LES ÉCLAIRS ET LE TONNERRE

Lorsque Télectricité se dégage d'un nuage surabondamment chargé^ et se précipite soit sur un autre nuage^ soit sur un point du sol chargé d'électricité contraire^ il y a production de lumière électrique, étincelle rapide que nous faisons apparaître en petit dans nos expériences de physique. Cette étincelle franchit instantanément la distance quelconque qui sépare les deux points électrisés : on a constaté qu'elle ne dure pas un dix-millième de seconde. C'est cette étincelle électrique qui constitue Véclair; c'est par elle que la foudre se manifeste pendant les orages.

En général, les éclairs ne nous apparaissentle plus fréquemment que sous la forme d'une lueur subite diCTuse illuminant les nuages^ le ciel et la terre, qui retombent immédiatement dans uue ombre plus épaisse qu'auparavant, à cause du contraste. Soit que dans ce cas l'échange de l'électricité entre les nuages opère à la fois sur une grande surface qui s'illumine et s'éteint instantanément, soit qu'il y ait une étincelle comme dans les éclairs en ligne et qu'elle soit èachée par les nuages, on ne voit toujours dans ce cas^ qui est le plus fréquent, qu'une clarté subite diffuse, sur laquelle se détachent un instant les contours plus ou moins accentués des nuages.

Ces éclairs diffus sont les plus communs; on en voit des centaines dans une journée, ou plutôt une nuit d'orage, pour un seul éclair linéaire. Celui-ci cependant est l'éclair caractéristique par excellence.

Ce n'est qu'une forte étincelle électrique, une petite boule de

fuu qui s'élance du nuage Burchai^é sur la terre, ou d'un nua^ à un autre, ou même qui monte de la terre aux nuages ; la rapidité de son trajet produit l'efiet d'une ligne mince et lumineuse. Il est rare que ce trajet s'eflectue en ligne droite, malgré l'axiome du plus court chemin : soit à cause de la distribution variable de l'humidité dans l'air, qui le rend plus ou moins hon conducteur, soit à cause de la variabilité de la surcharge électrique des difTérents points du sol et des nuages, Téclair se montre presque toujours en zigzag. Le subtil fluide nous montre dans ses faits et gestes à

travers nos habitations, qu'il saute subitement d'un point à un autre, puis à un autre encore, comme par caprice, mais évidemment en obéissant aux lois de la distribution et de la conductibilit»'de lélectricilé. Le plus souvent les éclairs linéaires sont à zigzags à angles obtus, ou bien ils serpentent, sinueux et ondulés. Parfois ils se bifurquent en deux ou plusieurs branches, Nicholson et l'abbé Bichard ont observé des éclairs fourchus. Parfois, et plus rarement, ils se bifurquent en trois branches; Arago en cîle plusieurs ex:emple8, surtout dans des orages volcaniques; Kaemtz en a vu une fois en sa vie.| Parfois encore ils se ramifient en quatre

LKS SGLAIRS. 7S7

et cÎDq branches, ou bien les branches issues de l'éclair primitif se ramifient en plusieurs petites branches latérales. M. Liais en a observé et dessiné à cinq branches.

Les éclairs ne sont pas toujours d'un blanc éblouissant, mais of&ent parfois une teinte jaune, rouge, bleue, même violette et pourpre; cette couleur dépend de la quantité d'électricité qui tra< verse l'air, de la densité de celui-ci, de son humidité et des substances qu'il tient en suspension. Les éclairs violets annoncent en général une grande hauteur pour les nuages orageux d'où ils des-

Fig. 311. — Éclair en zigzag.

cendent, à travers un air raréfié qui rappelle celui des tubes de Geissler.

On se fait rarement une idée de la longueur des éclairs. Tandis que nous avons tant de peine dans nos cabinets de physique à produire une étincelle électrique de quelques centimètres, ta nature en fait éclater qui ne mesurent pas moins de 1 kilomètre, 5, 10, 15 kilomètres de longueur. F. Petit a mesuré à Toulouse des éclairs de 17 kilomètres; d'un très-grand nombre de déterminations prises, c'est la plus forte que je connaisse. Arago a trouvé pour une série d'éclairs étudiés par lui une longueur de 3 à 4 lieues.

