• Cette partie étant particulièrement longue, nous avons jugé nécessaire d'écrire une petite introduction.
    Nous allons donc présenter en premier lieu les trois principales installations qui permettent de se protéger de la foudre : le paratonnerre, la cage de Faraday et le parafoudre ; chaque installation a une fonction différente. Ensuite, nous verrons comment les moyens de transports sont sécurisés. Enfin nous parlerons de l'homme : protéger le matériel c'est bien, mais se protéger soi-même c'est encore mieux !

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  • 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.
     

    Machine de Wimshurst

    Une machine de Wimshurst. Photo : Wikipédia

    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.

     

     

     

    Effet de pointe Wimshurst

     

    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.

     

    Tour eiffel

    « La Tour Eiffel, paratonnerre géant ». Photo : Wikipédia


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  • 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 :

    Cage de Faraday


    Shéma de la cage de Faraday sur un bâtiment, Ecole de Génie Electrique à Marseille


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  • Le rôle d'un parafoudre est complètement différent de celui d'un paratonnerre. Le paratonnerre capte et transporte la foudre au sol pour éviter les dégâts du choc à proximité. Le parafoudre, en revanche, est aussi appelé parasurtenseur : il a pour but de stopper les surtensions dans les réseaux électriques.

    Il existe 3 systèmes de protection pour protéger les appareils électriques.
    Les 2 plus utilisés (et les 2 plus efficaces) sont les varistances et les diodes Transil. Elles fonctionnent selon le même principe :quand la tension atteint un seuil trop important, le dispositif fait en sorte de neutraliser la surtension.

     

     

    • Pour les varistances, lors de la surcharge, elles ramènent l'intensité électrique à zéro, en éliminant l'énergie de la foudre sous forme de dissipation thermique (chaleur). Elles sont le plus souvent utilisées pour les lignes à hautes tensions.

      varistance haute tension

      Photo : Varistances, Wikipedia

    • Pour les diodes Transil, c'est différent : quand l'intensité dépasse un certain seuil, elles servent de coupe-circuit et offrent une meilleur protection que les varistances, car le temps de réaction est plus rapide. De plus leur durée de vie est quasi illimitée. Elles sont souvent utilisées dans la protection des moyen de télécommunication ou sur des réseaux de basse tension.

    Diode transil

    Photo : Diode Transil, source inconnue

    • Le dernier moyen de protection contre la foudre : les éclateurs. Lorsque la tension est trop importante, un arc électrique se forme entre les deux bornes de l'éclateur en éliminant l'excès d'énergie. Pour éliminer celle-ci, une des 2 bornes est reliée à la Terre.


    Photo : éclateur à air, Wikipedia


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  • 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.

    Bateau n’ayant pas de dispositif contre la foudre, SISL

    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.

    Bateau équipé contre la foudre ; Schémas : SISL

    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.

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  • Pour éviter de se faire foudroyer violemment, la première chose à faire est de trouver un abri approprié comme une maison à charpente métallique (comme une cage de Faraday) ou de s'abriter sous un toit métallique dont tous les coins sont reliés à la terre, dans un édifice équipé d’un paratonnerre. Nous allons maintenant voir quelques indications lors d'un orage violent pour que vous évitiez le pire.

    Comment vous protégez de la foudre?

    Si un abri approprié n'est pas présent (surpris par l’orage) : le mieux à faire est de se réfugier dans une crevasse (car la foudre tape sur le lieu le plus en hauteur) ou dans une grotte. Lors d'orage très violent, n'hésitez à vous asseoir ou à vous abriter dans un fossé, accroupissez-vous les pieds joints, les genoux repliés vers le torse. Ne courez surtout pas : vous auriez quatre fois. plus de chances de griller comme du charbon.

    Évitez à tout prix de vous approcher d'une clôture en fil de fer ni sous un arbre, surtout si cet arbre n'est pas regroupé avec d'autres dans une forêt !.
    Sur un espace ouvert (champs) ne portez jamais d'objets métalliques au-dessus de la tête. En même temps, il faut vraiment le faire exprès, courir en tenant un e fourche en l'air...
    Évitez aussi de vous plaquer contre une paroi rocheuse en montagne.

    Ce que beaucoup ne savent pas : ne vous couchez surtout pas. La décharge d'un éclair se propage dans le sol dans toutes les directions et produit des tensions qui ne s'atténuent progressivement qu'avec la distance : s'il frappe à proximité, vous allez être remués !

    L’impact de la foudre sur l'organisme

    Il existe plusieurs types de foudroiement :

    • Le foudroiement direct (la décharge électrique se produit par impact direct de la foudre sur la personne), qui entraine une mort certaine.

    • Le foudroiement par tension de toucher (si une personne, dont les pieds sont en contact avec un sol suffisamment conducteur, touche une pièce elle-même conductrice portée à une certaine tension, un courant va pouvoir s'écouler à travers le corps de de cette personne), qui blesse gravement et laisse souvent des séquelles.

    Le foudroiement peut entrainer de multiples complications :

    • Les plus fréquentes sont les lésions de type neurologique.

    • Mais aussi les cas d'arrêt cardio-vasculaire sont très importants et seule la réanimation cardiaque et respiratoire permet de réanimer et de sauver une personne.
    Dans cette vidéo, on peut voir des joueur de football, qui ont étaient touchés par la foudre, c’est un exemple qui illustre le foudroiement pas tension de toucher.

    Pour pouvoir voir cette vidéo, veuillez cliquer-ici.

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