I) L'action de l'électricité statique dans la formation de la foudre

Dans cette première partie de notre projet, nous nous sommes intéressés à l’électricité statique (son origine et ses caractéristiques), puis à son rôle dans la formation de la foudre, notamment dans le cadre naturel de l’orage.

A - Qu’est-ce que l'électricité statique ?

1) Atomes, électrons, protons et neutrons

Tout atome est composé d’un noyau central autour duquel des électrons sont en mouvement.

Le rayon d’un atome est de l’ordre de 100 picomètres (10^-12 m), celui d’un électron de 1 femtomètre (10^-15 m). Le rayon d’un atome est 100 000 fois plus grand que celui de son noyau.

L’atome est essentiellement constitué de vide.

Schéma simplifié d'un atome

Le noyau est constitué de deux types de particules qui forment la famille des nucléons :
- les protons
- les neutrons 
 

Chaque atome dispose d’un nombre spécifique de protons noté Z (numéro atomique) et d’un nombre spécifique de nucléons noté A.

Particules	Charges	Masses
Protons	+ e = 1,6 x 10-19 C	1,6 x 10-26 kg
Neutrons	Charge nulle	1,6 x 10-26 kg
Électrons	- e = 1,6 x 10-19 C	9,1 × 10-31 kg

Un atome est par définition électriquement neutre. Il contient donc autant de protons (positifs) que d’électrons (négatifs).

Enfin, les électrons sont répartis dans des zones autour du noyau : les couches électroniques, nommées (K), (L), (M). Chaque couche comporte un nombre défini d’électrons. Quand une couche est pleine, on la dit saturée. Elles permettent entre autre de classer les différents atomes dans le tableau de Mendeleïev (classification périodique des éléments).

2) Loi de Coulomb

Charles-Augustin Coulomb est un physicien français qui fit la découverte en 1785 d’une loi en électrostatique qui porte désormais son nom. Cette loi exprime la force de l’interaction électrique entre deux particules chargées positivement ou négativement. Elle est aujourd’hui la base de l'électricité statique telle que nous la connaissons.

La loi de Coulomb :

« L'intensité de la force électrostatique entre deux charges électriques est proportionnelle au produit des deux charges et est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux charges. La force est portée par la droite passant par les deux charges. »

Donc deux charges électriques au repos q₁ et q₂ s’attirent ou se repoussent avec une force électrostatique F_e proportionnelle à chacune des charges q₁ et q₂. Cette force a pour direction la droite joignant les deux charges q₁ et q₂.

I) lorsque les charges sont de même signe, ce qui implique (q₁ x q₂) > 0, les forces d’interaction F_q1 et F_q2 sont répulsives:

II) lorsque les charges sont de signes opposés, ce qui implique (q₁ x q₂) < 0, les forces d’interaction F_q1 et F_q2 sont attractives:

3) Électrisation d’un corps par frottement

Nous avons voulu réaliser une expérience permettant de créer un champ électrostatique.

Voir Expérience 1

4) Les risques liés à l’électricité statique

Il y a deux types de risque :

I) Les dangers matériels

L’électricité statique peut par exemple être la cause d’incendies. Il y a un risque d’incendie ou d’explosion s’il y a la présence d’un combustible lors d’une décharge suffisante d’énergie. Ce risque est en particulier redouté dans l’industrie chimique.

II) Les risques pour la santé

Les écrans d’ordinateur ou de télévision (en particulier les anciens modèles) diffusent beaucoup d’électricité statique ce qui peut engendrer certains symptômes chez l’homme comme le stress, des problèmes de croissance, des problèmes de pression artérielle, des thromboses (caillot de sang dans une veine), apparition de crampes, contractions musculaires, maux de dos.