Fabre Maxime,, Urbaneja Dorian, Salib jérémy

L1

LA FOUDRE, UN PHÉNOMÈNE VISIBLE MAIS AUSSI AUDIBLE

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

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

I) FORMATION DES ORAGES – FORMATION D’UN CUMULONIMBUS

• Instabilité dans l’air

• Montée de l’air chaud refroidissement

• Condensation vapeur d’eau

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

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

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

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

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

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

II) LES ÉCLAIRS – DIFFÉRENTS TYPES

• Les éclairs inter-nuageux

• Les éclairs intra-nuageux

• Les éclairs nuages/sol

• Avec 3 différentes classifications

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

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.

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

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

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

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