15.déc.2017

A la question « comment fonctionne un paratonnerre ? » il faut indiquer que le paratonnerre est le terminal aérien en charge de la protection externe d’un édifice ou d’une structure contre les impacts directs de la foudre.

Avant de voir comment fonctionne un paratonnerre, nous allons aborder le contexte historique et les possibles effets de la foudre.

Histoire

Le 15 juin 1752, au cours d’un orage à Philadelphie, un scientifique inventeur, Mr Benjamin franklin, fit voler un cerf-volant d’armature métallique attaché à une corde en soie dans laquelle il avait fait glisser une clé métallique et la plaça près de sa main. Grâce à cette expérience il put observer qu’au travers du fil de soie l’électricité arrivait jusqu’à la clé et produisait des éclairs électriques.

Il confirma que la clé se chargeait électriquement, démontrant ainsi que les nuages étaient chargés électriquement et que la foudre contenait de grandes décharges électrostatiques.

Franklin découvrit que la foudre (ou feu électrique, comme il l’appelait), à sa sortie des nuages, trouvait un conduit métallique dans lequel pénétrer dans sa descente vers la terre, qu’elle y restait et se dissipait. Un an plus tard, en 1753, il inventa le paratonnerre, appelé tige Franklin et ce cerf-volant devint le plus réputé de l’histoire.

Effets de la foudre

difference puissance

Parmi les différents effets que peut provoquer la foudre, nous pouvons en citer quelques-uns tels que les effets thermiques, physiologiques, électrodynamiques, électrochimiques, etc. De par leur importance nous mettrons en avant les thermiques et physiologiques.

Les effets thermiques sont dus à la haute température qu’atteint le canal par lequel circule le courant de la foudre, pouvant arriver jusqu’à presque 20.000° C, provoquant d’importants dommages quand cette décharge électrique impacte par exemple un arbre ou une structure.

Quant aux effets physiologiques, ils touchent principalement les êtres vivants et sont dus aux tensions de passage et contact qui se génèrent quant une décharge de la foudre au sol se produit. Pour lutter et mitiger ces effets, les normatives de protection contre la foudre établissent des mesures de sécurité pour les personnes et les animaux, comme par exemples celles rédigées dans l’annexe D de la norme UNE 21186 :2011.

Il existe également des normatives internationales qui traitent le thème des effets des courants de foudre dans le corps humain et le bétail (IEC TR 60479-4 :2011). D’autres normatives énumèrent les procédés de sécurité pour réduire les risques lorsque nous nous trouvons à l’extérieure d’une structure ou édifice (IEC/TR 62713).

La foudre a également deux effets associés très caractéristiques : l’éclair, qui est l’effet lumineux dû à la circulation de tant de courant (jusqu’à 200 kA) et le tonnerre, qui est l’effet sonore dû à l’onde expansive de l’air qui se chauffe en l’espace de quelques microsecondes à très hautes températures.

Fonctionnement

A la question “comment fonctionne un paratonnerre”, il faut indiquer que le paratonnerre est le terminal aérien en charge de la protection externe d’un édifice ou d’une structure contre les possibles impacts directs de la foudre. Pour cela, le paratonnerre doit toujours s’installer sur la partie la plus élevée de l’édifice ou la structure à protéger et captera et canalisera de manière sûre la décharge de la foudre au sol.

Pour pouvoir capter cette décharge, les paratonnerres disposent d’une pointe et d’un corps métallique connectés par un conducteur au système de mise à la terre de faible impédance (inférieur à 10 Ω) où se dissipe la décharge du réseau à la terre.

Lors d’un orage, entre le système nuage-terre se crée un haut voltage dû à la grande quantité de charges électriques présentes aussi bien dans la base du nuage comme au sol. Ce haut voltage est le détonateur pour que s’enclenche le traceur descendant de la foudre, qui perforera le diélectrique de l’air situé entre le nuage et le sol. Le champ électrique E (kV/m), très élevé dans cette zone, produit qu’au travers du corps du paratonnerre, démarre une circulation de charges électriques ascendantes et de signes contraires à mode de traceurs ascendants qui se rencontreront et se combineront avec le traceur descendant, le captant et déchargeant au sol.

Systèmes de protection externe

Il existe 4 systèmes de protection externe approuvés par normatives :

Dus à ses avantages par rapport aux autres systèmes de protection externe, le paratonnerre à dispositif d’amorçage PDA est le plus utilisé actuellement, car il nous proportionne un plus grand rayon de protection que les autres systèmes (jusqu’à 80m de rayon à un niveau I de protection) et son installation est très simple ; en effet, dans certains cas, il n’est nécessaire qu’un seul conducteur de descente pour conduire le courant de la foudre et d’une seule mise à la terre pour dissiper toute son énergie. Comme conséquence de Tous ces facteurs, l’installation d’un système de paratonnerres PDA est simple, facile, sûre et bon marché en comparaison aux autres systèmes.

Comment fonctionne un paratonnerre

Design et installation

Pour la correcte conception d’un système de protection contre la foudre sur une structure, nous devons dans un premier temps réaliser une analyse du risque de foudre afin de déterminer si la protection est nécessaire. Si c’est le cas, nous devrons calculer le niveau de protection ou le facteur de sécurité à appliquer sur cette structure (I, II, III o IV).

Sur la page web de INGESCO il y a un logiciel online gratuit pour réaliser ce calcul et évaluation.

niveau de protection

Une fois le calcul du niveau de protection fait, nous sélectionnerons un des 4 systèmes de protection externe contre la foudre selon vos besoins.

Si le système choisi est celui du paratonnerre à dispositif d’amorçage PDA, seront suivies toutes les lignes directrices marquées par la normative qui régule ce type de paratonnerre  (UNE 21186:2011 ou CTE DB-SUA-8).

Dans l’article isntallation de paratonnerres nous trouverons l’information détaillée de comment réaliser l’installation d’un paratonnerre PDA selon normative.

 

Comment savoir si vous devez installer un paratonnerre

Vous pouvez consulter directement le département d’ingénierie d’INGESCO pour qu’il réalise l’étude gratuitement, selon la normative en vigueur et pour qu’il vous remette un rapport technique détaillé si l’installation d’un système de protection est nécessaire. Sinon, vous pouvez réaliser vous-même l’étude avec le software ingesco.

Comment fonctionne un paratonnerre