Quelle est la hauteur des nuages orageux? D'après toutes les observations faites, il est évident qu'il y a des orages à toutes les hauteurs. De Tlsle en a mesuré un le 6 juin 1712 qui planait à 8600 mètres au-dessus de Paris; Chappe, le 13 juillet 1761, en a relevé un à 3'i70 mètres au-dessus de Tobolsk; Kaemtz, le 15 juin 1834, en a constaté un à 3100 mètres au-dessus de Halle. Ces observations ont donné une série décroissante de hauteurs, qui arrive presque jusqu'au sol. Haidinger a mesuré Télévation de nuages orageux qui n'étaient qu à 70 mètres au-dessus de Gratz, le 15 juin 1826, et même un jour à 28 mètres ieulement au-dessus irAdmont, le 26 avril 1827. Voilà pour les pays de plaine. Quant aux pays de montagnes, Saussure en a observé au-dessus du Mont- Blanc, Bonguer et la Condamine sur le Pichincha, à 4868 mètres, Ramond sur le mont Perdu, à 3410 mètres, et sur le pic du Midi, à 2935 mètres, enfin également à toutes les hauteurs. Sur l'océan, on les a trouvés généralement situés entre 900 et 1400 mètres.

Que l'éclair se produise horizontalement entre deux groupes de nuages, ou obliquement soit entre des nuages de différentes couches, soit entre les nuages et la terre, il mesure ordinairement une longueur de plusieurs kilomètres. C'est cette longueur qui est la première cause du roulement du tonnerre.

Le tonnerre n'est aulre chose en effet que le bruit de l'étincelle électrique opérant un échange dV^ectricité, une neutralisation, entre deux points plus ou moins éloignés.

Le bruit du tonnerre peut être du à plusieurs causes différentes. L'étincelle elle-même, en traversant instantanément l'air atmosphérique, refoule les molécules sur son passage et produit un vide momentané dans lequel se [)récipite aussitôt Tair environnant, et ainsi de suite jusqu'à une certaine distance. Pouillet a combattu cette explication assez naturelle en objectant que si telle était la cause du tonnerre, le passage d'un boulet de canon devait produire un bruit anologue. L'objection n'est pas juste, car le boulet de canon n'est qu'une tortue à côté de la flèche de la foudre. En second lieu, W bruit du tonnerre peut être dû à ce que les nuages se dilatent sous 1 influence delà tension électrique qui les gonfle en quelque sorte, les allonge, et les tend avec assez de force en certains points pour que, si une étincelle vient à décharger le nuage, l'air extérieur, n'étant plus retenu par la force expansive du fluide électrique qui lui faisait équilibre, se précipite de toutcîs parts vers les nuages. On peut voir \l\ la cause du bruit du tonnerre et de l'averse qui le suit. Les

états électriques des divers nuages qui composent un orage étant solidaires les uns des autres^ la décharge de l'un doit amener celle de plusieurs autres plus ou moins éloignés. Dans un cas comme dans Tautre toutefois^ le bruit est toujours causé par Texpansion de l'air là où le vide plus ou moins partiel vient d'être fait, comme il arrive pour les armes à feu, pour le crève-vessie, etc. Lorqu*on se trouve au point où la foudre aboutit, — où le tonnerre tombe, selon l'expression commune, — ce bruit n'est jamais bien long, et ressemble à s'y méprendre à celui d'un coup de canon, de fusil, de pistolet, suivant Tintensilé. Mais l'un des caractères particuliers du tonnerre est constitué par le roulement, comme son nom l'imite dans toutes les langues : tonnerrey lonitrimmj bronti, ihunder, donner.

On se demande souvent à quoi est dû le roulement souvent fort long. Plusieurs causes sont ici en présence. La première est due à la longueur de l'éclair et à la différence de vitesse du son et de la

Fig. 212. — Durée du bruit du tonnerre.

lumière. Supposons, par exemple, un éclair horizontal AE,de 1 1000 mètres de long. (Chaque kilomètre est représenté ici par un centimètre.) L'dbservateur situé en 0, au-dessous de l'extrémité E de l'éclair, qui se dessine à 1 kilomètre de hauteur/ verra cet éclair dans toute sa longueur en un instant indivisible ; le son se formera aussi à l'instant même sur toute la ligne de l'éclair. Mais les ondes sonores n'arriveront à l'oreille de l'observateur qu'en des temps différents. Celle qui part du point E, le plus rapproché, arrivera en 3 secondes, le son parcourant environ 337 mètres par seconde. Celle qui s'est formée, au môme moment indivisible, au point I), k 2000 mètres du point 0, met le double de temps à arriver. Celle qui vient du point C, à 4000 mètres, n'arrive qu'après 12 secondes.... Le son formé en B n'arrive qu'après le temps nécessaire pour franchir 8 kilomètres, c'est-à-dire après 23 secondes.... Enfin le .son parti de A n'arrivera qu'après 32 secondes : aussi le roulement aura duré plus d'une demi-minute, en allant en s'éteignant.

