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Les records Guinness de l'éclairage : faits et curiosités
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Les records Guinness de l'éclairage : faits et curiosités
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La foudre est l'un des phénomènes naturels les plus captivants et les plus spectaculaires. Cette puissante décharge électrostatique illumine le ciel pendant les orages électriques avec la lumière la plus brillante de notre planète.
La fascination pour la foudre est évidente : il existe au moins 30 records Guinness sur ce phénomène naturel. Dans cet article, nous souhaitons commenter certains des faits et curiosités les plus impressionnants.
La lumière vive des éclairs est due aux températures élevées atteintes dans le canal de décharge. L'endroit le plus chaud sur Terre est l'air entourant le coup de foudre, chauffé à environ 30 000 ºC, soit cinq fois plus que la surface visible du Soleil. Cette température élevée produit également une augmentation rapide de la pression qui génère le tonnerre, le son le plus fort sur Terre1.
Faits généraux sur la foudre
La foudre la plus courante, qui représente environ 90%, est produite à l'intérieur du nuage entre différentes régions chargées du nuage. La foudre nuage-sol peut avoir une polarité positive ou négative selon le transfert de la charge du nuage. Bien que moins de 5% du total des impacts soient positifs, ce sont les plus puissants, atteignant 300 000 ampères et un milliard de volts.
Les éclairs sont généralement formés de plusieurs impulsions de courant, appelées coups. Ceux-ci sont responsables de l'effet de scintillement produit par certains éclairs. Le record du nombre d'impulsions dans un seul éclair a été enregistré aux États-Unis en 1962 et est toujours fixé à 26.
En 2019, l'éclair le plus long a été enregistré au-dessus de l'Argentine. Avec une durée de 16,73 secondes, il a doublé le précédent en 2012 au-dessus de la France (7,74 secondes) pour un seul éclair.
La longueur typique des éclairs est de 9 km mais la foudre est capable de parcourir de grandes distances. La plus longue distance mesurée était de 709 km en 2018. Cet éclair particulier s'est déplacé du nord-est de l'Argentine à travers le Brésil jusqu'à l'océan Atlantique.
Malgré la fréquence élevée des éclairs qui peuvent se produire à chaque saison de l'année, ils sont soumis à une grande incertitude statistique notamment lorsqu'on considère où la foudre va frapper. Cette difficulté entrave l'étude scientifique de ce phénomène naturel. Pour surmonter ce défi, les scientifiques ont mis au point des éclairs déclenchés par des fusées. La méthode la plus courante consiste à lancer une petite fusée avec un fil de cuivre ou d'acier mis à la terre. Le champ électrique généré près de l'extrémité supérieure du fil est suffisant pour déclencher un leader s'étendant jusqu'au nuage. Le fil de fuite est vaporisé par le traceur qui établit un chemin de moindre résistance, ce qui favorise l'impact sur le sol où le fil est fixé2. La foudre déclenchée par une fusée a été réalisée pour la première fois en 1977 en Chine. Cependant, le record du plus long éclair artificiel, bien que produit en laboratoire et non en plein champ par une fusée, a été créé par Nikola Tesla dans son laboratoire du Colorado en 1899. L'éclair mesurait 40 mètres et le coup de tonnerre qu'il a produit a été entendu à 35 kilomètres de distance.
Le schéma d'incidence de la foudre dans le monde est très variable. Selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) des États-Unis, environ 70 % du nombre total de coups de foudre sur Terre se produisent sous les tropiques, où les conditions sont particulièrement propices à la formation d'orages. L'endroit où la concentration d'éclairs est la plus élevée est le Venezuela, en particulier au-dessus de l'embouchure du fleuve Catatumbo, là où il se raccorde au lac Maracaibo. Cette zone reçoit chaque année près de 250 éclairs par kilomètre carré. Néanmoins, de janvier à avril 2010, aucun éclair n'y a été produit, peut-être en raison de l'oscillation australe El Niño/La Niña.
Réchauffement climatique, incendies de forêt, foudre volcanique, etc
À l'inverse des tropiques, les pôles Nord et Sud présentent la plus faible incidence de foudre. Malheureusement, la foudre augmente dans l'Arctique en raison du réchauffement climatique. La foudre étant responsable de la plupart des incendies de forêt, cette augmentation peut précipiter le dégel du permafrost, déjà en cours. Les experts pensent que cet événement aura un effet énorme sur l'intensification du changement climatique3,4. L'éclair le plus septentrional a été détecté le 13 août 2019 à 89,53ºN, à seulement 52 kilomètres du pôle Nord géographique.
Les incendies de forêt provoqués par la foudre sont plus anciens que l'espèce humaine. Le plus ancien aurait eu lieu, d'après l'étude de fossiles de plantes carbonisées au Royaume-Uni, il y a 419 millions d'années au cours de la période silurienne, probablement causé par un coup de foudre. La foudre serait également à l'origine du plus long incendie, qui aurait débuté il y a 5 000 ans dans un filon de charbon en Australie. Il brûle toujours, maintenant à 30 mètres sous terre.
