CHAPITRE II

Sommaire. — Éclair linéaire. Définition. Forme. Couleurs. Vivacité. Longueur. Durée. Vitesse. Intervalle qui sépare le tonnerre de l'éclair. Imitation par la machine électrique. Théorie de l'éclair linéaire. — Éclair marginal. — Éclair dillus. — Éclairs sans tonnerre : 1° par un ciel serein, 2° par un temps couvert, 3o par un ciel orageux. — Tomierre sans éclair. — Foudroiement sans détonation. — Foudroiement sous un ciel serein.

Nous étudierons successivement V éclair linéaire, V éclair marginal et Véclair diffus, puis nous chercherons à faire ressortir les relations qui peuvent exister entre l'éclair et le tonnerre.

Éclair linéaire. — Définition. — L'éclair linéaire est un sillon de lumière extrêmement délié, très-net, en zigzag et doué d'une énorme vitesse. Il peut être blanc, rougeàtre, violacé, et même bleuâtre.

Pour plusieurs auteurs, cette forme de l'éclair est la foudre elle-même (Arago), ce serait la forme qui produirait le plus souvent l'incendie et la destruction. Sénèque (1) disait : « L'éclair est la foudre qui ne descend pas jusqu'à terre ; la » foudre est Féclair qui, au contraire, vient la toucher. »

Forme. — L'éclair peut être simplement rectiligne, quelquefois il est courbé en arc; dans quelques cas on le voit se bifurquer.

L'éclair linéaire peut être sinueux, ondulé, plus souvent en zigzag; dans ce dernier cas, plus il se rapproche du sol, plus il tend à devenir rectiligoe. L'éclair est continu ou interrompu; il peut être horizontal, oblique, ascendant, descendant parfois même, après s'être approché du sol, il devient réascendant vers les régions célestes. Suivant Pline, quand l'éclair linéaire venait des régions orientales et y retournait, c'était le présage d'une souveraine félicité.

Parfois plusieurs éclairs linéaires se succèdent dans le

(1) Quœst. nat., iib, 2, 1 21.

même sillon : on en a vu qui se ramifiaient tantôt sur leurs côtés, tantôt à leurs extrémités; d'autres se sont bifurques plusieurs fois de suite (1).

M. Liais a vu des éclairs linéaires à cinq branches.

Le 18 juin 1763, il se forma sur le revers méridional de l'Etna plusieurs ouvertures d'où s'échappaient d'immenses globes d'une fumée noire mêlée de cendres et de poussières enflammées. Ces nuages étaient sans cesse traversés par des éclairs à trois pointes (abbé Ferrara).

On a vu des éclairs à quatre branches ; et dans quelques cas les branches principales des éclairs se subdivisaient en un nombre considérable d'étincelles plus petites (2).

On a cherché à déterminer la forme exacte des éclairs linéaires, afin de rechercher les relations qui peuvent exister entre cette forme d'éclairs et les éclats du tonnerre (3).

Couleur des éclairs. — Nous avons déjà dit que les éclairs linéaires étaient ordinairement d'un blanc éblouissant, mais qu'ils pouvaient prendre une teinte jaune, rouge, bleue, même verdâtre et pourpre.

Cette couleur peut être modifiée 1^ par la quantité d'électricité qui traverse l'atmosphère dans un temps donné (4). — 2° Par la densité de la couche d'air que l'éclair traverse. Plus fair est raréfié, plus cette couleur est violacée; c'est ainsi que l'étincelle de la machine est blanche dans l'air et prend une teinte violette dans le vide de la machine pneumatique. Les éclairs violacés indiquent dès lors la grande hauteur des nuages orageux d'où ils partent, comme MM. Henry etKaemtz s'en sont particulièrement assurés. — 3^ Par le plus ou moins dliumidité de Vair. — 4"^ Par les diverses substances que les nuages orageux présentent au passage de l'éclair.

Vivacité. — La vivacité de l'éclair linéaire est en raison directe de l'intensité du courant électrique, de l'obscurité de l'horizon et en raison inverse de la distance d'où il part.

(i) Comptes rendus, 8 août 1839. Nauticai magaz., XXI, p. 442-467. Harris, Thund, L 11, p. 34.

(2) Philos, mag. (1850).

(3) Gilb., Ann.,L\, p. 139. Rrande, BeUrage zur Wllterangs Kunde, p. 353.

