Les orages [Ionisation de l'air, traceur]

[invite29cc55c1]

Bonjour,
je fais un TPE sur les orages et dans ma dernière partie, sur la formation du traceur (canal ionisé), je ne visualise pas bien ce qui est expliqué dans cet article :

Lors de l’accumulation des charges, ce champ électrique augmente jusqu’à atteindre à la base du nuage la rigidité diélectrique locale de l’air. À cet instant, comme cela se passe au sein d’un condensateur, il y a claquage du diélectrique : l’ordre de grandeur du champ électrique capable de réaliser ce claquage est de quelques millions de volts par mètre. Sous l’effet des particules ionisées et chargées dans le nuage – les électrons libres en particulier –, un phénomène d’avalanche ou de réaction en chaîne est alors possible. Les électrons accélérés par le champ électrique acquièrent alors assez d’énergie pour provoquer, à leur tour, lors de chocs contre d’autres molécules du nuage, une ionisation qui provoque, en plus de l’électron récupéré après le choc, l’éjection d’un autre électron. Ces deux électrons vont à leur tour être accélérés et provoquer d’autres ionisations : c’est le phénomène d’avalanche.

C’est ainsi qu’au milieu du nuage se forme à partir de la galette négative un couloir ionisé qui progresse par bonds d’une dizaine de mètres, à une vitesse de quelques milliers de kilomètres par seconde en direction de la Terre. Ce canal ionisé est appelé traceur ou précurseur. Au fur et à mesure de la progression de l’avalanche, les charges s’éloignent des zones de champ fort et à un moment donné, le champ ressenti par les électrons émis au sein du canal ne les accélère plus suffisamment pour qu’ils puissent provoquer de nouvelles ionisations. L’avalanche est stoppée et le canal se stabilise. L’effet du champ électrique est toutefois suffisant pour rassembler les charges ce qui a pour effet d’augmenter alors localement le champ qui franchit de nouveau le seuil nécessaire d’accélération des électrons pour l’ionisation : l’avalanche peut reprendre. C’est ce phénomène qui donne aux éclairs une apparence de progression sous forme de branches ou de bonds lors de leur déclenchement. Cela traduit aussi le fait que l’éclair est à la recherche du trajet de moindre résistivité au sein de l’atmosphère.

mes problemes portent sur les passages en gras :
-De quels électrons libres parlent il ? des électrons arrachés aux molécules d'eau ?
-Les électrons sont accélérés par LE champ électrique. Oui, mais lequel ? celui de la base du nuage ou celui du sol ? (car la sol acquiere aussi par influence un champ électrique)
-

en plus de l’électron récupéré après le choc, l’éjection d’un autre électron.

de quel électron récupéré parlent - ils ?

Une fois ces problemes réglés je vous poserai mes questions sur la deuxieme partie de l'article en gras.
Merci d'avance,

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[invite29cc55c1]

s'il vous plait aidez moi, c'est juste une mauvaise visualisation du texte.

[invitea3eb043e]

Il existe toujours un champ électrique entre le sol et les nuages, particulièrement fort en condition d'orage. Pas uniforme car il dépend des charges électriques présentes.
Les charges peuvent provenir des rayons cosmiques ou encore du frottement de cristaux de glace ou autres portés par des courants ascendants (comme une règle de plexi sur une peau de chat).
Une fois que ces charges existent, elles sont accélérées par le champ électrique et cognent des molécules d'air et d'eau, arrachent des électrons et créent des ions qui seront à leur tour accélérés. Le processus peut s'emballer sur certaines lignes qui déclenchent un éclair. D'autres lignes n'arrivent pas jusqu'au sol par manque de champ ou toute autre raison.
En fait, un nuage naît d'une ascendance et se comporte comme un accélérateur de Van der Graaf qui génère de fortes tensions.

[invite29cc55c1]

Merci de ta réponse !
Juste quelquechose : "accélérés par le champ électrique". Comment ca se passe exactement ?

On dit souvent que l'air est ionisé, c'est donc cet enchainement de particules qui le provoque ?

L’effet du champ électrique est toutefois suffisant pour rassembler les charges ce qui a pour effet d’augmenter alors localement le champ qui franchit de nouveau le seuil nécessaire d’accélération des électrons pour l’ionisation : l’avalanche peut reprendre.

Où le champ électrique rassemble il les charges ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea3eb043e]

Je ne pense pas qu'à ton niveau tu doive trop te concentrer sur la manière dont l'accumulation de charges change le champ. Il suffit de savoir qu'une charge q soumise à un champ électrique E subit une force q E qui va l'accélérer.

[invite29cc55c1]

Oui cela je le sais, j'ai vu les formules de bases sur les champs, mais en l'occurence on parlait du champ électrique de la base du nuage donc la force q*E est attractive et non répulsive, non ?
A moins que tu parlais du champ électrique terrestre.
Sinon, je m'en fiche si ce n'est pas essentiel pour mon TPE, mais ca m'interesse donc j'ai envie d'en savoir plus

L’effet du champ électrique est toutefois suffisant pour rassembler les charges ce qui a pour effet d’augmenter alors localement le champ qui franchit de nouveau le seuil nécessaire d’accélération des électrons pour l’ionisation : l’avalanche peut reprendre.

