Un risque commun : la foudre - Exemples de situations à haut risque

Un risque commun : la foudre - Exemples de situations à haut risque
Il est peu probable que vous soyez un jour le témoin d’un grand séisme ou d’une violente
éruption volcanique. Mais vous avez l’habitude des orages d’été et des coups de foudre. C’est
un risque commun, mais bien réel, puisque la foudre frappe une centaine de personnes
chaque année au Canada.
On a une bonne connaissance scientifique de la foudre, ce qui permet de protéger de façon
efficace les structures: édifices, avions, lignes à haute tension, etc. Mais la foudre est un
phénomène trop courant (l’image de gauche montre les coups de foudre pendant 10 minutes
le 10 juillet 2001) et trop imprévisible (deux coups de foudre successifs peuvent se produire à
10 km l’un de l’autre ; image de droite) pour assurer une protection efficace des personnes.
C’est donc à chacun d’assurer sa propre protection.
Que savez-vous de la foudre et des façons de s’en protéger ?

La foudre est un phénomène «électrique» associé aux cellules orageuses.

C’est quoi «l’électricité» ? Tous les objets sont formés de particules minuscules appelées
électrons et protons. Les électrons et les protons s’attirent les uns les autres et forment ainsi
des assemblages qu’on appelle atomes, molécules, ions, métaux, polymères, etc. Il est
commode de décrire cette attraction en disant que les électrons ont une «charge» - et les
protons une «charge» +, et que les + et les - s’attirent.

L’électricité ce sont tous les phénomènes qui apparaissent quand on réussit à séparer
de force un groupe de charges + et un groupe de charges - qui étaient liés l’un à
l’autre.

La figure de gauche nous rappelle que pour faire fonctionner un appareil électrique il faut le
brancher à une prise de courant, à une pile ou à tout autre dispositif qui fait le travail de
séparer des charges + et -.

La figure de droite montre une séparation de charges observée au labo.

Les orages sont électriques justement parce qu’il y a une
séparation de charges + et de charges - à l’intérieur du nuage
orageux.

La figure de droite en donne un exemple : notons que la
séparation des charges dans le nuage en induit aussi une dans
le sol.

On ne sait pas encore exactement en 2006 par quel mécanisme
les charges se séparent dans un nuage orageux. On pense que
des cristaux de glace et des grains de givre s’échangent des
charges quand ils butent les uns sur les autres.

La foudre est un courant d’électrons négatifs qui
s’écoule du nuage vers le sol.
L’air ne contient pas normalement de charges libres de
se déplacer et ce sont les électrons eux-mêmes qui
doivent d’abord créer un chemin conducteur dans l’air.
Bien qu’on puisse citer les résultats de nombreuses
observations sur le déroulement de la foudre, on reste
encore incapable d’expliquer pourquoi les choses se
passent ainsi. On sait seulement que la séparation des
charges dans le nuage est essentielle pour amorcer le
processus.

Une des théories sur la formation
du chemin conducteur dans l’air.

Scientific American, mai 2005

Si ce courant traverse le corps humain, il peut brûler les tissus, arrêter le coeur ou
la respiration, provoquer des contractions musculaires violentes, causer une
paralysie temporaire et, surtout, endommager le système nerveux (insomnie,
convulsions, douleur chronique, etc.).
Les gens se tuent ou se blessent aussi en faisant une chute ou un faux
mouvement, ou en étant projetés au loin. La foudre n’est pas un bon tueur, le taux
de mortalité étant de l’ordre de 10 %. La majorité des personnes foudroyées
survivent donc, mais souvent avec des séquelles importantes.

La foudre est un courant bref mais très intense qui
  suit un trajet tortueux d’un nuage jusqu’au sol.

  Ce trajet est impossible à prévoir. Ce courant suit
  aussi des chemins complexes à travers le sol et
  les objets qui sont en contact avec le sol. Voir
  l’image    ci-contre.    Malgré     tout,    certains
  trajets/chemins sont plus probables que d’autres
  et certaines situations sont donc à haut risque.

  Nous allons donner quelques exemples de ces
  situations.

Ce ne sont que des exemples parce que chaque
activité (travail sur un chantier, voile, golf,
marche, escalade...) obéit à des règles de
sécurité spécifiques et pas toujours évidentes. Il
faut donc suivre une formation spécifique que
ce cours ne donne pas.

On pourrait résumer ainsi les résultats des petites
  expériences faites sur les courants électriques.
1.L’air n’est pas un bon conducteur, mais la foudre peut y
                                                                                      1
  créer un canal conducteur.
2.Il est plus probable que la foudre frappe un objet pointu
  et élevé qu’un objet arrondi et bas.
3.Le courant électrique circule très facilement dans les
  métaux, plus difficilement dans l’eau et les objets
  humides ou contenant de l’eau, pas du tout dans la pierre
  et le bois SECS.
4.Un courant chauffe le matériau qu’il traverse, d’autant
  plus qu’il y circule difficilement.
5.Entre deux chemins possibles, le courant utilise surtout le
  plus conducteur des deux.                                                      2

                                                                   Chemin créé du sol vers le nuage

                                            4

    3                                                           Verre créé par le passage du
                                                                courant dans le sable

1. Une golfeuse se prépare à frapper la balle. Il y a un gros nuage noir au-dessus
de sa tête. Il ne pleut pas encore et elle a seulement entendu des grondements
lointains, mais les charges s’accumulent et la foudre se prépare à frapper.
Qu’est-ce qui rend sa position dangereuse ?

