La foudre

Lorsqu'une personne est touchée par la foudre comme dans «Frankenweenie» , il faut lui porter secours immédiatement : elle peut avoir causé un arrêt cardiaque. Mais comment est-elle venue jusqu'à tuer ? Comment s'est elle formée ?

La foudre vient d'un grand nuage orageux, généralement de type cumulo-nimbus, un grand nuage dense en forme d'enclume occupant une surface de plusieurs dizaines de kilomètres carrés, ayant une épaisseur de plusieurs kilomètres, et dont le sommet atteint 15 000m. Sa masse est de l'ordre de centaines de milliers de tonnes d'eau. Il se forme lors de fortes différences de température. Les différences de température créent de vents ascendants et descendants très violents à l’intérieur du nuage qui agitent ces molécules d'eau et créent de l'électricité statique. Ce processus de séparation va donc susciter la monté des cristaux de glace chargés positivement dans la partie supérieure du nuage et la chute des gouttes d'eau chargées négativement à la base du nuage. Parfois, un îlot de charges positives est enserré dans la masse négative. Au niveau du sol, il y a aussi un phénomène d'électrisation puisqu'il existe en permanence dans l'atmosphère un champ électrique faible de 100 à 150V/m. Au moment de la formation ou de l'approche d'un nuage orageux, sous l'influence des charges négatives de la base du nuage, le champ électrique du sol s'inverse et croit fortement. Lorsque son intensité atteint -10 -15 kV/m, la décharge au sol peut être imminente. 



A la suite de se phénomène d'électrisation dans le nuage et le sol, il existe 3 types d’éclairs : les éclairs nuage-sol, intra-nuageux (à l'interieur d'un nuage), extra-nuageux (entre 2 nuages). On va s'intéresser sur les coups de foudre descendants et ascendants entre le nuage et le sol, puisque ce sont les seuls qui peuvent atteindre l'homme.
Un coup de foudre descendant entre un nuage et le sol se fait en 2 grandes étapes: Tout d'abord, la première phase d'un coup de foudre est toujours la formation d'une pré décharge, appelée traceur. Dans le cas d'un coup de foudre descendant, le traceur prend naissance dans le nuage. Ce traceur négatif descend vers le sol par attirance par bonds successifs. Ils forment alors un pont conducteur entre le nuage et le sol, et va former un canal d'air ionisé qui va permettre le passage d'un courant de forte intensité. Lorsque ce traceur par bonds s'approche du sol, des traceurs ascendants se forment au niveau d'une saillie (ex: sommet des arbres) et se dirigent vers le traceur descendant. Lorsqu'ils ne restent qu'une dizaines de mètres qui les séparent ces traceurs ascendants et ce traceur par bond se rejoignent, formant ainsi un canal ionisé continu. Il s’établit alors un court circuit entre le nuage et le sol qui va permettre le passage d'un courant à forte intensité. Ce courant est en fait constitué par les charges superficielles du sol, induites par les charges du nuage, et qui en remontant le canal ionisé formé par les traceurs, neutralisent leurs charges. On observe alors un trait lumineux qui progresse du sol vers le nuage, causé par l'échauffement brusque du canal par le courant qui le traverse, qui est la seule étape de la formation de la foudre visible à l’œil nu : c'est l'arc en retour.
Comme cette décharge laisse une trace conductrice qui relie le nuage et le sol, quelques instants plus tard (de 10 à 70 ms) de nouveaux traceurs descendants et arc en retour vont emprunter cette trace en progressant beaucoup plus rapidement. On comptes en moyenne 4 aller-retour sur cette même trace. L’œil humain du fait de la persistance rétinienne, ne perçoit généralement qu'un seul éclair. 

Si le coup de foudre est ascendant ( c'est à dire du sol vers le nuage), les traceurs se développent à partir d'une proéminence importante au sol puis se dirigent vers le nuage comme par exemple au niveau des montagnes ou des grands immeubles.
La foudre est source de nombreux dégats matériels : incendies, destructions de batiments, destruction de matériels de transmission. En plus de cela, les victimes touchées par la foudre restent nombreuses. Nous allons surtout s'axer sur les dégâts causés par la foudre sur l'homme.

Avant de s'intéresser aux conséquences de la foudre sur le corps humain, nous avons cherché comment la foudre peut atteindre l'homme. Nous allons expliquer quels sont ces différents types de foudroiement qui peuvent causer de nombreuses électro pathologies.

