Comment se forme le champignon atomique ?

Qu'est-ce qui donne la forme si caractéristique des explosions nucléaires ? Pourquoi cette fameuse forme de champignon ?

L'explosion d'une bombe nucléaire libère une immense quantité de rayons X qui vont ioniser et chauffer l'air environnant, créant ainsi une bulle d'air chauffée à plusieurs millions de degrés. L'air chaud étant plus léger que l'air froid, celui-ci va s'élever et générer un puissant courant ascendant qui va au passage emporter tous les débris et la poussière avec lui. On appelle cela la convection. A ce moment, on observe donc une sorte de grosse colonne qui s'élève vers le ciel.

La convection est possible puisque nous nous trouvons dans la troposphère, c'est-à-dire la partie de l'atmosphère la plus proche du sol et qui s'élève jusqu'à une altitude de 8km à 12km. Dans cette zone, la température décroit avec l'altitude d'environ 6°C par kilomètre. La limite supérieure de la troposphère s'appelle la tropopause, qui marque la limite avec la stratosphère. 

Dans la troposphère, nous avons vu que la température décroit avec l'altitude : d'une moyenne de 12°C à la surface de la Terre, on descend à -80°C au niveau de la tropopause. C'est ce gradient de température qui permet la convection et qui est à l'origine de tous les mouvements atmosphérique en favorisant la montée de l'air chaud au dessus de l'air froid, créant ainsi nos phénomènes météorologiques. C'est donc grâce à ce gradient que la bulle de chaleur de notre explosion nucléaire peut s'élever dans le ciel... jusqu'à la tropopause.

Mais au niveau de la tropopause tout va changer : cette limite marque en effet le passage dans la stratosphère où le gradient de température s'inverse (inversion), empêchant ainsi tout phénomène de convection dans cette zone. Pour faire simple, la température de l'air diminue jusqu'à la tropopause, puis ré-augmente dans la stratosphère, ce qui stoppe totalement tous les phénomènes de convection. Au niveau de cette limite, la boule de chaleur émise par l'explosion ne peut donc plus poursuivre son expansion verticale, elle va dont s'étaler latéralement contre la tropopause : c'est ce qui forme le chapeau du champignon.

L'inversion de certains paramètres physiques permettent à la tropopause d'être une sorte de barrière naturelle à de nombreux autres phénomènes, tel que le développement des nuages. C'est notamment elle qui limite l'expansion des cumulonimbus ou des fumées de volcans, qui vont aussi s'étaler et prendre la forme de champignons.