La Météorologie 8" série - n° 10 - juin 1995 85

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LA FOUDRE

Des mythologies antiques à la recherche moderne

Claude Gary

L'auteur, Claude Gary , est conseil ler scientifique d 'EDF. Il a dirigé de nom­breuses recherches sur la physique des décharges et de la foudre, ainsi que sur différents moyens de protect ion. Son livre témoigne de la vitalité des col labo­ra t ions qui ont su s 'o rganiser en F rance pendan t les t rente de rn iè re s années

au tou r des e x p é r i m e n t a t i o n s sur la foudre et les décharges a t m o s p h é r i q u e s . Il est p r e s q u e e x c l u s i v e m e n t c o n s a c r é à la foudre et à ses effets, n 'évoquant que très br ièvement la phy­sique des nuages orageux. L 'ouvrage reprend et complè te cer­taines part ies d'un article fort intéressant , publié par l 'auteur dans La Recherche en 1989, et intitulé « La foudre ».

Dès l 'avant-propos, le décor est planté : il s'agit de mieux comprendre , pour mieux s'en protéger, un phénomène redou­table et dangereux ; vingt à quarante tués et plusieurs mill iards de francs de dégâts sont occas ionnés chaque année par le mil­lion de coups de foudre tombant sur la France.

La première part ie, his tor ique, c o m m e n c e par une intéres­sante mise en perspec t ive des d iverses représenta t ions de la foudre par l ' homme au cour s des s ièc les ayant p récédé l 'ère sc ien t i f ique : m y t h o l o g i e s an t i ques , e x e m p l a ( réc i t s e x e m ­plaires médiévaux où l'on apprend que la foudre s 'acharne plus spéc i a l emen t sur les usu r i e r s , les danseu r s , les fo rn ica teurs et les blasphémateurs . . . ) , théories plus ou moins extravagantes du xvii" siècle au sein desquel les se trouve cur ieusement mêlée la voix de Descar tes l u i - m ê m e , qui , s ' inspirant de Sénôque , a f f i rme : « Le tonnerre se manifeste quand les nuages les plus lourds et les plus élevés tombent sur d'autres placés plus bas... »

Le contexte des débuts de l 'approche scientif ique, marque par la découver te de l 'électricité au début du X V I N ' s iècle, est ensui te évoqué . L'auteur nous invite dans les sa lons de phy­sique de l 'époque, et rappelle les discussions sur l 'électricité de l 'abbé Nollet et de Franklin. Il fait revivre au lecteur la décou­verte expér imentale de la nature électrique de la foudre, avec les fameuses expér iences de Marly (réalisées par Dal ibard sur les idées de Franklin, qui avait déjà énoncé le principe du para­tonnerre dès 1750) et du cerf-volant (réalisées indépendamment par Franklin et de Romas) . L' imagination et l ' inconscience de

certaines expériences de l 'époque sont assez confondantes ; il y eut d'ailleurs des morts . L'auteur évoque les décennies de lutte contre les préjugés sur la foudre qui ont accompagné l ' implantation des paratonnerres , dont Robespierre fut un avocat remarqué .

Il aborde ensuite le x ix c siècle de façon plus anecdot ique. Après avoir cité des stat ist iques et des t émoignages de foudroiements , il décrit l ' invention des pre­miers apparei ls d 'observat ion scientif ique de la foudre : la caméra à objectifs

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tournants , ou d'autres apparei ls p lus exot iques c o m m e les « fulchronographes » et autre « k lydonographe », en at tendant l ' avènement de l 'osci l loscope ca tho­dique.

La deuxième partie résume l'état actuel des connaissances sur la foudre.

