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1 - PHYSIQUE DES PHÉNOMÈNES ORAGEUX : DONNÉES ACTUELLES

2 - MÉCANISME D’IMPACT ET MODÈLE ÉLECTROGÉOMÉTRIQUE

3 - EFFETS DE LA FOUDRE

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

6 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : C3307 v3

Foudre et protection des bâtiments – La physique

Auteur(s) : Alain ROUSSEAU

Relu et validé le 04 nov. 2021

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RÉSUMÉ

La protection contre la foudre dépend de la sévérité locale en nombre de points de contact au sol par km² et par an obtenue grâce à des réseaux de détection spécialisés. La détection foudre permet également de faire de la prévention afin de mettre les personnes en sécurité ou de retarder un process industriel potentiellement dangereux.

Il est important de comprendre la physique de la foudre pour bien s’en protéger et notamment de différencier les coups ascendants et descendants, ainsi que la polarité. Les effets de la foudre sont également à prendre en compte avec l’aspect haute fréquence du courant de foudre et l’énergie associée aux impulsions. Enfin, des modèles sont nécessaires pour déterminer les emplacements de la structure qui risquent d’être impactés.

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ABSTRACT

Lightning protection of buildings - physics

Lightning protection of a structure depends on the lightning severity of the site given in number of strike points to ground per km² and per year. These data are obtained through specialized detection networks. Lightning detection also allows for prevention in order, to keep people in a safe area or to delay a potentially dangerous industrial process.

It is important to understand the physics of lightning in order to protect properly, and in particular to differentiate upward and downward flashes as well as polarity. The effects of lightning flashes are also to be taken into account with high frequency aspect of the lightning current and the energy associated with the impulses. Finally, models are needed to determine the locations of the structure that are likely to be impacted.

Auteur(s)

  • Alain ROUSSEAU : Ingénieur de l’École Centrale de Lyon – DEA de Génie électrique - Président SEFTIM – Président des Comités de Normalisation Protection Foudre AFNOR et CENELEC. Président du Comité de Normalisation Parafoudre IEC - SEFTIM, Vincennes (France) - Cet article est la version actualisée de l’article C 3 307v2 intitulé « Foudre et protection des bâtiments » rédigé par Alain ROUSSEAU, Claude GARY, Gérard BERGER en 2000.

INTRODUCTION

Lorsqu’en 1753 Benjamin Franklin inventa le paratonnerre à tige, il pensait que, par son effet de pointe, celui-ci était capable d’écouler à la terre le « fluide électrique » contenu dans le nuage orageux, et, par-là, d’empêcher la foudre de tomber.

Cette hypothèse ne résiste pas à l’analyse que permet la connaissance moderne des phénomènes d’ionisation. D’ailleurs, déjà du temps de Franklin, cette façon de voir fut rapidement infirmée : parmi les nombreuses tiges qu’il fit élever, cinq furent frappées par la foudre dès la première année de leur mise en place.

La seconde façon d’expliquer le rôle protecteur des paratonnerres consiste alors à considérer leur pouvoir d’attraction sur la foudre. On a cependant assez rapidement reconnu que ce pouvoir était limité à un volume relativement réduit, ce qui permet néanmoins d’assurer une certaine zone de protection autour du paratonnerre. Diverses définitions de cette zone, toutes empiriques, ont été données, généralement sous la forme d’un cône de section circulaire, d’axe vertical, et dont le sommet coïncide avec la pointe du paratonnerre. On a longtemps admis que le demi-angle au sommet de ce cône était fixe et de l’ordre de 45 ou 60˚.

Malheureusement, ce modèle simplifié de protection est imparfait car il ne prévoit pas certains cas. On connaît, en effet, de nombreux cas où la foudre est tombée au pied même du paratonnerre ou d’une tour élevée, ou a frappé cette tour à mi-hauteur. Ces observations ont notamment été faites auprès de tours de télévision et elles semblent même montrer que la concentration d’impacts est, à leur voisinage, supérieure à la moyenne de la région.

