.Les recherches sur la foudre
Depuis l'aube de l'humanité, l'homme a toujours été terrorisé et fasciné par la foudre et par le tonnerre .
Aujourd'hui, il existe même des chasseurs d'orage pour le plaisir de vivre de près le phénomène et/ou dans le but d'enrichir la recherche scientifique sur la foudre .
Tout le but de ce dossier est de savoir comme nous en sommes arrivés là .
A ) La mythologie
B ) La théorie chrétienne du Moyen Age
2 ) La recherche scientifique du 18ème siècle
A ) Généralités
E ) Les premiers paratonnerres
3 ) Les travaux scientifiques du 19ème et du 20ème siècle
La divinité remonte à 2000 ans avant Jésus Christ avec un dieu tentant de controler les précipitations venant du ciel accompagnées de décharges électriques .
En Grèce, le Dieu Teshup ( dieu de la foudre ) apparaît 900 ans avant Jésus Christ avec une fourche trident représentant la foudre .
Beaucoup de Dieux sont représentés ( le plus célèbre d'entre eux est Zeus 470 avant Jésus-Christ ) à travers le monde sauf en Afrique où le sorcier du village est censé détenir les clés de la foudre .
B ) La théorie chrétienne du Moyen Age
Les hommes ont alors commencer à tenter de se protéger de la foudre .
Les Gaulois plantaient leurs épées sur le sol pointé vers le haut ; une technique qui fonctionnait pas mal puisqu'au moins une des épées était touchée par la foudre : les Gaulois ont inventé sans le savoir le paratonnerre .
Des recherches sur le paratonnerre s'enclenchent mais les nombreuses guerres retardent les progrès dans ce domaine .
Ce n'est qu'au 10ème siècle que le moine Gerbert que le paratonnerre complet est élaboré comme suit :
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Gerbert remarqua que la foudre touchait de préférence les objets les plus élevés .
Cette découverte fait office de transition avec les pierres des chrétiens au Moyen Age .
A chaque orage, les paysans français portaient une pierre dans leur sac en compagnie de leur pioche pour les protéger de la foudre .
Peu de paysans furent tués au profit des églises durement touchées .
L'Eglise n'attribuait pas ces foudroiements à des catastrophes naturelles mais à la punition d'une faute quelle qu'elle soit .
L'inquisiteur ( ou prédicateur ) dominicain Etienne de Bourbon remarqua que de nombreux objets ( clochers, lanières des chevaux ) étaient non conducteurs de courant électrique, ce qui favorise leur destruction .
Mais ce qui effrayait le plus les hommes, ce sont les feux de Saint Elme .
En effet, les énormes boules de feu proviennent d'un homme prénommé Saint-Elme en perdition sur une embarquation en mer .
Il fut recueilli par un bateau dont le marin ne voulait point recevoir de pieces . Pour remercie le capitaine, Saint-Elme enverrait une boule de feu pour le prévenir de l'arrivée d'une tempête .
Des recherches seront effectuées précipitant les nombreuses découvertes à venir .
2 ) La recherche scientifique du 18ème siècle
Le physicien mathématicien français René Descartes ( 1596-1650 ) tentait au 17ème siècle de trouver une explication à l'origine de la foudre : dans le "Discours de la méthode", Descartes émet l'hypothèse que l'air humide présent entre les deux nuages produit un dégagement de chaleur favorisant la genèse de l'éclair et du tonnerre .
Une hypothèse à rejeter à cause des flux de chaleur non pris en compte et de la méconnaissance de la mécanique des fluides .
D'où la nécessité de reprendre les expérimentations, ce que va faire le physicien américain Benjamin Franklin ( 1706-1790 ) .
Les expériences dont je vais vous parler se déroulaient un peu partout en Europe dans des salles spécialement aménagées pour l'occasion .
Les scientifiques utilisaient surtout une machine électrique inventée par physicien allemand Otto Von Guericke ( 1602-1686 ) : cette machine délivrait de faibles débits de courant électrique ( pas plus de 10 000 volts ) provoquant quelques étincelles .
La plupart du temps, les expériences étaient des divertissements plus que de l'enseignement comme l'expérience du fil électrique du physicien français Abbé Nollet ( 1700-1770 ) .
Heureusement, les choses sérieuses vont commencer avec une autre invention .
C'est une bouteille créee par le physicien néerlandais Pieter Van Musschenbrock ( 1692-1761 ) qui est en réalité un flacon de verre remplie soit d'eau, soit de billes de plomb .
Des armatures ( feuilles de métal ) étaient reliées à la bouteille ( le tout ressemble au condensateur tel que nous le connaissons aujourd'hui ) :
Les armatures sont alors court-circuitées provoquant une étincelle mais aussi une détonation .
Pour mieux matérialiser la foudre, il est constitué une batterie de bouteilles de Leyde .
D'où les notions d'effluence et d'affluence : un ensemble d'électrons quittant un corps électrisé est remplacé par un autre .
Des notions entérinées par Benjamin Franklin en réunissant les armature de la bouteille par deux fils conducteurs de courant ( l'électricité ne traverse pas le verre ) : un flux de particules électriques se produit : une seule électricité est contenue dans les deux corps ( l'un électrisé négativement, l'autre positivement ) .
La quantité d'électricité reste constante par conséquent .
Mais Benjamin Franklin ignorait la nature électrique de la foudre .
Beaucoup de similitudes entre la foudre et les étincelles dans les expériences de laboratoire sont à retenir .
Or, en Europe, personne ne donne de consignes quant à la protection contre la foudre parce qu'aucune expérience sur le terrain n'a été menée .
