Mercredi 18 mai 2005
La foudre a depuis toujours causé de nombreux dégâts matériels ( maisons incendiés, appareils grillés…). Pour protéger tout ce matériel , une idée émerge dans les années 70 : utiliser un faisceau laser pour ioniser l’air et canaliser ainsi l’énergie de la foudre vers un point précis. Cela permettrait de dévier la foudre des appareils électriques et des bâtiments importants. Ce principe consiste à transformer les atomes de l’air en ions et ainsi électriser l’air de façon à former un faisceau électriquement chargé qui pourra avoir des interactions avec les ions de la foudre. On pourra donc placer le faisceau de telle façon à attirer la foudre dans des endroits sans risques. Le 1er prototype fut monté par les Américains et les Japonais. C’était un laser au gaz carbonique mais il était assez encombrant. Un second appareil du même genre sera inventé dans les années 80 mais il n’aura pas non plus un vif succès. Le second prototype n’apparaîtra que plus tard, dans les années 2000. Il provient de l’Institut de Recherche Hydro-Québec ( IREQ). Ce laser, nommé le laser titane-saphir est bien évidemment plus performant, et surtout moins encombrant donc plus pratique. Il met moins de tant à ioniser l’air environnant et est capable des canaux ioniser sur plusieurs dizaines de mètre, prouesse que n’était pas capable d’accomplir le premier prototype. Les lasers titane-saphir ont déjà été testé en 2004, mais seulement en laboratoire. Les scientifiques ont créer un mini orage avec deux électrodes séparés de 50 cm et l’expérience fut un réel succès. Cet hiver ils vont refaire un test avec des électrodes écartées de un à trois mètres et vont produire un orage de 500 000 volts à 1 000 000 de volts. Puis en été 2006, ils referont le test avec cette fois-c des électrodes espacés de 10 mètre capables de produire un éclair pouvant aller jusqu’à 5 000 000 de volts. Ce projet à ses avantages mais aussi des inconvénients. En effet, pour tester habituellement des équipements électriques il faut attendre sept à huit ans pour que la foudre tombe sur l’équipement. Or dans ce cas, si l’équipement fonctionne, on pourra directement faire tomber sur une pièce durant l’orage et même à plusieurs reprises si nécessaire. Cependant, il faudra encore attendre quelques années avant de pouvoir utiliser des lasers car à chaque étapes, surgit une nouvelle embûche. Passer de 50 cm à 2 mètres c’est déjà un pas gigantesque alors créer un système pouvant s’appliquer sur des kilomètres serait un exploit ! De plus pour tester cet appareil en laboratoire il s’agit de manier deux technologies de pointes : générer de très hautes tensions électriques, de l’ordre du méga volt, et de combiner le tout avec un laser très puissant. L’autre problème qui se pose est que pour l’instant, les expériences ont toutes était réalisés en espace clos. Arrivé sur le terrain il faudra faire faces à de nombreux problèmes, le système devra faire faces au vent, à la pluie et à toutes les autres épreuves réservées par le Nature.
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Mercredi 18 mai 2005
Un cumulonimbus orageux, un nuage, est un immense réservoir de charges électriques. Les origines de ces charges électriques restent mystérieuses. On suppose qu’elles sont crées par les frottements provoqués par les nombreux tourbillons à l’intérieur du nuage entre les poussières, gouttes d’eau et cristaux qui le composent ou bien qu’elles résultent des changement d’état de l’eau (gaz, liquide, solide) dans le nuage. Ces charges électriques sont soit négatives soit positives. Le nuage orageux rassemblent des paquets de charges positives et des paquets de charges négatives. Ces paquets s’attirent mutuellement lorsqu’ils sont de signes opposés( deux charges de siqnes contraires s’attirent ). Si cette attraction devient trop forte, il y a un déclenchement d’une décharge électrique destinée à équilibrer les charges. C’est l’ECLAIR. I Il existe une attraction entre les charges négatives situées à la base du nuage et les charges positives qui s’accumulent au sol. La base du nuage et le sol représentent deux éléctrodes géantes séparées par une nappe d’air isolante. Celle-ci devient de moins en moins étanche au passage de l’électricité au fur et à mesure que l’attraction entre les forces devient plus forte. Quelques charges négatives du nuage finissent par s’extrairent, attirées par les charges positives au sol. II Les charges négatives tentent de trouver le meilleur chemin vers le sol, elles essayent différents chemins pour finalement les abandonner ce qui donnera comme résultat final le dessin d’une veritable arborescence de l’éclair dans l’air. Les charges positives au sol tentent aussi de trouver le plus court chemin pour remonter vers le ciel : elles s’accumulent sur des points élevés, comme la cîme des arbres, et en jaillissentmême pour former un petit arc électrique. III Les charges éléctriquent se rencontrent. L’éclair peut enfin emprunter le canal dessiné par les charges électriques pour déferler jusqu’au sol.