L’étude des phénomènes physiques mis en jeu par la foudre a permis d’élaborer une méthode de détermination de la zone de protection d’un Paratonnerre à Tige Simple (PTS), ou de fils tendus horizontalement ; elle permet également de définir la taille maximale des mailles d’une cage. Cette méthode est fondée sur l’analyse du mécanisme d’impact de la foudre et elle est mise en œuvre au moyen d’un modèle mathématique appelé modèle électrogéométrique. Bien que ce modèle ne soit pas parfait – bien des incertitudes subsistent – il constitue néanmoins l’approche la plus cohérente pratiquement et la plus simple de la protection directe contre la foudre qui ait été élaborée à ce jour. Il permet entre autres d’expliquer pourquoi la foudre peut tomber au pied d’une tour, donc d’expliquer certains « ratés » de protection, et montre que la zone de protection dépend de l’intensité de crête et de la polarité du courant qui va s’écouler par le coup de foudre. D’autres approches sont possibles mais imposent des calculs avec des logiciels de simulation ce qui constitue encore un frein.

Mais, afin de pouvoir développer ce modèle et d’en préciser des applications, il est nécessaire d’étudier le phénomène orageux et d’examiner les paramètres principaux qui caractérisent la foudre.

Nota

le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes et expressions importants de l’article, ainsi qu’un tableau des sigles, notations et symboles utilisés tout au long de l’article.

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KEYWORDS

risk   |   lightning rod   |   lightning   |   fire protections   |   collective protection   |   individual protection

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-c3307


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PEDEBOY (S.) -   Review of the lightning dataset and lightning locating system performances as recommended by the IEC 62858 standard  -  CIGRE ICLPS (2019).

  • (2) - SCHMITT (S.), ROUSSEAU (A.) -   Thunderstorm warning systems : IEC 62793 standard –  -  ICLP (2016).

  • (3) - UMAN (A.) -   Lightning  -  Dover Publ. Inc., New York (1982).

  • (4) - GARY (C.) -   La Foudre. Histoire des connaissances. Nature du phénomène. Risques et mesures de protection  -  2e édition Masson (1999).

  • (5) - RAKOV (V), al -   Lightning: physics and effects  -  Cambridge university press (2003).

  • (6) -   Récents progrès dans les recherches sur la foudre  -  Journées d’études SEE Club 11, 23 et 24 nov....

NORMES

  • Protection contre la foudre Partie 1 : Principes généraux - NF EN 62305-1 - 2013

  • Protection contre la foudre Partie 2 : Évaluation des risques - NF EN 62305-2 - 2012

  • Protection contre la foudre Partie 3 : Dommages physiques sur les structures et risques humains - NF EN 62305-3 - 2012

  • Protection contre la foudre Partie 4 : Réseaux de puissance et de communication dans les structures - NF EN 62305-4 - 2012

  • Systèmes de protection contre la foudre à dispositif d’amorçage - NFC 17-102 - 2011

  • Densité de foudroiement basée sur des systèmes de localisation de la foudre (LLS) - NF EN 62858 - 2016

  • Protection contre la foudre – Systèmes d'alerte aux orages, (une nouvelle version est prévue en 2020). - NF EN IEC 62793 - 2018

  • Composants des systèmes...

1 Réglementation

Arrêté dit ICPE : Arrêté du 11 mai 2015 modifiant une série d’arrêtés ministériels pour prendre en compte la nouvelle nomenclature des installations classées pour la protection de l’environnement entrant en vigueur au 1er juin 2015 dans le cadre de la transposition de la directive no 2012/18/UE du 4 juillet 2012.

Arrêté dit INB : Arrêté du 07/02/12 fixant les règles générales relatives aux installations nucléaires de base.

Arrêté dit INBS : Arrêté du 1 octobre 2007 définissant les modalités relatives à la protection contre la foudre des installations nucléaires de base secrètes et des installations de mise en œuvre et de maintenance associées aux systèmes nucléaires militaires.

HAUT DE PAGE

2 Annuaire

Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

DUVAL-MESSIEN

https://duval-messien.fr/

NVENT

https://www.nvent.com/fr/fr.html

FRANKLIN-FRANCE

https://franklin-france.com/

France Paratonnerres

https://france-paratonnerres.com/

INDELEC

https://indelec.com/

Société Alsacienne de Paratonnerres

https://www.sap-strasbourg.fr/

Organismes – Fédérations...

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