Le plus connu est bien sur le coup de foudre direct : La décharge se produit par impact direct sur la personne. En grande partie, le voltage d'un coup de foudre est dérivé à la surface du corps par un arc de contournement ( la diffrence de potentiel entre le sol et la surface du coprs est si élevée qu'elle amorce un arc électrique permettant à la majeur partie du courant de s'écouler). Seul 1 à 10 ampères traversent l'organisme pendant quelques centaines de microsecondes.

Il ne faut néanmoins pas croire que la chute directe de la foudre est la seule cause d'accident possible : dans de nombreuses circonstances, les accidents sont dus à un foudroiement indirect. Nous avons donc trouver quels peuvent être ces différents foudroiements indirects :

- le foudroiement de toucher : une personne dont les pieds sont en contact avec un sol suffisamment conducteur, touche un objet conducteur qui a été directement foudroyé. Ce foudroiement est très dangereux car le courant traverse l'organisme. 

 -le foudroiement par éclair latéral : le courant de la foudre descend par un élément faiblement conducteur (ex : arbre) avant de sauter vers un chemin de moindre résistance par l’intermédiaire d'un arc comme une personne située à proximité de cet élément. Voila pourquoi on dit qu'il est dangereux de se mettre sous les arbres en temps d'orage, l'arbre est beaucoup plus résistant que notre corps . La foudre va donc s'écouler par notre corps jusqu'à la terre. Les conséquences sont les mêmes que celles d'un coup de foudre direct. Ce foudroiement peut même se passer en intérieur. 

- le foudroiement par tension de pas : C'est lorsque le courant s'écoule dans la terre près d'une personne. A cause de la résistivité du sol, cet écoulement génère un « gradient de potentiel », ce qui signifie qu'entre 2 points proches, situés à la surface du sol, va apparaître une différence de potentiel. Si ces points sont les pieds de la personne, elle va être parcouru par un courant de dérivation.

- le foudroiement non mortel par ramification du coup principal : lors de 
la formation de la foudre vu précédemment, il n'y a souvent qu'un seul traceur descendant rencontrant un traceur ascendant. Ces autres traceurs descendants qui ne sont par rentré en contact avec le sol peuvent provoquer des commotions par couplage. Ce couplage génère des forces électrostatiques considérablement intenses, que subit la surface du corps.

Maintenant que nous avons compris comment  la foudre peut atteindre l'homme, nous pouvons désormais expliquer quelles peuvent être les conséquences d'un foudroiement sur l'homme. Les électro pathologies causées par la foudre sont plus ou moins graves, elles vont des lésions jusqu'à la fibrillation ventriculaire qui est une des causes de mort par foudroiement. Nous avons donc étudié chacun de ces cas d'électropathologies.
Il est bien connu que la foudre peut causer de nombreuse brûlures. Les plus superficielles des brûlures cutanées sont en forme de feuilles de fougère, appelées figures de Lichtenberg, causées par le trajet du courant.

Des brûlures plus profondes se trouvent au niveau des points d'entrée ou de sortie du courant.

Si la foudre passe par le cerveau, cela peut provoquer une perte de connaissance. La victime se réveille alors au bout de quelques secondes à quelques minutes, sans pour autant avoir ressenti une douleur ou des traumatismes révélés. Cette pathologie est souvent accompagnée d'un arrêt respiratoire, si le courant est passé par les centres respiratoires bulbaires, situés juste en dessous du cerveau.

La fibrillation ventriculaire est une des causes de mortalité les plus fréquentes par un foudroiement. Comme vu précédemment, les fibres du muscle cardiaque se contractent synchroniquement grâce au tissu nodal. Un courant électrique passant par le coeur peut perturber la coordination des battements du cœur. Cela provoque de nombreux troubles du rythme cardiaque, dont le plus grave est la fibrillation ventriculaire qui conduit à un arrêt cardiaque. Une mort terrible peut être évitée si on met en œuvre une réanimation cardiaque et respiratoire, puis le plus rapidement possible une défibrillation par un ou plusieurs chocs électriques externes. On peut penser que chaque coup de foudre atteignant le coeur provoque une défibrillation, mais ce n'est pas le cas car le cycle cardiaque n'a qu'une seule période de très grande vulnérabilité, au niveau de l'onde T de l’électrocardiogramme, comme vu précédemment. Comme cette période vulnérable ne représente que 0.2 secondes, les risques de fibrillation sont atténués si le coup de foudre frappe la personne en dehors de cet intervalle.