                                     Traces de la foudre qui a frappé un drapeau

D’abord le fait d’être à l’extérieur, puisqu’on ne connaît que deux endroits
sécuritaires lors d’un orage (et encore, il faut y prendre des précautions), un
édifice fermé ou un véhicule à toit métallique. Ensuite, le fait d’être le point le plus
élevé sur un terrain dégagé, parce que la foudre frappe généralement l’objet le
plus haut. Enfin, le fait de tenir un bâton, un objet pointu, particulièrement si celui-
ci est en métal et constitue un bon chemin pour le courant.

2. Un cultivateur rentre chez lui à grands pas à cause de l’orage; il était dans les
champs et ses bottes de travail sont humides. La foudre frappe à 50 m de lui et
des courants intenses circulent dans le sol autour du point d’impact. Parce que ce
sol est moins bon conducteur que le corps humain, le cultivateur est foudroyé par
la partie du courant qui choisit le chemin plus facile offert par son corps. Montrez
qu’il n’aurait couru aucun danger si ses pieds avaient été ensemble.

Le corps du cultivateur offre un chemin plus
facile que le sol dans la mesure où ses
pieds sont écartés. Plus ils sont écartés,
plus le chemin est tentant. Moins ils sont
écartés, moins le chemin est tentant. Si ses
pieds sont ensemble, le courant se                                courant
compliquerait la vie à traverser son corps.

[Si on ne peut pas gagner un abri sûr (un
arbre, une tente, un édifice sans mur ou
sans plancher ne sont pas des abris), on
suggère d’adopter la posture ci-contre : bas,
pieds joints et oreilles bouchées. En
d’autres mots, être un point au lieu d’un fil.]

3. Un homme est au téléphone dans son chalet. Il a la main appuyée sur l’évier
métallique de la cuisine ; la plomberie descend dans le sol. La foudre frappe la
ligne téléphonique à 2 km du chalet. L’homme risque une forte secousse
électrique parce qu’il fait partie d’un chemin conducteur entre le point d’impact et le
sol. Dessinez ce chemin sur la figure.

                                Modem téléphonique
                                endommagé
                                                                           ligne

                                            plomberie
[Un édifice complet donne une
certaine protection parce qu’il offre au
courant des chemins conducteurs                                     sol
(plomberie, gouttières, installation
électrique, revêtement mouillé, etc.)
qui ne passent pas par les personnes,
si elles s’en tiennent loin.]

4. Lors d’un orage en montagne, un randonneur s’est réfugié sous un ressaut de
pierre. Il a le dos appuyé sur la paroi en pierre qui est parcourue par une longue
fissure verticale humide. La foudre frappe une pointe rocheuse 15 m au-dessus
de cet abri. Le randonneur risque d’être foudroyé parce qu’il se trouve sur un
chemin conducteur. Quel est ce chemin ?

                                                                      fissure
La pierre n’est pas un bon conducteur. Cela ne                           fissure
laisse qu’un chemin tentant au courant, la fissure
humide. C’est le corps du randonneur qui complète
ce chemin.

                                                                    pierre

                            Signe fréquent en montagne d’un coup
                            de foudre imminent. La personne a été
                            gravement blessée quelques
                            secondes après la photo.

5. Un orage a interrompu un match de soccer
dans un parc et une joueuse s’est réfugiée
sous un grand arbre isolé. La foudre frappe le
sommet de l’arbre. Le courant circule à la
surface du tronc mouillé par la pluie, un milieu
plus mauvais conducteur que le corps de la
joueuse. Le courant « saute » du tronc
jusqu’à l’épaule de la joueuse. Dessinez le
chemin suivi par le courant entre le sommet
de l’arbre et le sol. Quel matériau, qui est
normalement un bon isolant électrique, est
devenu conducteur durant cet accident ?

L’air est normalement un bon isolant, mais la foudre
y a créé un chemin conducteur entre l’arbre et la
joueuse. [Les lignes à haute tension sont faites de
fils d’aluminium nus qui sont isolés du sol par l’air
uniquement.]

6. Une femme rentre à la maison. La
foudre frappe la cheminée de briques d’un
immeuble voisin et elle reçoit une brique    La coupable c’est l’eau. La
projetée avec violence. Le courant, qui      chaleur la vaporise brusquement.
circule très mal dans la brique, passe par   La vapeur surchauffée crée une
le mortier humide entre les briques.         pression énorme qui fait exploser
Comme le mortier n’est pas un bon            le mortier.
conducteur,      le      courant   chauffe
intensément le mortier. Comment cela fait-
il exploser le mortier ?

7. La foudre frappe la pointe formée par le
mât d’un voilier. Le mât du voilier est en
métal et la coque est en fibre de verre (un
très mauvais conducteur). Par mesure de
sécurité, le propriétaire du voilier a vissé
une chaîne d’acier au pied du mât et il
laisse le bout de la chaîne traîner dans
l’eau. Le courant ne traverse aucune des
personnes se trouvant sur le pont du
voilier. Pourquoi le courant n’a-t-il pas
traversé les corps des personnes ?

Le courant suit le chemin le plus facile. Il existe un
excellent chemin métallique qui conduit directement du
point d’impact jusqu’à l’eau, soit le mât et la chaîne.
Tout chemin qui traverse les personnes doit aussi
passer par la fibre de verre de la coque, ce qui est
moins tentant.
[Il existe des façons plus sûres de protéger un voilier,
notamment en utilisant une mise à la masse sous la
coque.]