J'aimerais bien comprendre le sens de cette phrase :
Ok il y a un mélange d'ions, électrons qui forment le traceur, mais le champ électrique doit etre alors négatif pour exercer une force répulsive, non ?


merci de tes explications,

Lapras

[invitea3eb043e]

D'abord ne pas parler d'attractif et de répulsif, qui n'a de sens que pour 2 charges. Ici il y en a beaucoup donc on parle d'un champ local qui varie dans le temps et dans l'espace.
Sous l'effet du champ électrique ambiant, les charges vont bouger. Les intercations entre charges vont créer un mouvement d'ensemble (= un courant électrique) qui change la répartition des charges donc le champ électrique qui n'est jamais que la conséquence des interactions entre les charges.
Un plasma est un objet foncièrement instable et ce que dit ta phrase n'est que le reflet de cette instabilité. Dire que le mouvement des charges renforce le champ n'est pas évident, on pourrait dire l'inverse.

[invite29cc55c1]

Ok.
Mais on est bien d'accord qu'a la base du nuage orageux, il y a les particules chargées négativement et les électrons libres.
le champ électrique à la base du nuage est donc négatif. c'est ca ?
Mais alors il me parait logique que justement le champ électrique terrestre (positif car par influence, les charges négatives sont repoussées) accélere les particules négatives de la base du buage, ce qui formerait le canal ionisé ?
dans ce raisonnement, la phrase :

le champ ressenti par les électrons émis au sein du canal ne les accélère plus suffisamment pour qu’ils puissent provoquer de nouvelles ionisations.

ne veut rien dire, ca justement le traceur se rapproche du sol, donc la distance entres elles et le sol diminue donc le champ électrique devrait les accélérer plus fortement non ?

[invitea3eb043e]

Il y a des éclairs qui montent et des éclairs qui descendent, il y en a aussi entre nuages. Le champ électrique n'est pas homogène ni constant en présence de charges, si bien qu'en fonction des mouvements de molécules et d'ions les charges peuvent accélérer, ralentir, c'est un process turbulent et à grandes variations locales. On voit des traceurs qui aboutissent et d'autres qui avortent selon que la production d'ions par collisions est plus importante que les disparitions par recombinaison.

[invite29cc55c1]

Ok mais tout de même, il y a toujours le facteur distance qui diminue donc la force électromagnétique devrait être bien plus grande , même si comme tu dis il y a des "disparitions par recombinaison".
Et dans cette logique, le champ électrique terrestre serait toujours suffisant pour accélérer les particules, donc le traceur ne devrait pas "s'arrêter" ?

[YBaCuO]

Bonsoir,

Si on considère que le sol et le bas d'un cumulonimbus forment les armatures d'un condensateur plan alors le champ électrique est constant entre celles-ci.

Une video en anglais explique la formation des traceurs et des éclairs:
Choisir Lecture 6 du site suivant
http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/8-...ures/index.htm

[invite29cc55c1]

Malheureusement je n'arrive pas à lire la vidéo. Si tu l'as déja visionnée, peux tu m'en donner le résumé ?

[YBaCuO]

La video se lit avec Real Player.

L'intérêt n'est pas tellement son résumé mais les expériences qui y sont faites.
Avec une plaque photographique en mouvement on arrive à observer le traceur et les arcs de retour. Si ces deux phénomènes sont faiblement discernables à l'oeil nu, l'expérience révèle plus nettement les différences de temps caractéristiques.
Il me semble aussi que le phénomène d'avalanche y est expliqué.

[invite29cc55c1]

J'ai trouvé un site avec quelques explications sur ce phénomene d'avalanche, je passe aux formules (potentiel électrostatique, énergie d'ionisation , etc...) et j'essaye de faire un résumé de mes connaissances, pourrez vous me corriger ?

[invite29cc55c1]

J'ai déja quelques problemes concernant les définitions et formules.
La définition est :


A quoi correspond le dL ?
(surtout le L qui me gene, surtout qu'il apparait dans les autres formules !)
Concretement pourquoi utilise on une intégrale pour définir la tension ? (différence de potentiels)
J'ai besoin de ca pour comprendre l'énergie d'ionisation.

[invite0e5404e0]

Bonsoir!
En général, quand on met dl dans une intégrale, ça correspond à une petite distance parcourue. Ici, je dirais qu'on fait la somme de tous les E considérés sur chaque petite portion du circuit entre A et B.
Est-ce que ça te semble cohérent par rapport au reste de ta définition?
Bonne soirée!

[invite29cc55c1]

Bonjour
Mais de quelle petite distance parlez vous ?
quel est le sens de ce vecteur ?
la direction ?

[invite0e5404e0]

Bonjour!
S'il s'agit bien de ce que je pense, je parle de toutes les distances qui relient A à B. Le trajet de A à B est divisé en une infinité de petites distances. C'est le principe même d'une intégrale. Mais là j'ai un doute. Tu es en première, donc tu n'as jamais calculé d'intégrale?

[invite29cc55c1]

ne t'inquiete pas c'est bon pour les intégrales
Ils parlent du vecteur champ électrique, oui, mais de quelle charge source ?
de plus, j'assimile le trajet AB comme une droite, à ,quoi cela sert de le décomposer en vecteurs ?

[invite29cc55c1]

J'ai médité un peu.
En fait si je comprend bien, du est infinitésimal, et on fait l'intégrale comme la somme des E*du. Ca nous donne "l'air".
Donc j'ai enfin la vraie définition du potentiel électrostatique
cependant ce qui me gene c'est que le champ électrique n'accélere pas forcément, il peut aussi attirer , non ?
Pourquoi disent ils avec assurance que le champ électrique, important, accélère les e- libres et les ions ?