(4) Benj. Martin, Essai sur Véleclricité, trad. de l'anglais.

ECLAIRS ;î7

Elle est sans doute aussi d'autant plus grande que les substances entre lesquelles il éclate conduisent mieux l'électricité; c'est tout au moins ce qui arrive avec l'électricité de nos appareils (1).

Longueur. — La longueur des éclairs linéaires est souvent considérable : Gay-Lussac dit qu'il est facile de voir dans les pays de montagnes des éclairs de plus d'une lieue. En Abyssinie, M. d'Abbadie a trouvé trigonométriquement des éclairs de 6,762 mètres (2). En Auvergne, M. Lecoq a vu un éclair occuper tout l'espace compris entre le Puy-de-Dôme et le mont^Dore (3). A Toulouse, M. Petit a vu des éclairs de 17,000 mètres ; à Weimar, M. Weisenborn a vu des éclairs de 8,680 mètres. Arago, en employant une méthode différente de celle des précédents expérimentateurs, a trouvé des éclairs de 3 lieues à 3 lieues |.

La longueur des éclairs linéaires verticaux ou presque verticaux peut être estimée en mesurant la hauteur des nuages d'où ils sont partis.

Quant aux éclairs horizontaux, nous signalerons deux méthodes de détermination.

l'^ Une première méthode consiste à se guider sur la distance connue de pics ou de sommets de montagnes entre lesquelles l'éclair a cheminé; on peut prendre pour jalons des corps saillants à la surface du sol, tels que clochers, arbres, aboutissant aux extrémités de l'éclair.

2^ Une seconde méthode a été indiquée par Arago; elle donne, sinon les vraies longueurs des éclairs, du moins les limites au-dessous desquelles ces longueurs ne peuvent se trouver. Elle consiste à multipher par 337 (vitesse du son dans l'air par seconde) le nombre de secondes pendant lequel le tonnerre a duré. Mais cette méthode suppose que le roulement du tonnerre est le temps nécessaire au son pour parcourir un intervalle égal à la différence de longueur des deux lignes menées de l'œil de l'observateur aux deux extrémités de l'éclair. Remarquons en outre que la durée des échos est

(1) Voir Poggend. Ann., t. LUI (1841), et Ann. de l'elect., I, p. 438.

(2) Comptes rendus, t. XXXIII, p. 894 (18o2).

(3) Comptes rendus, t. II, p. 327 (1836).

indéterminable, qu'il faudrait la retrancher de celle du tonnerre, et que les orages sont si compliqués qu'on ne peut pas toujours attribuer tel tonnerre à tel éclair. On comprend d'ailleurs que l'inégalité de densité et d'humidité des diverses couches d'air que traverse le son pour arriver à l'observateur puisse en modifier encore la vitesse.

La longueur des éclairs linéaires peut s'expliquer par l'énorme décharge électrique dont ils sont la manifestation lumineuse, par le peu de densité, et conséquemment par la faible résistance de l'air dans les régions élevées de l'atmosphère. L'humidité des nuages les rend meilleurs conducteurs de l'électricité que l'air ordinaire.

Pour expliquer la longueur de l'éclair, M. Pouillet dit qu'il faut concevoir sur la route qu'il va prendre les parcelles de vapeur et peut-être bien aussi celles de l'air déjà électrisées par les influences contraires des électricités qui tendent à se précipiter l'une vers l'autre. A un instant donné l'équilibre vient à se rompre, sans qu'il y ait transport du fluide de l'un des nuages vers l'autre, mais seulement transport successif ou vibration successive de couches en couches sur tout le parcours de l'éclair (1).

M. Lamé a essayé de donner une autre explication de la longueur des éclairs (2).

Durée. — La durée de l'éclair linéaire et de l'éclair diffus n'atteint pas la millième partie d'une seconde, d'après les expériences de M. Wheatstone. On peut constater cette sorte d'instantanéité en observant à la lumière d'une étincelle électrique ou d'un éclair un corps doué d'un mouvement rapide de rotation; on l'aperçoit immobile.

On sait que si Ton fait tournoyer à l'extrémité d'une ficelle un charbon enflammé, dès que le charbon décrit un tour entier en un dixième de seconde, on voit un ruban continu de lumière. Les impressions que nous recevons par la vue ont donc une certaine durée; dans l'œil de l'homme, la sensation lumineuse ne s'évanouit qu'un dixième de seconde après

(1) Pouillet, jé^ém.. dephys. et de méteorol., l. Il, p. 782, 7« édition.

