Pourquoi y a-t-il des éclairs ?

Quoi de plus fascinant qu'un orage... 
Mais pourquoi se forment-ils ? 
Et pourquoi tant de bruit ?

Les préparatifs...

Lorsqu'il fait chaud et humide, l'air chaud, qui est moins dense que l'air froid, monte et va prendre la place de l'air froid, tandis que l'air froid, qui est plus dense, descend. 
L'air chaud et humide se refroidit en montant et la vapeur d'eau qu'il contient se condense pour former des gouttelettes d'eau ou des cristaux de glace. Il se forme alors un nuage (appelé cumulonimbus) dont le sommet se trouve dans la tropopause (située à 10 000 mètres d'altitude, la température est inférieure à 0°C) : le haut du nuage est donc composé de grêlons.

Or, lorsque de l'air anormalement froid recouvre de l'air anormalement chaud, de violents courants d'air verticaux entraînent l'humidité, les fragments de glace, les grêlons et les gouttelettes d'eau à l'intérieur du nuage. En se frottant les unes aux autres, les particules les plus fines se chargent d'électricité positive tout en se dirigeant vers le sommet. Cependant que les particules plus lourdes, se chargent d'électricité négative et descendent vers le bas du nuage.

De son côté, la Terre contient elle-aussi des charges positives et négatives. Comme la base du nuage est chargée négativement, elle attire des charges positives à la surface de la Terre. 
Résultat : un déséquilibre entre les charges électriques à l'intérieur et à l'extérieur du nuage.

Et la lumière fut !

Quand les charges accumulées deviennent trop importantes, et surtout lorsqu'il y a opposition directe entre ces charges, il y a décharge électrique (éclair) et un orage éclate !

On observe d'abord une faible décharge, habituellement dans le bas du nuage, qui se dirige vers le sol en zigzag en suivant la trajectoire qui a la plus basse résistance entre le nuage et la terre. Cette décharge, appelée traceur, avance par bonds, à 200 km par seconde et met 0,01 seconde pour arriver au sol. Mais ce n'est pas encore l'éclair... 
Le traceur laisse derrière lui un canal ionisé qui est le chemin le long duquel remontera une décharge de retour puissante (du sol vers le nuage) dès que le traceur aura rencontré un objet (arbre, clocher, toit d'un édifice, ...) : un très fort courant électrique remonte le long de ce canal à près de 40000 km/s. C'est le coup de foudre !

Cet éclair peut s'arrêter à ce stade... Ou se poursuivre si la charge du nuage est suffisante pour qu'un traceur de dard retourne du nuage au sol par un circuit direct et soit à nouveau suivi d'une décharge de retour. 
Il peut y avoir plusieurs décharges de retour dans un éclair (en moyenne 3 ou 4) avec quelques dizaines de millisecondes de "repos" entre chaque décharge.

Qu'est-ce que le tonnerre ?

Tout au long de la trajectoire de l'éclair, d'une largeur de quelques centimètres et de 100 m à plus de 20 kilomètres de long, l'air se réchauffe très très vite (30 000°C autour le long du trajet de l'éclair !!) et donc se dilate très brutalement : voilà pourquoi on entend une explosion soudaine et violente : le tonnerre !
Lorsque l'éclair est court et droit, les ondes sont perçues sous la forme d'un seul coup de tonnerre. Mais si le trajet est long et ramifié, on entend alors une succession de grondements (parce que l'éclair frappe à une distance qui est souvent à plusieurs kilomètres de son point de départ, alors qu'il faut environ 3 secondes pour que le son parcoure un kilomètre). Plus l'orage est loin, plus le tonnerre est perçu comme un grondement; plus il est rapproché, plus il ressemble à un claquement sec.

Comment évaluer la distance de l'orage ?

 On voit d'abord l'éclair, puis on entend le tonnerre. Normal puisque la lumière voyage à 300.000 km/s alors que le son ne voyage qu'à 337 m/s : 1 million de fois moins vite !
En supposant que l'on voit l'éclair au moment où il a lieu, le temps qui s'écoule entre la vision de l'éclair et la perception du tonnerre est le temps qu'il faut au son pour parvenir jusqu'à nous.
Il suffit donc de compter les secondes et de multiplier par 337 pour avoir la distance en mètres.

En plein orage sans calculatrice ...
multiplier par 300 le nombre de secondes entre éclair et tonnerre est une estimation convenable ... 
(1 s => 300 m, 2 s => 600 m, etc ...).

"Toucher du bois"