécanisme est mal compris mais implique essentiellement des frottements entre des particules de glace, des gouttes d'eau et de la grêle, libérant des charges et créant des polarités entre différentes régions nuageuses, avec des différences de potentiel électrique allant de 100 millions de volts à 1 milliard de volts.
"Gardez à l'esprit que les nuages d'orage sont d'énormes structures. Le fond est à 2 à 3 km du sol, le sommet peut atteindre 20 km d'altitude et le diamètre peut être de 10 à 20 km", a-t-il déclaré.
Les coups de foudre se ramifient lorsque les charges électriques recherchent le chemin de moindre résistance, plutôt que le chemin le plus court, qui serait une ligne droite. Le chemin de moindre résistance, généralement un zigzag, est déterminé par différentes caractéristiques électriques de l'atmosphère, qui n'est pas homogène. "Un coup de foudre composé de plusieurs décharges peut durer jusqu'à 2 secondes. Cependant, chaque décharge ne dure que des fractions de millisecondes", a déclaré Saba.
Les paratonnerres n'attirent ni ne repoussent les frappes, a-t-il ajouté. Ils ne "déversent" pas non plus de nuages, comme on le croyait autrefois. Ils offrent simplement à la foudre un chemin facile et sûr vers le sol.
Parce qu'il n'est pas toujours possible de compter sur la protection d'un paratonnerre et que la plupart des décharges atmosphériques se produisent en été sous les tropiques, il vaut la peine de considérer les conseils de Saba. "Les orages sont plus fréquents l'après-midi que le matin, alors faites attention aux activités de plein air les après-midi d'été. Trouvez un abri si vous entendez le tonnerre, mais jamais sous un arbre ou un poteau, et jamais sous un toit branlant", a-t-il déclaré.
"Si vous ne trouvez pas d'endroit sûr où vous abriter, restez dans la voiture et attendez que l'orage passe. Si aucune voiture ou autre abri n'est disponible, accroupissez-vous les pieds joints. Ne vous tenez pas debout ou ne vous allongez pas à plat ventre. . En intérieur, évitez tout contact avec les appareils électroménagers et les téléphones fixes."
Il est possible de survivre en étant frappé par la foudre, et les exemples sont nombreux. Les chances augmentent si la personne reçoit des soins rapidement. "L'arrêt cardiaque est la seule cause de décès. Dans ce cas, la réanimation cardiorespiratoire est le traitement recommandé", a déclaré Saba.
Saba a commencé à étudier systématiquement la foudre avec des caméras à grande vitesse en 2003, depuis la constitution d'une collection de vidéos de foudre filmées à grande vitesse qui est devenue la plus grande au monde
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COMMENTAIRES
L 'article nous apprend beaucoup de choses . Auxquelles je rajoute quelques détails :une action physico chimique se d'éclanche par la foudre qui active les réactions entre azote et oxygène de l air en produisant des oxydes d'azote et de l ozone .... Par ailleurs si la resistivité du conducteur qui relie le paratonnerres a la terre est trop élevée la ''protection'' devient source d incendié domestique :les 30000 ampères doivent trouver leur chemin !!
L utilisation de l Energie électrique des nuages par la collecte des charges a été envisagée
Inversement des scientifique ont cherché à déclencher la pluie par des surcharges électriques des nuages...
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More information: Marcelo M. F. Saba et al, Close View of the Lightning Attachment Process Unveils the Streamer Zone Fine Structure, Geophysical Research Letters (2022). DOI: 10.1029/2022GL101482
Journal information: Geophysical Research Letters
Provided by FAPESP