Dans un chapitre un peu disparate intitulé « Sévéri té orageuse et phénomènes précurseurs », l 'auteur rappelle des not ions sur la cl imatologie des niveaux kérau-n i q u e s , la p h y s i q u e des n u a g e s o r a g e u x , les p h é n o m è n e s p r é c u r s e u r s de la foudre, c o m m e l'effet de couronne, et des explicat ions sur l'effet de pointe. Peu d' informations sont données au lecteur sur les enjeux de la recherche actuelle en phys ique des nuages orageux ; les théories sur la séparation des charges au sein du nuage sont effleurées en une demi-page .

Par contre, les deux chapi t res suivants , consacrés à la décharge a tmosphér ique et à ses paramètres électr iques, contiennent des descript ions abondamment illus­trées, des s ta t is t iques établ ies sur les caractér is t iques é lec t r iques et des expl i­cat ions détai l lées des mécan i smes de la foudre, telles que l 'avalanche é lec t ro­n i q u e . Le l e c t e u r es t a ins i b i e n a r m é p o u r c o m p r e n d r e la t y p o l o g i e d e s d é c h a r g e s , les p h é n o m è n e s a s soc i é s c o m m e le tonner re , et les en jeux d e la recherche actuelle abordés dans la partie suivante.

U n chapitre est consacré aux mystères de la foudre en boule , qui reste un phé­nomène mal expl iqué, sujet à controverses . De nombreux témoignages éclairent la description du phénomène et une synthèse crit ique des différentes tentatives d'explication proposées à ce jour est apportée.

Dans une troisième partie, l 'auteur évoque la recherche moderne , tant in situ qu'en laboratoire.

Des campagnes de mesures ayant permis l 'étude de la structure électrique des nuages orageux sont br ièvement citées, mais l'intérêt est surtout porté aux expé­riences de déc lenchement artificiel de la foudre réalisées à Privat-sur-Allicr par l 'EDF, le CEA, puis d'autres laboratoires c o m m e le Cnet et l 'Onera. La France a j o u é un rôle pilote dans ces expér iences de déc l enchemen t à l 'aide de fusées reliées à un fil. Celles-ci ont permis l 'étude détaillée de la forme et de l 'intensité exactes des courants de foudre (très utiles à une meil leure compréhens ion des prises de terre), de la vitesse de propagat ion des traceurs et des arcs en retour, du rayonnement é lec t romagnét ique p rovoqué et de ses effets induits.

Les explicat ions données sur le rayonnement é lec t romagnét ique des arcs en retour sont l 'occasion de présenter les deux principaux sys tèmes de localisation d e la f o u d r e et d e s é c l a i r s u t i l i s é s en F r a n c e ; le s y s t è m e L L S du r é seau Météorage , appar tenant maintenant à Météo-France , et le sys tème Safir utilisé par l 'Onera et Météo-France.

Enfin, les expér iences de foudroiement en vol effectuées en France, à l'aide d'un Transal l spécialement équipé, sont aussi rappelées.

U n tout au t re d o m a i n e de r e c h e r c h e s , m o i n s c o n n u des m é t é o r o l o g i s t e s , c o n c e r n e les e x p é r i m e n t a t i o n s d a n s les l a b o r a t o i r e s à t rès h a u t e s t e n s i o n s , c o m m e le centre de recherches d 'EDF aux Renardières, équipé d'un hall d'essai de 45 m de hauteur et d'un générateur de chocs de 6 M V . Configurés pour la réa­lisation d'essais industriels, ces laboratoires ont permis des avancées significa­tives dans les recherches sur la physique des décharges , auxquel les la France a pris une part act ive. Grâce à des i l lustrat ions bien chois ies et démonst ra t ives , l 'auteur nous fait comprendre les pr incipes et l'intérêt de ces s imulat ions du fou­dro iement en laboratoi re , qui , malgré des lois de s imil i tude encore assez mal connues , ont permis l 'étude du foudroiement d'objets, tels que des pylônes ou des avions en vol, et le perfect ionnement de paratonnerres à dispositif d 'amorçage. Au passage, l 'auteur réaffirme l'inefficacité du paratonnerre radioactif en crit i­quant toutes les tentatives d'explication de son bien-fondé !

