Phénoménologie de la foudre
Protection contre la foudre - Principes généraux et normes en vigueur

Au XVIII ^e siècle, période durant laquelle s'instaurèrent de nouvelles exigences de rigueur pour les théories et les expériences, on comprit que la foudre n'était pas une arme dont disposait un dieu tonitruant, mais un phénomène naturel régi par les lois de la Physique. Sans trop connaître ces lois, les chercheurs de cette période ont alors démontré qu'il était possible de perturber sa marche et de lui tracer une route qu'elle pouvait suivre sans danger pour autrui, grâce aux systèmes de protection contre la foudre, composés de paratonnerres et de conducteurs de descentes reliés à la terre. Dès lors, on s'efforça de trouver la meilleure méthode pour installer le système de protection contre la foudre, afin d'améliorer son efficacité.

Aux États-Unis, pendant un certain temps, les lignes de transmission d'énergie électrique ont été protégées sur la base d'un angle de protection de 30^o par rapport à la verticale. Au milieu des années 1950, lorsque l'on est passé au transport de niveaux de tensions plus élevées (345 kV) en utilisant des pylônes plus hauts, il s'est avéré que cette protection a perdu en fiabilité. Le taux de coupure due au foudroiement s'est révélé plus élevé que ce qui était prévu. À partir de données statistiques sur le foudroiement des réseaux électriques, un modèle empirique appelé « modèle électrogéométrique » a pu être établi. Il permet de déterminer l'étendue de la zone de protection d'un paratonnerre en fonction de sa hauteur et du courant de foudre qu'il peut intercepter.

Aujourd'hui, les connaissances dans le domaine de la physique de la foudre ont été améliorées, grâce particulièrement aux expériences sur les grands intervalles d'air et aux expériences de déclenchement artificiel de la foudre. On sait que l'interception de la foudre résulte de l'augmentation du champ électrique produit par un traceur descendant issu d'un nuage orageux. En effet, l'approche d'un traceur descendant induit et amplifie un champ électrique au voisinage d'une aspérité du sol, ce qui provoque la formation d'un traceur ascendant. Le coup de foudre a lieu lorsqu'il y a jonction entre ces deux traceurs.

Par ailleurs, il ne suffit pas seulement d'attirer le traceur ascendant et d'acheminer le courant de foudre vers le sol pour assurer la protection d'une structure. Il est aussi nécessaire de bien dimensionner tout le système de protection et de tenir compte du champ électromagnétique induit par le courant de foudre afin de s'en protéger également. C'est la raison pour laquelle, de nos jours, des normes internationales donnent différentes recommandations afin d'optimiser la protection contre la foudre, avec comme souci d'apporter une solution globale et de plus en plus fiable.

L'article proposé fait un état de l'art des connaissances concernant la protection contre la foudre. Afin de bien comprendre les concepts utilisés de nos jours, il est nécessaire en premier lieu, de définir les différentes phases de formation d'un coup de foudre au sol. Étant donné qu'environ 90 % des coups de foudre sur des terrains plats sont du type négatif descendant, nous ne nous intéresserons qu'aux modèles qui s'appliquent à ce type de décharge.

La protection et la prévention vont de pair. On s'intéressera aux réseaux de détection qui permettent en premier lieu la surveillance des orages et aussi la collecte de données. Ces dernières permettront, d'une part, d'enrichir les connaissances sur les caractéristiques de la foudre, mais aussi d'apporter une aide à la prévision du risque de foudroiement d'une région donnée afin de mettre en place une protection adaptée.

Afin de justifier la nécessité d'une protection, il est utile de rappeler les différents effets de la foudre qui causent des pertes humaines et matérielles.

Nous aborderons par la suite les concepts qui permettent justement de protéger les hommes, les structures et les réseaux, en faisant un rappel historique de l'évolution des systèmes de protection contre la foudre et une présentation des principes généraux de protection préconisés dans les normes en vigueur.