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 .

 

1 ) Les croyances des hommes

A ) La mythologie

B ) La théorie chrétienne du Moyen Age

2 ) La recherche scientifique du 18ème siècle

A ) Généralités

B ) La bouteille de Leyde

C ) Expérience de Marly

D ) Expérience du cerf-volant

E ) Les premiers paratonnerres

3 ) Les travaux scientifiques du 19ème et du 20ème siècle

 

1 ) Les croyances des hommes

A ) La mythologie

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 :

.

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 ) .

 

A ) Généralités

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 .

 

B ) La bouteille de Leyde

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 .

 

C ) Expérience de Marly

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 .

 

D ) Expérience du cerf-volant

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 .

 
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