La phénoménolog ie de l 'impact est ensuite abordée , avec la description de la rencontre entre le traceur descendant et un traceur ascendant . Le modè le électro­géométr ique de base est expl iqué de façon claire ; il relie la dis tance d 'amorçage (distance entre la pointe du traceur descendant et le point d ' impact du coup de foudre) et l ' intensité crête du courant de foudre. Il est à la base de la mé thode de la sphère fictive utilisée pour est imer la zone de protection d'un paratonnerre .

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La quat r ième partie de l 'ouvrage est consacrée aux effets de la foudre et aux

sys tèmes de protection.

Le lecteur y t rouvera les expl ica t ions des différents effets phys iques de la foudre : les explos ions , les incendies , les effets thermiques et de déflagration. Tout un chapitre est consacré aux effets de la foudre sur l ' homme et les êtres vivants . On y apprend que le foudroiement peut être direct, mais aussi indirect par commot ion , par tension « de pas » ou « de toucher », lorsque de forts gra­dients de potentiel sont p rovoqués par l ' écoulement du courant à la surface du sol. De très utiles recommandat ions sont données et expl iquées pour minimiser les r isques de foudroiement en montagne . Des éléments d 'électropathologie de la foudre sont m ê m e abordés . Le lecteur curieux trouve dans ce chapitre toutes les expl icat ions nécessaires pour comprendre pourquoi le té léphone est dangereux par temps d'orage, pourquoi seulement un tiers des foudroyés sont tués, pourquoi certaines personnes foudroyées se retrouvent totalement déshabil lées, etc.

Deux chapitres portent sur les sys tèmes de protection extérieurs et intérieurs. Aprè s avoir esquissé les mé thodes d 'évaluation du r isque de foudroiement , l'au­teur décrit le rôle et les règles de mise en œuvre de ces différents sys tèmes. Il insiste part icul ièrement sur les propriétés et les quali tés nécessaires des prises de terre.

Le dernier chapitre est consacré aux réseaux électriques et à leur protection contre la foudre. Les 77 700 coups de foudre touchant le réseau électrique fran­çais par an imposent l 'utilisation de techniques de protect ion éprouvées , expl i­quées dans ce chapitre . Elles sont beaucoup plus efficaces pour le réseau à haute tension que pour les l ignes à m o y e n n e et basse tens ions , pour lesquel les les microcoupures sont plus fréquentes.

La lecture de cet ouvrage est aisée et ne nécessite aucune connaissance préa­lable part iculière. La quali té des il lustrations et l 'utilisation d 'encadrés explicatifs sur certaines not ions, de base ou importantes , facilitent le parcours du lecteur. Regret tons toutefois le caractère trop sommai re de la bibl iographie, la présence de nombreuses erreurs typographiques et quelques lourdeurs de style.

En conclusion, ce livre est le fruit d'un effort réussi de vulgarisat ion sur la foudre : h is toire des sc iences et des t echn iques , conna i s sance des décha rges a tmosphér iques , explication didactique de leurs effets et des moyens de protec­tion à mettre en œuvre . Il t émoigne de la vitalité des expér imentat ions menées en France sur ce sujet pendant les dernières dizaines d 'années.

Le seul regret que pourrait avoir un lectorat de météorologis tes , est le peu de place faite dans cet ouvrage à la météorologie du nuage orageux, à sa prévision et m ê m e aux mécan i smes électr iques de séparat ion des charges en son sein. La prévision de l 'orage et la mise en alerte à l'aide du suivi de l 'activité électrique font en effet partie des moyens complémenta i res de protection qui devraient être m e n t i o n n é s , t an t sur le p l a n d e s m e s u r e s de p r é c a u t i o n q u e sur ce lu i d e s recherches sous-jacentes .

Vincent Pircher

La foudre : des mythologies antiques à la recherche moderne .

Par Claude Gary. Masson , Paris, 1994, 240 p. 180 F.