Si^ ce qui est plus fréquent^ l'observateur ne se trouve pas justement placé vers Tune des extrémités de réclair ^ mais en un point quelconque de son trajet^ il entend d'abord le coup^ puis une augmentation du bruit, puis une diminution. En effet, dans ce cas, le son parti d'un point D situé au-dessus de sa tète, et à 1 000 mètres de hauteur, arrive seul en trois secondes ; mais les

Fig. 213. — Commencement, renforcement et diminution de Tlotensité du tonnerre.

sons formés de D en E d'une part, et de C en D d'autre part, arrivent en même temps en s'ajoutant l'un à l'autre, pendant neuf secondes, temps nécessaire pour venir de 1000 à 3000 mètres. A partir de C les sons arrivent en s'éteignant par la distance, comme dans l'exemple précédent, et le tonnerre a duré 23 secondes au lieu de 32.

A cette cause de roulements prolongés s'ajoute le nombre des décharges qui s'opèrent souvent très-vite entre les nuages orageux,

— les zigzags et les ramifications des éclairs causés par la diversité hygrométrique des différentes couches d'air, — les échos répétés par les montagnes, le sol, les eaux et les nuages eux-mêmes,

— à quoi il faut encore ajouter les interférences produites par la rencontre des divers systèmes d'ondes sonores.

La durée du roulement du tonnerre est très- variable, comme chacun a pu le- remarquer. La plus longue durée constatée pour un seul éclair est celle de 45 secondes, à Paris, par de l'Isle, le 17 juin 1712. Le même jour, il compta 41 secondes pour une autre durée; le 8 juillet de la même année, il compta 39 secondes. On y remarque les intervalles compris entre le commencement du tonnerre et entre les différentes phases d'intensité du roulement, comme dans l'exemple suivant, qui est celui du 8 juillet :

à 0 secondes, éclair ;

à 1 1 secondes, le tonnerre commence doucement ;

à 1 2 secondes, il éclate ;

à 32 secondes, les éclats cessent ;

à 50 secondes, le bruit finit doucement.

L'intensité du tonnerre offre d'étonnantes variations. En certains

cas, les notices dont nous parierons plus loin la comparent au bruit de cent pièces de canon qui partiraient à la fois. En d'autres cas^ on n'entend qu un coup de pistolet^ puis un roulement plus ou moins sombre. Parfois les éclats rappellent le déchirement criard d*une pièce de soie^ parfois la course d*un chariot chargé de barres de fer et dégringolant sur le pavé d'une rue en pente. . • .

Le plus long intervalle qu*on ait constaté entre Téclair et le tonnerre est celui de 72 secondes à Paris^ et également par l'astronome de risle^ le 30 avril 1712. Ce nombre considérable donne 24 kilomètres ou 6 lieues pour la distance du nuage. Après ce résultat exceptionnel^ le plus fort est 49 secondes^ qui correspond à 4 lieues et demie. Par des constatations directes^ on a reconnu qu'un orage ne 8*entend jamais au delà de 6 lieues^ et rarement au delà de 3 ou 4. Les éclairs se voient^ mais ne portent pas si loin. Le fait est d'autant plus curieux qu'on entend le tonnerre des hommes bien au delà de ces distances. Le canon s'entend fort bien à 10 lieues. Lorsque ce sont de fortes pièces^ on l'entend à une distance double. Les canonnades des sièges ou des grandes batailles se laissent percevoir jusqu'à 30 lieues et davantage. L'hiver dernier, les canons Krupp, auxquels l'empereur des Français avait décerné une récompense à l'Exposition de 1 8G7 et dans lesquels les hommes d'État de cette planète saluent l'engin de civilisation le plus expéditif^ ces belles pièces d'acier se faisaient entendre pendant les nuits du bombardement jusqu'à Dieppe^ à 35 lieues de Paris. La canonnade du 30 mars 1814, qui courcmna le premier empire comme celleci vient de couronner le second, fut entendue dans la commune de Casson, située entre Lisieux et Caen, à 44 lieues de Paris. Arago rapporte même qu'on entendit le canon de Waterloo jusqu'à Creil, qui en est distant de 50 lieues. Ainsi la foudre fabriquée par la main humaine se fait entendre beaucoup plus loin que la foudre de la nature. 11 est vrai qu'elle est incomparablement plus méchante, et qu'elle fait infiniment plus de victimes.