(2) Cours de physique dé l'École polyt., t. II, 2« part., p. 82.

la disparition complète de la cause qui l'a produite. Laissons parler Arago sur ce sujet :

« Je veux savoir la durée de chacun des éclairs qui sillon- » nent le ciel pendant une nuit obscure; en face de la région » où existe l'orage, j'établis une roue en métal portant cent » rais déliés d'argent mat. Un mouvement d'horlogerie lui » donne la vitesse continue et régulière de dix tours par » seconde de temps, ou d'un tour entier par dixième de » seconde. .Je me place en observation entre la roue et les » nuées orageuses, de manière cependant à ne pas empêcher » la lumière des éclairs d'arriver librement à la roue tour- » nante; cette roue je ne l'aperçois pas ordinairement, » puisque, par hypothèse, tout est dans l'obscurité : un » éclair se montre; à cet instant, la roue est éclairée; je dois » donc la voir, et je la vois en effet, mais dans des conditions » différentes, suivant la durée de réclaii\ L'éclair n'a-t-il » duré que pendant un temps infiniment court, la roue se » sera montrée, durant un dixième de seconde, comme cent » rais lumineux immobiles et de la largeur apparente des » rais véritables. L'éclair a-t-il duré un millième de seconde » plein, la roue aura semblé être un cercle de lumière du centre » à la circonférence. A des durées de l'éclair d'un demi-millième » de seconde, d' un tiers, d'' un quart, et d^ un cinquième, corres- » pondront des apparences circulaires oia il y aura respective- » ment un demi, deux tiers, trois quarts, quatre cinquièmes de » la surface totale du cer,cle complètement privés de lumière.

» En faisant la roue tournante de plus en plus grande, l'é- » chelle superficielle des mesures deviendra tout aussi » étendue, tout aussi appréciable qu'on le désirera. Ajoutons » qu'en variant la vitesse de rotation, on peut même se sous- » traire à la nécessité d'évaluer à l'œil le rapport de la partie « éclairée à la partie obscure; qu'on peut tout réduire à la )^ détermination de la vitesse sous laquelle le cercle paraît » entièrement éclairé. Si une vitesse de la roue d'un dixième » de seconde par tour, ne donne pas lieu à un cercle continu » de lumière, on augmente graduellement cette vitesse, de )> manière qu'enfin le cercle continu apparaisse. Si cet effet » ne commence à se réaliser qu'au moment où la vitesse de

» la roue est d'un tour par un demi ou par un tiers de dixième » de seconde^ ce sera la preuve que l'éclair n'aura eu qu'une » durée d'un demi ou d'un tiers de millième de seconde^ et ainsi )) de même pour tous les nombres qu'on pourra trouver. Or, » disons qu'après avoir multiplié autant que possible les rais » de la roue; qu'après avoir eu recours aux plus grandes » vitesses qu'on puisse déduire avec sûreté et uniformité de » l'emploi des engrenages, la roue tournante présentée dans » des temps d'orage, aux éclairs de la première et de la se- » conde classes, n'a jamais paru une surface continue : que ses » rais se voyaient aussi nettement, aussi distinctement que si » la roue était en repos, et qu'ils ne paraissaient nullement » élargis. Nous restons fort en deçà de la conséquence que » cette expérience autoriserait, en nous bornant à dire que » les éclairs les plus brillants, les plus étendus, de la première » et de la deuxième classes, même ceux qui paraissent déve- » lopper leurs feux sur toute l'étendue de l'horizon visible, » n'ont pas une durée égale à la millième partie d'une seconde }) de temps » .

Vitesse. — M. Wheatstone a trouvé pour la propagation de l'électricité dans un bon conducteur, tel qu'un fil de cuivre, une vitesse de 288,000 milles (115,000 lieues) par seconde. Cette vitesse est supérieure d'i/3 à celle de la lumière dans les espaces planétaires. La vitesse de Téclair dans l'atmosphère est sans doute plus grande que celle de l'électricité dans un fil de cuivre. Voir les expériences anciennes de Helvig (1 ), de Kaemtz {Météréologie) ; celles de M. Wheatstone (2) ; les expériences plus récentes de MM. Fizeau et Gounelle ; de M. Guillemin, de M. Faraday.