En 1974-75, l'Australie a connu le plus grand feu de prairie possible, qui a brûlé près de 117 millions d'hectares (ce qui correspond à 15 % de l'ensemble du continent). Certains de ces feux de brousse ont été allumés par les agriculteurs locaux, mais la grande majorité a été produite directement par la foudre. Les feux de brousse sont également responsables de l'apparition de pyrocumulonimbus, des nuages convectifs à grande extension verticale qui peuvent provoquer des éclairs, de la grêle et même des tornades. Les éclairs produits par les pyrocumulonimbus ou les cumulonimbus flammagenitus peuvent provoquer davantage d'incendies de forêt. L'activité la plus intense de ces pyrocumulonimbus a été enregistrée le 1er janvier 2020 lors des forts feux de brousse australiens de décembre 2019-janvier 2020 qui ont brûlé 5,8 millions d'hectares. Les pyrocumulonimbus sont également responsables de l'injection en aérosol de particules de carbone dans la stratosphère, en l'occurrence 400 000 tonnes, soit l'équivalent d'une éruption volcanique modérée5. Toutefois, le plus grand nombre de pyrocumulonimbus en un seul été (17 distincts) a été observé pendant la saison des feux de forêt de 2001 aux États-Unis et au Canada par le satellite de la NASA.
Les pyrocumulonimbus générés par les feux de forêt ne sont pas les seuls à produire des éclairs. Certaines éruptions volcaniques, comme celles dont le panache est important, sont capables d'induire des éclairs volcaniques ou des orages sales. La charge électrique responsable de ces éclairs volcaniques est produite par les collisions entre les roches et les cendres dans le panache, la vapeur d'eau libérée étant également impliquée de manière plausible. La première référence à la foudre volcanique se trouve dans la correspondance de l'historien Pline, le plus jeune qui a assisté à l'éruption du Vésuve en 79 après JC depuis la baie de Naples. Il l'a décrit comme "un nuage noir et épouvantable, entrecoupé d'éclairs rapides et en zigzag".
Un effet curieux produit par la foudre sont les fulgurites qui peuvent se former lorsque la foudre se décharge dans le sol. Ce sont des minéraloïdes vitreux de sédiments frittés, vitrifiés et/ou fusionnés comme le sable, la roche ou les débris. En 1996 a été découverte la plus longue fulgurite excavée, s'étendant sur 5,2 mètres et 4,9 mètres à partir du point d'impact.
Effets destructeurs de la foudre
Cependant, la plupart des effets de la foudre sont plus dangereux, comme les incendies de forêt déjà commentés. Même les vaisseaux spatiaux ne sont pas à l'abri de la foudre. En 1969, le vaisseau Apollo 12 a connu de graves anomalies électriques lorsqu'il a été frappé deux fois par la foudre, quelques secondes après son lancement. Heureusement, le contrôle de mission et l'équipage ont pu résoudre le problème et personne n'a été blessé. La NASA a connu un autre incident en 1987, lorsqu'un éclair a déclenché trois fusées non habitées. Deux d'entre elles ont suivi les trajectoires prévues tandis que la troisième, précisément celle censée étudier les orages, s'est écrasée dans l'océan.
Néanmoins, la foudre fait environ 24 000 morts et 240 000 blessés par an6. La foudre la plus meurtrière de l'aviation a tué 91 personnes lorsque le vol 508 de LANSA s'est écrasé sur l'Amazone en 1971. La seule survivante était Juliane Koepcke, 17 ans, qui a réussi à trouver de l'aide. À l'autre extrémité, le garde forestier américain Roy C. Sullivan détient le record Guinness de la personne ayant survécu à sept impacts de foudre. Il est mort de causes non liées à la foudre.
Le bétail est également très exposé aux conséquences destructrices de la foudre, car la distance entre leurs pattes les rend plus vulnérables aux tensions de pas. La foudre la plus meurtrière enregistrée a tué 68 vaches jersiaises qui s'abritaient sous un arbre en Australie en 2005. Trois autres vaches ont été paralysées mais se sont rétablies quelques heures plus tard.
La foudre est un phénomène fascinant mais il ne faut pas oublier les grands courants produits par les impacts. Sans la protection et la prévention appropriées, la foudre est extrêmement dangereuse pour les personnes, les animaux, les bâtiments, les forêts, entre autres cas.
Références
Dwyer, J. R. & Uman, M. A. The physics of lightning. Phys. Rep. 534, 147-241 (2014).
Rakov, V. A. et al. New insights into lightning processes gained from triggered-lightning experiments in Florida and Alabama. Journal of Geophysical Research vol. 103 (1998).
Finney, D. L. La foudre menace le permafrost. Nat. Clim. Chang. 11, 379-380 (2021).
Chen, Y. et al. Future increases in Arctic lightning and fire risk for permafrost carbon. Nat. Clim. Chang. 11, 404-410 (2021).
Khaykin, S. et al. Les incendies de forêt australiens de 2019/20 ont généré un vortex persistant chargé de fumée s'élevant jusqu'à 35 km d'altitude. Commun. Earth Environ. 1, 1-12 (2020).
Cooper, M. A. et Holle, R. L. Reducing Lightning Injuries Worldwide. Springer Natural Hazards (2019).