L'effet de pointe dont nous avons traité en premiere partie revient à l'ordre des recherches .
C'est un effet qui fait que lorsqu'un corps conducteur ayant une pointe est mis en contact avec une machine électrique, ce corps ne se charge pas : il y a perte de flux électrique par la pointe .
Si ce corps rest relié à la Terre et est situé à moins d'un mètre de la machine électrique, alors la pointe attire le flux électrique .
Benjamin Franklin tente alors en 1750 de vérifier que le Cumulonimbus est bien de nature électrique amenant ainsi à la création de paratonnerres .
C'est en France que l'expérience fut réalisée grâce au comte de Buffon ( naturaliste Georges Louis Leclerc 1707-1788 ) et à Thomas François Dalibard ( 1709-1779 traducteur français du mémoire de Benjamin Franklin ) .
Le 10 Mai 1752 à Marly, un orage se présenta occasionnant le début de l'expérience :
Des étincelles apparurent au niveau de la barre de fer : le Cumulonimbus contient de l'électricité .
Cependant, la soie isolante n'a pas permis à l'électricité de s'écouler vers la Terre : l'expérience de Marly ne démontrait donc pas les bienfaits du paratonnerre .
Cette expérience fut reprise partout en Europe . Les physiciens imaginaient que la pointe devrait décharger le Cumulonimbus et donc empêcher la foudre de tomber .
Benjamin Franklin prolongea alors une tige via une chaîne jusqu'à son laboratoire .
Le 6 Aout 1753, le physicien russe Georg Wilhem Richman reproduit l'expérience dans son laboratoire à Saint Pétersbourg .
Un orage éclate le même jour .
La foudre tomba sur la pointe . Richman tenait dans une de ses mains un électromètre ( une sorte de voltmètre ) et s'approcha de la barre de fer : il fut tué sur le coup constituant la premiere victime des recherches sur la foudre et sauvant Benjamin Franklin d'une mort certaine .
Le paratonnerre ne supprime donc pas la foudre mais protège les bâtiments s'il est correctement relié à la Terre .
En 1752-1753, Benjamin Franklin tenta de démontrer la nature électrique d'un orage en utilisant un cerf volant .
Il fut accompagné de son fils lors d'une balade .
Un orage approcha . La pluie commença à tomber rendant humide le cordon de chanvre et provoquant l'apparition de quelques étincelles ..
Heureusement que le cordon n'était pas conducteur de courant !
Cette expérience en fit sa renommée en Europe .
D'autres expériences suivirent dont celle du physicien amateur français Jacques de Romas ( 1713-1776 ) .
Romas utilise un cordon en cuivre relié à la Terre .
Cette fois, et contrairement à Franklin, il utilise un excitateur .
Le 14 Mai 1753, un orage éclate à Clairac ( pas loin de Bordeaux ) : des arcs électriques apparaissent . Une expérience non renouvelée car beaucoup trop dangereuse pour Romas et pour la population qui l'entourait .
Romas et Franklin sont les inventeurs de l'expérience du cerf-volant .
E ) Les premiers paratonnerres
Les expériences précédentes provoquèrent un certain engouement aboutissant au premier paratonnerre installé sur l'Eglise Saint Philibert à Dijon en 1776 .
Les paratonnerres deviennent rapidement un effet de mode avec même la création du parapluie-paratonnerre ( pointe sur le parapluie reliée à la Terre par une tige ) .
Dans certains villages, les paratonnerres sur les églises constituent un blaspheme vite rejetée en 1777 : la foudre tomba sur le cloché de l'Eglise qui reste intacte .
Cependant, des procès furent intentés contre des personnes mettant un paratonnerre sur leur demeure .
L'avocat Maximilien de Robespierre ( 1758-1794 dû défendre un certain Visséry mais aussi la cause des scientifiques ; il dit au procès : "L'ignorance, les préjugés et les passions ont formé une ligne redoutable contre les hommes de génie, pour punir les services qu'ils rendront à leurs semblables" .
Visséry gagna le procès ouvrant la voie au progrès des prochains siècles .
3 ) Les travaux scientifiques du 19ème et du 20ème siècle
Les passionnés d'orage apparaissent dans cette période en particulier les photos de coups de foudre .
Ces photos sont rendues possible avec l'invention de la caméra à objectifs tournant par le physicien américain Charles Vernon Boys ( 1855-1944 ) en 1926 .
Une révolution dans le paysage visuel qui permet la prise d'un coup de foudre sur l'Empire State Bulding à Nexw le 11 Juin 1936 .
La qualité des photos n'était pas terrible à cause du champ magnétique terrestre et du champ magnétique présent lors du coup de foudre .
D'où l'invention du fulchronographe en 1940 : appareil, avec une résolution très grande, capable de déterminer la distribution temporelle du courant de la foudre .
Mais la résolution maximale obtenue était basse ( de l'ordre de 20 microsecondes ) .
L'arrivée du tube cathodique à accélération des électrons en 1950 résout en partie ce problème : une tension élevée est appliquée entre la cathode et l'écran du tube augmentant ainsi la différence de potentiel entre les deux .
D'où une élévation de l'énergie lumineuse des appareils permettant la capture de l'image de la foudre .
Après cette invention, de nombreuses théories et expériences vont se succéder constituant la physique moderne et donc faisant l'objet d'une autre rubrique .
Bibliographie :
"La foudre : Nature, histoire, risques et protection" de Claude Gary, éditions DUNOD, 1994 .
"100 orages faciles à prévoir" d'Alex Hermant, 1998 .
"Traqueur d'orages" d'Alex Hermant, 2002 .