Intervalle qui sépare le tonnerre de V éclair. — La lumière traverse uniformément l'espace avec une vitesse de 80,000 lieues par seconde ou de 10 lieues par -j^ de seconde. Nous voyons donc l'éclair à l'instant même où il se produit, car 10 lieues surpassent bien certainement la hauteur à laquelle s'engendrent les orages. — La vitesse du son à la

(1) Gilb., Anii., t. LI,p. 136.

(2) Trans» phiL, ^' part., p. 381^ (1834).

température de + 10'^ centigrades est de 337 mètres par seconde.

Il suffira donc de multiplier par 337 le nombre de secondes comprises entre l'arrivée de l'éclair et celle du tonnerre, pour connaître la distance qui sépare l'observateur du point où l'éclair a brillé. En conséquence :

1 seconde répond à une distance de 337 mètres. 2" . . . indiquent une distance de 674 id.

3" id id . . . . 1011 id.

10 " . . . . id id . . . . 3370 id.

Les battements du pouls pourront être utilement consultés dans cette appréciation, si l'on se rappelle que le pouls est assez généralement accéléré et au-dessus de 60 pulsations par minute en temps d'orage.

Comme le fluide électrique marche plus vite que la lumière, l'homme n'a plus rien à redouter de grave de l'éclair linéaire ou diffus qu'il a vu. — Nous n'en disons pas autant de l'éclair en boule.

Éclairs linéaires. — Imitation par la wachine électrique. — L'étincelle de la machine électrique est la miniature de l'éclair linéaire.

Lorsqu'on place une boule de cuivre vers le terme de la plus grande distance à laquelle l'étincelle puisse partir du conducteur de la machine, le fluide électrique sort en jets quelquefois ramifiés, ou bien en zigzag. A l'aide de la machine à plateau perfectionné par M. Steiner (1), on obtient des aigrettes qui ont jusqu'à 1 décimètre et plus de rayon, si l'on approche du conducteur de la machine un excitateur ne possédant qu'incomplètement la propriété conductrice, tel qu'un guéridon de bois verni, un cylindre de verre plus ou moins humide. Si l'on présente à quelque distance de la sphère qui communique avec une batterie chargée, deux ou trois conducteurs médiocres, très-rapprochés les uns des autres, l'étincelle s'échappe sous la forme d'un ruban unique ; mais arrivée près du triple conducteur, elle se divise en trois

(1) Complet rendus, févr. 18o2; Arch, des sciences phijs., t. XIX, p. 22i,

rayons dont chacun va frapper un des conducteurs. Ou bien encore, qu'on tienne la main ouverte, à une certaine distance du conducteur de la machine, souvent alors elle sera frappée d'étincelles ramifiées. Nous aurons bientôt l'occasion de signaler quelques autres expériences où nous verrons l'étincelle de la machine présenter plusieurs des caractères de la foudre linéaire.

On ne réussit jamais mieux à tirer une étincelle en zigzag que lorsqu'on présente au bouton d'un conducteur chargé positivement un bouton beaucoup plus grand ; mais il faut au contraire en présenter un plus petit que celui du conducteur lorsque ce conducteur est électrisé négativement. On sait que du moins dans l'air atmosphérique, l'étincelle se porte toujours du corps électrisé positivement sur ceux qui le sont négativement. — Si, au bouton d'un conducteur chargé positivement, on oppose une surface étendue, les étincelles partent en zigzag. Si la surface est de peu d'étendue, les étincelles sortent en ligne droite (î).

Théorie de r éclair linéaire. — Quelle est la cause de la lumière de l'éclair linéaire?

Quelques auteurs admettent qu'elle est le résultat de la compression de l'air; c'est ainsi que la compression de l'air dégage de la lumière dans le briquet pneumatique.

Sénèque (2) dit : « Le feu sur la terre naît de deux façons : » d'abord par la percussion, comme quand on le fait jaillir de ') la pierre: ensuite, parle frottement tel que celui qui s'o-

» père par deux morceaux de bois Il peut donc se faire

» que les nuages s'enflamment de même, ou par percussion » ou par frottement. Voyez avec quelle force s'élancent les » tempêtes, avec quelle impétuosité roulent les tourbillons ! » tout ce qu'ils trouvent sur leur passage est fracassé, em- » porté, dispersé au loin. Faut-il s'étonner qu'avec une » telle force, ils fassent jaillir du feu ou des matières étran- » gères ou de leur propre substance ? «

Quant aux formes et aux divisions de l'éclair hnéaire, nous

(1) Schweiger, Journ. de phys. de Rozier, 83, p. 394.

