Avion

En avion, la carlingue sert de cage de faraday. Mais la seule et unique différence, c'est que l’avion n’est pas relié à la terre et se transforme en un énorme condensateur. A son arrivée sur la piste d’atterrissage, il est relier à la terre par un câble, pour que l'énergie accumulée soit déchargée vers la Terre... et aussi pour éviter que les personnes approchant l’avion ne se prennent une sacrée châtaigne!

Voiture

La voiture fonctionne comme l'avion, à la différence près que les pneus isolent le courant. Cependant la foudre est tellement puissante qu'elle passe aisément entre la carroserie et le sol. Cela ne veut pas dire que l'on est complètement en sécurité à l'intérieur, car l'éclair pourrait causer d'importants dommages, comme exploser le pare-brise.
Comme pendant l'orage, le temps est humide, on ne risque pas de prendre une décharge en sortant du véhicule. C'est d'ailleurs pour cela que, par temps sec, on peut facilement prendre un choc à cause de l'électricité statique accumulée par la voiture en roulant.

Bateau

Sur un voilier non protégé par exemple, le mat est souvent en matière qui conduit le courant ,comme l'aluminium. Mais l'électricité, une fois arrivée au socle du mat, ne rencontre plus de matière conductrice, ce qui entraîne la formation d'arcs électriques entre le socle et la coque du voiler, qui endommagent celle-ci. Les occupants du bateau peuvent être blessés ou tués.

Mais il existe des systèmes de protection pour remédier a ce problème. Il faut installer un conducteur entre le mat et la coque, qui va forcer à la foudre a emprunter ce chemin. Puis sur la coque, pour éviter que la foudre l'endommage, on place de grande plaques de cuivre (très bon conducteur électrique), et des électrodes de dissipation. Ou alors, si le bateau a une coque déjà métallique, on peut se passer de ces plaques et y relier directement le mât.
Grâce à ce système, l'électricité circule facilement et le choc est dispersé efficacement.

Train

Les wagons étant creux et métalliques, ils forment aussi une cage de Faraday. La foudre passe donc du train aux rails. Les poteaux qui supportent les caténaires d'alimentation sont, eux, équipés de paratonnerres reliés à la terre, afin d'éviter une surcharge électrique susceptible de détériorer les installations ferrovières.

Sources

Définition

La cage de faraday est une cage métallique qui permet d'isoler, protéger un batiment ou un espace de la foudre. À l'intérieur du batiment, le champs magnétique est nul comme le montrent les vidéos : la cage de Faraday est ainsi étanche aux champs électriques. Ce procédé est très efficace pour les bâtiments et remplace aisément le paratonnerre. Il est composé de tiges métalliques (feuillards) disposées tout autour et reliées à la terre pour disperser le choc électrique.

Exemple de cage de faraday sur une habitation, les tiges métalliques sont en rouge :

Sources

Supposons que l'on reçoive 2 coups de foudre par km² et par an, en France, et que ceux-ci puissent etre récupérés par des paratonnerres. Il faudrait installer environ 2 millions de partonnerres de 10 metres de haut. Déjà, cela coûterait presque 30 millions d'euros. Et puis, imaginez le paysage... Mieux vaut ne pas y penser.

Pour finir, la foudre est une énergie qui se produit un peu partout , aléatoirement dans le monde. Il faudrait trouver un système complètement différent des paratonnerres. En attendant, la capter est aujourd'hui est irréalisable, et on peut attendre longtemps avant de trouver un moyen rentable.

Sources

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

Nous allons expliquer succintement en quelques étapes, comment se forme ce fameux coup de foudre.

Le cumulonimbus

Assez facile à repérer, le cumulonimbus est le principal nuage annonceur d'un orage. On peut le reconnaître à sa hauteur impressionnante (jusqu'à plus de 15 000 mètres de haut !) et à sa forme d'enclume particulière. Il contient jusqu'à plusieurs millions de tonnes d'eau et de glace, autant dire qu'il joue dans la cour des grands !

Il se forme lors de forts contrastes de température : s'il fait chaud au sol, et froid en altitude, les conditions sont plus "favorables" à la formation du nuage, et des futurs éclairs.

Cette carte le confirme : dans les pays chauds, les éclairs tombent bien plus souvents. Attention, cela ne signifie pas que les orages sont plus violents à un endroit ou à un autre.
Le cumulonimbus est facile à repérer de loin. Mais lorsqu'on est en dessous, ça se complique un peu. À ce moment-là, fiez-vous à votre expérience : le ciel bas, gris et lourd, le vent qui se lève, la sensation d'humidité sont autant d'indices annonceurs d'un orage.

L'électrification du nuage

Les différences de températures créent des vents violents à l'intérieur du nuage, qui agitent les molécules d'eau et créent de l'électricité statique. Les particules positives +, plus légères, se retrouvent au sommet du nuage ; au contraire, les particules négatives - s'accumulent à la base.
Quant au sol un phénomène d'électrisation se produit aussi : plutôt négatif par beau temps, celui-ci se charge positivement avant un orage.Les nuages et le sol sont donc électrisés. Récapitulons : positif en haut, positif en bas... et négatif au milieu.
Ainsi les décharges peuvent circuler entre le bas du nuage et le sol, mais aussi à l'intérieur du nuage lui-même. Ajoutons maintenant quelques nuages aux alentours : en réflechissant un peu, on pourrait penser que les nuages s'échangent des décharges entre eux ! Eh bien oui, vous avez deviné, c'est justement le cas.
On a donc 3 types d'éclairs :

• Les éclairs intra-nuageux, à l'intérieur d'un nuage.
• Les éclairs inter-nuageux, entre plusieurs nuages.
• Les éclairs nuage-sol, entre le nuage et... le sol.

Si l'orage est faible, seuls les éclairs intra et internuageux éclatent. Lorsqu'il commence à prendre de l'ampleur, l'air n'est plus capable d'isoler une tension aussi intense : les éclairs nuage-sol prennent le dessus, sans pour autant être les seuls à frapper. Penchons-nous donc sur l'éclair nuage-sol, puisque c'est le seul à toucher la Terre et à causer la quasi-totalité des dégâts.

Le coup de foudre

Parmi les éclairs nuage-sol, il en existe deux sous-types : l'éclair descendant, qui va du nuage vers le sol, et l'éclair ascendant, qui va du sol vers le nuage. Le deuxième, plus rare, se produit plus souvent au niveau des hautes structures : bâtiments, paratonnerres... Lorsqu'on voit des éclairs de type ascendant, cela signifie que l'orage est assez violent.

Pour se faire une idée des principaux types d'éclairs, schématisons un orage violent dans la ville de Martigues...

Maintenant , voyons comment se protéger de la foudre !

Sources