Presentation

Le paratonnerre est un dispositif assez simple à mettre en place. Il s'agit d'une longue tige placée sur un terrain en hauteur et cablée à la terre. Contrairement à ce que l'on peut penser, il n'attire pas vraiment la foudre. Mais si un éclair est sur le point d'éclater à proximité, il peut être attiré par la tige et canalisé vers le sol grâce à l'effet de pointe. Nous n'allons pas expliquer ce phénomène, mais nous allons voir succintement si cela fonctionne vraiment.

Expérience : l'effet de pointe

Pour recréer ce phénomène, nous allons utiliser la machine de Wimshurst. Elle permet, en tournant une manivelle, de charger deux condensateurs qui sont eux-mêmes reliés à des bornes + et -. Plus on éloigne les deux bornes, et plus longtemps il faudra tourner la manivelle pour augmenter la différence de potentiel. Ainsi, lorsque la différence de potentiel est assez importante, on peut observer la formation d'un petit éclair. Bien sûr, plus on écarte les bornes et plus spectaculaire sera le choc.
 

Lors de notre expérience, nous avons pu obtenir un éclair d'une longueur de 15cm. Malheureusement nous avons en même temps cassé la poignée d'une des bornes, ce qui nous a empêché de pouvoir recommencer et prendre des photos. Nous allons donc présenter l'expérience sous la forme d'un schéma assez... simplifié.

 

 

 

 

Deux aiguilles sont enfoncées sur une feuille d'aluminium, elle-même attachée à la borne -. Ainsi lorsque la machine est suffisamment chargée, un éclair se forme entre la borne + et une des aiguilles. Mais laquelle ? Imaginons que les aiguilles soient des paratonnerres. Chacune est à égale distance de la borne +.
On remarque après plusieurs essais que l'éclair ne touche jamais l'aiguille à tête plate. Même en écartant l'aiguille pointue vers la droite, l'éclair tombe sur la pointe. Cela explique la forme des paratonnerres en forme de pointe. C'est d'ailleurs pour cela qu'un éclair tombe fréquemment sur les arbres ou le clocher du village d'en face...

Une efficacité relative

En pratique, le paratonnerre n'est pas si efficace que ça. En effet la zone de protection couverte est faible, la foudre est capricieuse, et il peut arriver qu'elle tombe complètement à côté et abime le pauvre clocher à cause de son énorme voltage. Placer le paratonnerre le plus haut possible n'est pas non plus une solution. Il faudrait donc installer plusieurs pointes. Il existe aussi des pointes dites "actives", équipées d'un système augmentant la zone de protection du paratonnerre.
De plus, ce type d'installations permet de prévenir les dégradations d'un bâtiment ou les incendies, mais ne protège pas le materiel électrique. En effet l'éclair, frappant le sol, dégage une puissante onde électromagnétique : c'est souvent cette onde qui abime le matériel à distance. Un autre type d'installation permet de prévenir ce type d'accident : la cage de Faraday.

 

Sources