Pourquoi le paratonnerre protège-t-il de la foudre ?

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Les orages, les éclairs, la foudre et le tonnerre se déchaînent dans le ciel de la Terre depuis la nuit des temps. Et c'est sans doute la foudre qui a, la première, apporté le feu aux hommes, avant qu'ils n'apprennent à le domestiquer sans jamais pourtant totalement le dominer. Souvent défiée, la foudre est l'un des phénomènes naturels les plus spectaculaires. C'est en parlant d'elle que les Gaulois disent craindre que le ciel ne leur tombe sur la tête. Et ils sont peut-être, sans le savoir, les inventeurs du paratonnerre puisqu'il se dit que pour tenter de se protéger, ils plantaient leurs épées dans le sol, pointe vers le ciel.

 

Mais officiellement, l'inventeur du paratonnerre (que l'on appelle aussi parafoudre) est l'Américain Benjamin Franklin. Écrivain, homme politique, physicien, Benjamin Franklin démontra la nature électrique de la foudre et un peu plus tard l'utilité du paratonnerre grâce à la célèbre expérience du cerf-volant envoyé sous un nuage d'orage au milieu du XVIIIe siècle. Il eut d'ailleurs bien de la chance de ne pas se faire foudroyer. Ce qui ne fut pas le cas du physicien russe Georg Wilhem Richmann qui mourut en reproduisant cette expérience dans son laboratoire de Saint-Pétersbourg. Le premier paratonnerre de France fut sans doute installé en 1776 sur l'église Saint-Philibert à Dijon.

 

On connaît bien mieux au*jourd'hui les phénomènes électriques à l'origine de la foudre, même s'il reste encore quelques mystères. Un nuage d'orage est une vaste structure très remuante où les courants d'air, ascendants et descendants, sont rapides et étendus. Toutes les molécules et particules qu'il contient se frottent donc les unes contre les autres. Engendrant ainsi une forte électricité statique. Car c'est bien ce type d'électricité qui est à l'origine de la foudre, de la même façon qu'il «électrise» les cheveux ou une baguette de verre frottée avec un chiffon.

 

Le nuage se «charge» donc petit à petit, au fur et à mesure qu'il se développe. Sa base devient fortement négative. En comparaison, le sol est lui nettement positif. Et, en électricité, ce sont les contraires qui s'attirent. Les charges négatives et les charges positives n'ont qu'une obsession en tête : se rejoindre.

 

100 millions de volts

 

Au fur et à mesure que la «dynamo» de l'orage charge le nuage, l'attraction se fait de plus en plus forte. Et au bout d'un moment, la couche d'air entre le nuage et le sol, qui faisait office d'isolant, est débordée. Et comme le sol ne peut pas bouger, ce sont les charges négatives du nuage qui vont se déplacer (mais c'est parfois l'inverse). Créant un éclair, signe aveuglant d'un courant électrique entre le nuage et la terre, courant très bref mais très intense puisqu'il peut atteindre de 10 000 à 50 000 ampères pour des tensions de l'ordre de 100 millions de volts. La foudre frappe la surface de la Terre environ une centaine de fois par seconde.

 

Il y a deux façons «scientifiques» de se protéger de la foudre. Comme être dans un avion. La foudre ne risque pas de s'y glisser, merci à Michael Faraday. Ce physicien anglais (XIXe siècle) fit un grand nettoyage dans les connaissances de l'époque, posant les bases d'une physique moderne de l'électromagnétisme, inventa le principe du moteur électrique et démontra un effet qui porte encore aujourd'hui son nom. Expérimentateur hors pair, il construisit une cage métallique grillagée et démontra que cette cage permettait de se mettre à l'abri de l'électricité extérieure. Un avion joue ainsi le rôle d'une cage de Faraday, isolant l'intérieur contre la foudre. Tout comme une voiture en terrain découvert.

 

L'autre grand moyen, merci Mister Franklin, est le paratonnerre. C'est comme un appât à foudre. Car le coup de foudre ne vise qu'à réunir les charges négatives et les positives. Et la foudre n'est pas compliquée. Elle choisit le chemin le plus facile. Si on lui donne le choix de procéder aux unions électriques dont elle a la charge sur une grande surface résistante ou sur une petite surface très conciliante, elle choisira sans hésiter le chemin le plus facile. C'est ce que fait la pointe du paratonnerre relié à la terre par un fil bon conducteur.

 

C'est également ce que fait la «tête» d'un arbre. Et c'est pour cela que c'est une mauvaise idée de se réfugier, en cas d'orage, sous un grand arbre isolé. Le risque n'est pas tant d'être touché par la foudre que d'être à l'endroit où elle tombe. Car l'éclair chauffe l'air à plusieurs milliers de degrés et produit une onde de choc (le tonnerre est là pour le prouver) capable de soulever et de projeter un homme. Dans tous les cas, la bonne solution est de s'isoler du sol. En s'installant par exemple sur un tapis isolant. Du coup, la foudre vous dédaignera. Et il y a vraiment des coups de foudre dont on se passe volontiers.