FAQ

Consultez cette foire au questions pour toute information sur le fonctionnement du courant foudre, des paratonnerres, ainsi que de la législation.

C’est à l’occasion de forts contrastes de température (orages de chaleur) que se forment ces nuages très particuliers des orages : les cumulo-nimbus.

Dans ces derniers, qui font plusieurs kilomètres de hauteur, de très forts courants ascendants produisent de grandes quantités d’eau et de glace. Le brassage qui a lieu à l’intérieur de ces nuages produit des charges électriques qui se regroupent à des endroits éloignés, les charges positives étant en haut, les charges négatives dans la partie basse.

Quand la rigidité électrique de l’espace séparant ces deux zones n’est plus suffisante, il se produit un amorçage (une étincelle gigantesque). La foudre est la manifestation visible de cet amorçage. C’est une très violente et très brève décharge d’électricité qui traverse l’espace depuis le nuage jusqu’au sol.

Les éclairs sont les décharges qui ont lieu entre les nuages. La France est frappée chaque année entre 1 et 2 millions de fois par la foudre en fonction des conditions météorologiques. Cette fréquence est variable d’un point à l’autre du territoire.

Le bruit caractéristique du tonnerre provient d’une élévation de pression d’origine électrodynamique. Cette surpression disparaît lorsque l’éclair s’éteint, produisant une onde de choc acoustique. La durée et l’intensité acoustique du tonnerre dépendent de la forme, de la longueur, de l’intensité et de la brièveté du coup de foudre.

Le niveau kéraunique (Nk) correspond au nombre d’orages et plus précisément, au nombre de coups de tonnerre entendus dans une zone donnée.

La densité de foudroiement (Ng) représente le nombre de coups de foudre par km² et par an.

La densité de points de contact de foudre au sol (Nsg) est le nombre moyen d’impacts de foudre au sol par km² et par an.

On estime que la foudre frappe environ 1 fois pour 10 coups de tonnerre entendus donc Nk = 10Ng

Ci-dessous la carte de la densité de points de contact de foudre au sol (Nsg) de la France issue de la norme NFC 17-102 (2011) d’après les données fournies par Météorage :

Carte Nsg France

Ci-dessous une carte du monde avec la densité de foudroiement (Ng) mesurée par la NASA :

Niveau kéraunique Monde

Le niveau kéraunique est le nombre de jour par an où l’orage a été entendu dans une zone déterminée. Les départements français ont été divisés en deux catégories ceux dont le niveau kéraunique est inférieur ou égal à 25 et ceux dont niveau est supérieur à 25. La protection contre la foudre est indispensable lorsque le niveau kéraunique est supérieur à 25.

Pour les coups de foudre, il y a deux grands types: les ascendants et les descendants. Ils sont déterminés par la direction prise par le leader (amorce de l’éclair, celui qui prépare le chemin à l’éclair).

Les éclairs nuage-sol sont nommés en fonction de la polarité et du sens de propagation du premier traceur.

On a ainsi les éclairs suivants :

Descendant NégatifLe coup de foudre descendant négatif provient d’un traceur descendant partant de la couche négative du nuage orageux et se propageant jusqu’au sol à la vitesse de 70 à 1200 km/s. A faible distance de celui-ci, un traceur ascendant est émis. Lors de leur rencontre la décharge a lieu et consiste en un transfert d’électrons du nuage vers le sol. Ceux-ci sont les plus fréquents.

 

 

 

 

 

Descendant PositifLe coup de foudre descendant positif est rare et en général très puissant. Il s’observe principalement lors des orages d’hiver. Les plus puissants sont appelés superbolts et même mégabolts. Ce type d’éclair provient d’un traceur descendant qui prend naissance dans la charge positive du nuage en se déplaçant à une vitesse allant de 500 à 2500 km/s.
En principe il s’agit d’éclairs très puissants qui se produisent généralement en phase terminale de l’orage, lorsque que la couche négative est moins dense et n’influence plus le sol en inversant sa polarité.
Lorsque le contact est établi, il s’ensuit un transfert de charges positives du nuage vers le sol.

 

 

 

Ascendant négatifLe coup de foudre ascendant négatif provient d’une charge ascendante négative. Ce traceur ascendant voyage à une vitesse voisine de 80 à 460 km/s. Comme toutes les charges ascendantes, il débute à partir d’une aspérité au niveau du sol (montagne, antenne de télécommunication,…) et se propage vers une zone du nuage chargée positivement. A faible distance, un traceur descendant est émis à partir du nuage. Lors du contact un transfert de charges positives du nuage vers le sol a lieu.