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Mercredi 18 mai 2005
Malheureusement l’énergie produite par la foudre n’est pas très importante. En France les orages peuvent produire 20MW par an alors que la centrale nucléaire de Gravelines (Hauts-de-Seine) peut produire 5000MW par an et le barrage de Génissiat( Ain) 400MW. Donc, comparé à ces autres sources d’énergie, celle apportée par la foudre est infime. Avec 20MW, seulement 5000 foyers français pourrait avoir l’énergie qui leur est nécessaire. Par ailleurs, la probabilité annuelle de foudroiement d’un paratonnerre de type franklin de 10m de hauteur est d’une chance sur 1000 en France. La quantité d’énergie qui peut être recueillie n’est donc pas fixe selon l’endroit où l’on se trouve ni selon les période ce qui rend impossible le fait de ne vivre que de l’énergie produite par les orages. La foudre est aussi directement dangereuse pour les hommes. Les orages ont une très grande puissance de destruction. Un éclair qui toucheune ligne de tension en tombant sur une maison peut griller l’ensemble des appareils électriques) . Par leur chaleur ils peuvent incendier des maisons, surtout si elles sont en bois. De plus l’éclair peut catapulter des personnes en l’air sur plusieurs mètres. En France il y a 40 morts foudroyés par an.
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Mercredi 18 mai 2005
-La puissance d’un éclair est de 500MJ. En supposant qu’il y ait en moyenne 100 éclairs lors d’un orage, l’énergie moyenne produite par l’orage est de 50GJ. -Un courrant de 30 000 ampères est produit par un éclair, ce qui correspond environ à une tension de 100 millions de volts -La longueur d’un des éclair peut aller de 100m à 20km, sa vitesse atteint 40000km/s, donc un peu plus d’un dixième de la vitesse de la lumière -Le diamètre d’un orage varie entre 15 et 25km -32.000.000 d’éclairs frappent annuellement la surface terrestre -Il y a environs 20 millions d’orages par an
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Mercredi 18 mai 2005
Selon l’endroit où l’on se trouve, les risques de foudroiement sont plus ou moins importants. Plus on s’éloigne de l’équateur, plus la fréquence d’orage diminue, jusqu’à devenir nulle au niveau des pôles ou des régions sub-polaires. De plus, la force moyenne des orages diminue au fur et à mesure qu’on s’éloigne de l’équateur. La chaleur et l’humidité sont aussi les causes des orages. Etant donné qu’il fait plus chaud au niveau de l’équateur, la fréquence des orages y est plus fréquente. La position par rapport à l’équateur n’est pas le seul facteur qui détermine la fréquence des orages. Par exemple, à l’est des U.S.A les orages sont plus nombreux et plus violents qu’en France malgré le fait que les deux pays soient à la même latitude. Cela est du au fait que l’air plus froid et sec du Pôle Nord rencontre l’air plus chaud et humide du golf de Mexique. Les orages se produisent surtout en été (de juin à août dans l’hémisphère Nord et de décembre à février dans l’hémisphère Sud) car l’air se réchauffe plus vite au sol, donc il est plus léger, monte plus vite et plus haut et rencontre donc plus les courants froids qui sont en altitude. Il est d’usage de caractériser l’importance de production d’orages dans une région par son niveau kéraunique. C’est par définition « le nombre de jours par an où le tonnerre à été entendu ». Par exemple en Floride le niveau kéraunique dépasse 100 alors qu’il n’est que de 20 en France.
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