Si le tonnerre ne peut pas s'entendre à plus de 6 lieues, il en résulte que si l'on entend un coup de tonnerre par un ciel pur, ce coup ne provient pas de nuages situés au delà de l'horizon visible, car on voit à plus de 6 lieues de distance. Un homme de taille ordinaire, de 1 ",65, peut voir, si Thorizon est bien clair, un objet placé à terre à la distance de 4000 mètres ou une lieue.

Si Tobjet est élevé de 25 mètres, il sera aperçu à 5 lieues et demie ;

Si la hauteur est de 500 mètres, comme une montagne isolée par exemple, on la découvrira à la distance de 21 Heues.

Si l'objet est à 1000 mètres d'élévation, comme le sont en moyenne tes nuages cumulus de nos climats, nous le verrons jusqu'à 29 lieues.

Pour qu'un coup de tonnerre entendu par un ciel pur provînt d'un nuage, il Faudrait donc supposer ce nuage à une trentaine de mètres de hauteur, — ce qui n'a jamais Heu. Ainsi l'électricité peut se dégager de certaines régions de l'air, de nuages invisibles, produire des éclairs et faire entendre du tonnerre par ud temps serein. L'observation a constaté ce fait quelquefois. Il reste trèsrare.

A cet ensemble de documents sur la manière d'être générale du tonnerre et des éclairs, nous pouvons ajouter que, malgré l'extrême rapidité, ou pour mieux dire l'instantanéité de l'éclair, on est parvenu cependant à en mesurer la durée et à constater qu'il ne dure pas même un dix-millième de seconde ! Pour cela, on prend un cercle de corLon partagé du centre à la circonférence en secteurs blancs et noirs. Ce cercle peut tourner comme une roue, avec une vitesse aussi grande qu'on le veut. Un sait que les impieBsions lumineuses restent un dixième de seconde sur ta rétine; ainsi, si l'on imite ce jeu d'enfant qui consiste ù faire tourner un charbon allumé, si te tour est fait en un dixième de seconde, chaque position successive du charbon restant ce même temps imprimée sur ta rétine, on voit un cercle continu. En faisant tourner notre cercle de rais blancs et noirs, nous ne distinguons plus les secteurs, et ne voyons qu'un cercle gris, si chaque rayon passe devant notre oeil en moins d'un dixième de seconde. Or, on peut imprimer à l'appareil une rotation de cent tours par seconde et davantage. Cela posé, si notre cercle est éclairé d'une manière continue, nous n'en distinguerons pas les lignes, puisqu'elles se succèdent dans notre œil plus vite que l'impression produite par elles y reste. Mais si le cercle tourne devant nous dans robscurilé, et qu'une lumière instantanée vienne à l'éclairer soudain, puis à disparaître aussi vite, l'impression produite dans notre œil par chacun des sec- Fig.si4. leurs durera moins d'un dixième de seconde, sera

Muure de li ■ i i •

dur^ de l'écUir. presque instantanée, et le cercle nous apparaîtra comme s'il était immobile. En imprimant à l'ai^reil une rotation calculée, on a constaté que l'éclair ne dure pas un dix-millième de seconde I

La lumière^ franchissant 77000 lieues en une seconde^ ne met qu un instant absolument inappréciable pour venir du lieu où se produit un éclair^ qui n'est jamais qu'à quelques lieues. Nous voyons donc 1 éclair au moment même où il se produit. Mais le son ne se propage que lentement^ à raison de 337 mètres par seconde, comme nous l'avons vu. Il en résulte que le bruit de la foudre, qui s'opère en même temps que l'éclair, ne sera entendu de nous que dix secondes après si nous sommes, par exemple, éloignés ù 3370 mètres de Forage, et chacun peut calculer ainsi facilement quelle distance le sépare de l'orage par le temps qui sépare l'éclair du tonnerre :

1/2 seconde d'intervalle correspond à 168 niêtivs.

6 — — — 2 kilonièlros.

12 — — — Une lieue.

Douze battements de pouls correspondent donc à une lieue.

L'éclair s'étendant sur une longueur de plusieurs kilomètres, le lieu frappé par la foudre peut être très-éloigné quoiqu'on entende le coup immédiatement après Téclair, parce que c'est le son parti (le l'extrémité la plus voisine de Téclair qu'on entend d'abord. Ainsi, dans un orage, le 27 juin 1866, M. Hirn a entendu le coup succéder immédiatement à l'éclair, bien que ce même éclair eût foudroyé deux voyageurs sous un arbre à 5 kilomèt s de distance.