 

 

 

 

 

Ascendant positifLe coup de foudre ascendant positif débute par un traceur ascendant se déplaçant à une vitesse proche de 40 à 70 km/s près du sol, puis pouvant atteindre jusqu’à environ 1000 km/s en altitude. Ce traceur provient d’une charge positive ascendante au sol. Ces traceurs vont évoluer vers la base du nuage chargée négativement. Lors de leur approche, un autre traceur, cette fois-ci descendant partira du nuage. Lors de leur rencontre, la décharge a lieu et consiste en un transfert d’électrons du
nuage vers le sol.

Les paratonnerres sont destinés à préserver un bâtiment des impacts directs de la foudre en dirigeant les décharges atmosphériques vers le sol. Le principe consiste à créer un ou plusieurs points d’impacts préférentiels de la foudre, par des éléments conducteurs de faible impédance, puis d’écouler et de dissiper dans le sol le courant de foudre.

En complément du paratonnerre, le parafoudre assure la protection interne du bâtiment contre les surtensions de très forte amplitude qui endommagent ou détruisent les installations et les appareils électriques et électroniques. Il va permettre de limiter la tension en la déviant vers la terre du bâtiment.

Il existe différents types de paratonnerres permettant d’assurer la protection contre la foudre des structures :

  • Paratonnerre à tige simple (PTS)
  • Paratonnerre à cage maillée
  • Paratonnerre à fils tendus
  • Paratonnerre à dispositif d’amorçage (PDA)

Le paratonnerre à tige simple PTS est composé d’une tige métallique effilée d’une hauteur de 2 à 8 mètres de haut dominant la structure à protéger, reliée à minimum deux conducteurs de descente et à deux prises de terre. Le rayon de protection assuré par ce type de paratonnerre étant limité à 30 mètres environ (Niveau de protection IV, hauteur = 60 mètres), il est plus particulièrement réservé à la protection de petites structures ou zones tels que pylônes, cheminées, cuves, châteaux d’eau, mâts d’antennes etc… La norme EN 62305-3 décrit la procédure d’installation de ce type de paratonnerre.

13 PTS, 13 conducteurs de descentes et 13 prises de terre sont nécessaires pour assurer la protection foudre de la structure ci-dessous :

Protection PTS

Le paratonnerre à cage maillée est composé d’un maillage en toiture et en façade englobant la structure à protéger. En toiture, des pointes caprices sont positionnées en périphérie et sur les points hauts. Un réseau de conducteurs suit le périmètre extérieur de la toiture. Ce réseau est complété par des transversales. La taille des mailles est comprise entre 5 et 20 mètres et varie en fonction de l’efficacité recherchée de la protection. En façade, des conducteurs de descente sont reliés en partie haute au maillage de toiture et en partie basse à des prises de terre spécifiques. La distance entre deux descentes est comprise entre 10 et 25 mètres, et varie en fonction de l’efficacité recherchée de la protection. La norme EN 62305-3 décrit la procédure d’installation de ce type de paratonnerre.

La mise en œuvre de ce type de paratonnerre est souvent lourde et coûteuse du fait de la complexité des structures à protéger.

26 pointes captrices, 26 conducteurs de descentes et une prise de terre en boucle sont nécessaires pour assurer la protection foudre de la structure ci-dessous :

Protection cage maillée

Le paratonnerre à fil tendu est proche du principe d’une cage maillée car il est constitué d’un maillage de conducteurs distant de la structure à protéger ayant pour but d’éviter que le courant de foudre soit en contact avec celle-ci.

Des fils conducteurs tendus sont implantés au-dessus de la structure à protéger, raccordés à des conducteurs de descente et à des prises de terre spécifiques. La largeur des mailles et la distance entre les conducteurs de descente doit respecter les mêmes règles que la cage maillée. La norme EN 62305-3 décrit la procédure d’installation de ce type de paratonnerre. La mise en œuvre de ce type de paratonnerre est souvent lourde et coûteuse du fait de la complexité des structures à protéger.

Fil Tendu

Le paratonnerre à dispositif d’amorçage PDA est un paratonnerre qui permet de générer artificiellement à l’aide d’un dispositif d’ionisation un traceur ascendant plus précoce qu’un paratonnerre à tige simple, et donc d’établir un point d’impact privilégié sur sa pointe. La capture du coup de foudre étant plus rapide qu’avec un paratonnerre à tige simple, cette technologie permet de bénéficier de zones de protection plus étendues, assurant la protection de structures de grandes dimensions.Le rayon de protection généré est fonction de la valeur de l’avance à l’amorçage du paratonnerre (Δt en µs), de sa hauteur, et de l’efficacité de la protection. Le rayon de protection assuré par ce type de paratonnerre est de 120m (Niveau de protection IV, hauteur = 60 mètres, avance à l’amorçage de 60µs). La norme NFC 17-102 décrit la procédure d’installation de ce type de paratonnerre.