(2) Quœst. nat., lib. II, §22.

devons nous demander si l'éclair linéaire est en réalité ce qu'il nous paraît être, si Tillusion optique ne joue aucun rôle dans la forme sous laquelle il nous apparaît.

L'éclair linéaire représente peut-être toujours tme boule de feu, son mouvement rapide nous la fait apparaître sous la forme d'une ligne.

Kaemtz dit que l'éclair en zigzag a probablement la forme d'une hélice dont la projection nous semble une ligne brisée.

M. Faraday (1) dit que les éclairs linéaires et leurs diverses formes ne sont en réalité que le bord irrégulier, bien défini et subitement illuminé d'un nuage plus ou moins sombre et épais derrière lequel s'effectue la véritable décharge électrique. La ligne qui circonscrit le nuage est alors si brillante, si nette et si soudaine que chacun croit que c'est la foudre elle-même. Si la ligne est plus brillante à sa partie supérieure, on croit voir un éclair ascendant. L'éclair recourbé ou rétrograde et l'éclair fourchu ne seraient ainsi que le résultat de l'illumination instantanée des bords des nuages. L'éclair qui a une certaine durée ne serait qu'une succession de deux ou trois éclairs qui se succéderaient avec rapidité à la même place, et illumineraient la même bordure du nuage.

Bien que M. Faraday affirme avoir vérifié bien des fois son opinion, nous ne pouvons nous empêcher de faire remarquer que les bords des nuages sont presque toujours curvihgnes, et qu'il n'est guère possible d'admettre une pareille explication pour des éclairs parfaitement droits ou en zigzag formés de brisures rectilignes. D'ailleurs on a \u l'éclair rectiligne ou en zigzag atteindre directement le sol.

Logan a admis que les éclairs en zigzag étaient le résultat des réfractions irrégulières que les vapeurs atmosphériques et les nuages font subir aux rayons lumineux (2).

Pour expliquer les éclairs linéaires et leurs différentes formes, les auteurs qui ont traité ce sujet ont émis diverses théories que nous allons très-succinctement exposer.

(1) Philos, mag., t. XIX, p. 105 (1841).

(2) Philos, trans. t. XXXIX, p. 240 (1735;.

1 . — L'abbé Raillard (1) dit que la forme brisée de l'éclair linéaire tient aux accidents du sol au-dessus duquel elle éclate ; mais alors comment l'expliquer quand il s'agit de grandes plaines unies, ou mieux encore de l'Océan ?

2. — M. Saigey (Petite physique du globe) a considéré l'éclair en zigzag comme pouvant être le résultat non pas d'une seule étincelle, mais bien d'une série d'étincelles dont la première provoquerait toutes les autres. En effet, dit l'auteur de cette théorie, les nuages et les diverses couches atmosphériques étant en équilibre, dès que l'équilibre se rompra dans un point , un nouvel équilibre se rétablira bientôt par une série de décharges par cascades. 11 y aurait alors autant d'éclairs et d'étincelles qu'il y a de parties en zigzag ; on comprendrait alors comment l'éclair en zigzag dans la région des nuages deviendrait rectiligne en les quittant.

Aujourd'hui il paraît démontré que les zigzags sont dus à l'inégale facilité que l'étincelle foudroyante éprouve à suivre telle ou telle direction : mais ici deux théories se présentent :

3. — La résistance que l'air comprimé oppose au mouvement du fluide électrique est la cause des zigzags. Cette explication avait été donnée en 1751 par Baudoin (2) dans une lettre écrite à Franklin ; c'est aussi celle d'Helvig (3) ; celle de M. Peltier est la plus généralement admise. L'étincelle refoule rapidement l'air atmosphérique d'ailleurs peu conducteur, et d'autant plus fortement que sa vitesse est plus grande. Quand cette résistance est devenue très-considérable, l'étincelle semble forcée de se réfléchir suivant une autre direction, et change ainsi de direction à plusieurs reprises. Plus l'air est sec, plus il oppose de résistance, plus aussi il y a de zigzags, plus les divisions de l'étincelle sont nombreuses.