La mise en œuvre de ce type de paratonnerre est simple et peu couteuse en comparaison des autres technologies. Elle peut permettre de protéger un ensemble de bâtiment avec le même paratonnerre, permet de protéger une structure et son environnement, permet la protection de zones ouvertes et s’intègre très bien dans l’architecture d’une structure sans altération de l’esthétique.

1 PDA, 2 conducteurs de descentes et 2 prises de terre foudre sont nécessaires pour assurer la protection foudre de la structure ci-dessous :

Protection PDA

5 étapes doivent être mises en place une protection efficace contre la foudre. Dans ce cadre, le bureau d’étude France PARATONNERRES peut vous accompagner tout au long de chacune des étapes suivantes :

  • Analyse du Risque Foudre (ARF) : identification des équipements qui doivent être protégés.
  • Étude technique (ET) : détail des mesures de prévention et des dispositifs de protection à mettre en œuvre.
  • Fourniture du matériel : protection contre les effets directs et indirects de la foudre.
  • Installation : mise en place du matériel conformément à l’étude technique via un réseau de partenaires formés et qualifiés.
  • Vérification périodique : vérification initiale par un tiers, maintenance et vérification annuelle des protections installées.

En France, les Installations Classées pour la Protection de l’Environnement dites “ICPE” sont des sites industriels, tertiaires ou agricoles (usine de production, de traitement eau, ateliers, bâtiments de stockage, hôpitaux…) susceptibles de présenter des risques ou de générer de la pollution ou des nuisances pour les riverains en matière de santé publique, de patrimoine et d’environnement. L’exploitant d’un site classé ICPE a pour obligation d’analyser le risque relatif à la foudre (suivant les normes NFC 17-102 et EN 62305-2) de son installation si celle-ci est soumise à autorisation dans une rubrique citée dans l’Arrêté Ministériel du 19 juillet 2011.
Des arrêtés ministériels concernant les ERP (établissements recevant du public), les lieux de cultes, le stockage de produits alimentaires, les dépôts d’engrais, les centres de tris et de déchets, les installations nucléaires, les entrepôts couverts de matières combustibles, les établissements pyrotechniques, les élevages de volaille et les hôtels, restaurants et refuge d’altitude définissent également un cadre règlementaire pour la vérification et l’installation d’un système de protection foudre.

Un parafoudre est un appareil de protection électronique qui se comporte comme une impédance variable en fonction de la tension à ses bornes :

  • en fonctionnement normal (pas de coup de foudre) le parafoudre est vu comme un circuit ouvert par le reste de l’installation
  • au moment du coup de foudre, le parafoudre devient passant (augmentation importante et rapide de la tension). Le rôle du parafoudre est alors double : écouler la surintensité et limiter la surtension.

Les parafoudres se classent de la façon suivante :

  • le parafoudre de type 1 (dit parafoudre d’équipotentialité) doit être placé dans le tableau électrique principal en tête d’installation. Il est capable de dévier l’énergie d’un coup de foudre direct. Il permet donc d’écouler le courant de foudre « en retour » se propageant du conducteur de terre vers les conducteurs du réseau. Les parafoudres de type 1 sont caractérisés par une onde de courant 10/350 μs. La norme NF C 15-100 édition 2002, rend obligatoire les parafoudres Type 1 dans les installations équipées de paratonnerres.
  • Le parafoudre de type 2 est la protection principale de toutes les installations électriques basse tension. Installé dans chaque tableau électrique, il évite la propagation des surtensions dans les installations électriques et protège les récepteurs. Les parafoudres de type 2 sont caractérisés par une onde de courant 8/20 μs.
  • Le parafoudre de type 3 possèdent une faible capacité d’écoulement. Il est donc obligatoirement installé en complément des parafoudres de type 2 et à proximité des récepteurs sensibles. Le parafoudre de type 3 est caractérisé par une combinaison des ondes de tension (1,2/50 μs) et de courant (8/20 μs).

Si le PDA est installé sur le point culminant du village, relié à deux conducteurs de descente et à deux prises de terre foudre spécifiques, les habitations peuvent effectivement être protégé contre les impacts directs de la foudre dans la limite de la zone de protection du PDA.

Cependant, il est obligatoire de mettre en place des parafoudres de type 1 sur l’installation électrique de l’église et conseillé de mettre en place des parafoudres de type 1 sur chaque habitation protégée par le PDA.

La norme NFC 17-102 limite l’avance à l’amorçage des PDA entre 10 et 60µs. Ainsi, France PARATONNERRES propose 5 PDA IONIFLASH MACH NG avec différentes avances à l’amorçage permettant d’adapter la zone de protection à la structure à protéger.

Avance à l'amorçage