Le Paratonnerre : Protection Essentielle Contre la Foudre

13.1 - Entrepreneur en protection contre la foudre

Définition des notions :

• Système de protection contre la foudre (SPF) : Un ensemble de dispositifs installés sur ou autour d'une structure (bâtiment, maison, etc.) visant à intercepter la foudre et à conduire son courant électrique en toute sécurité vers le sol. Le but est de protéger la structure et ses occupants contre les dommages causés par la foudre, tels que les incendies, les explosions et les surtensions électriques.

Un SPF typique comprend :

• Paratonnerres (ou pointes captantes) : Dispositifs métalliques pointus installés en hauteur pour attirer la foudre.
• Conducteurs de descente : Câbles ou bandes métalliques reliant les paratonnerres au sol.
• Prises de terre : Systèmes d'électrodes enfouies dans le sol pour disperser le courant de foudre.
• Volume de protection : Une zone théorique autour d'un SPF à l'intérieur de laquelle la structure est considérée comme protégée contre les coups de foudre directs. La forme et l'étendue du volume de protection dépendent du type de SPF, de sa configuration et des normes de protection en vigueur.

Il existe différentes méthodes pour déterminer le volume de protection, notamment :

• Méthode de l'angle de protection : Basée sur un angle défini par rapport à la verticale du paratonnerre.
• Méthode de la sphère fictive : Basée sur une sphère imaginaire centrée sur le paratonnerre et dont le rayon dépend de la classe de protection du SPF.
• Méthode de la maille : Basée sur un maillage fictif autour du SPF, avec une taille de maille déterminée par la classe de protection.

Il est important de noter que le volume de protection n'offre pas une protection absolue contre la foudre. Il réduit considérablement le risque d'impact direct, mais ne protège pas contre les effets indirects de la foudre, tels que les surtensions induites dans les réseaux électriques ou de communication. Des mesures de protection supplémentaires peuvent être nécessaires pour atténuer ces risques.

Pour toute question supplémentaire ou clarification, n'hésitez pas à demander.

Glossaire pour entrepreneur en protection contre la foudre :

A

• Bouclier conducteur : Matériau ou dispositif utilisé pour détourner le courant de foudre loin d'une structure et le diriger vers le sol de manière contrôlée.

C

D

• Décharge atmosphérique : Événement naturel où une charge électrique s'écoule entre une région chargée négativement (nuage) et une région chargée positivement (sol ou autre nuage), produisant un éclair de foudre.
• Détection précoce : Utilisation de capteurs et de systèmes de surveillance pour détecter la présence de conditions propices à la formation de la foudre, permettant ainsi de prendre les mesures de protection nécessaires à l'avance.

E

• Éclateur : Dispositif utilisé pour produire une décharge électrique contrôlée, généralement placé sur les lignes de captage ou de descente d'un système de protection contre la foudre.
• Entrepreneur en protection contre la foudre : Professionnel spécialisé dans la conception, l'installation et la maintenance de systèmes de protection contre la foudre pour les structures et les installations.

F

• Foudre : Phénomène naturel où une décharge électrique très intense se produit entre les nuages ou entre les nuages et le sol, accompagnée d'un éclair lumineux et d'un bruit de tonnerre.
• Fusible : Dispositif de sécurité utilisé dans les systèmes de protection contre la foudre pour protéger les équipements sensibles contre les surtensions et les courants excessifs induits par la foudre.

G

• Générateur atmosphérique : Dispositif utilisé pour simuler et reproduire artificiellement les conditions électriques présentes lors d'une décharge de foudre, afin de tester l'efficacité des systèmes de protection.

I

• Installation de protection contre la foudre : Ensemble de dispositifs, de composants et de mesures installés sur une structure pour minimiser les dommages causés par la foudre en déviant le courant électrique vers le sol.

M

• Maintenance préventive : Ensemble des tâches et des vérifications régulières effectuées sur un système de protection contre la foudre pour assurer son bon fonctionnement, détecter les éventuels problèmes et prévenir les pannes.

N

• Normes de protection contre la foudre : Ensemble de directives techniques et de réglementations qui définissent les critères de conception, d'installation et de maintenance des systèmes de protection contre la foudre pour assurer une protection efficace des structures et des installations.

P

• Paratonnerre : Dispositif installé sur une structure pour attirer la foudre et la conduire en toute sécurité vers le sol, en évitant ainsi les dommages causés par la décharge électrique.
• Prise de terre : Connexion électrique entre un système de protection contre la foudre et le sol, permettant de dissiper l'énergie électrique de manière sécurisée.

R

• Réseau de descente : Ensemble de conducteurs utilisés pour canaliser le courant de foudre du système de captage vers la terre, évitant ainsi qu'il se propage à travers la structure.

S

• Système passif : Type de système de protection contre la foudre qui utilise des composants de mise à la terre et de dissipation passive de l'énergie électrique pour protéger une structure contre la foudre.
• Système actif : Type de système de protection contre la foudre qui utilise des composants actifs, tels que des éclateurs et des paratonnerres, pour attirer et détourner la foudre loin d'une structure.

T

• Test de continuité : Mesure effectuée sur les composants d'un système de protection contre la foudre pour vérifier leur conductivité et s'assurer qu'ils sont correctement connectés et en bon état de fonctionnement.

V

• Vérification périodique : Processus de contrôle régulier des systèmes de protection contre la foudre pour s'assurer qu'ils sont toujours conformes aux normes de sécurité et de fiabilité.

Un système de protection contre la foudre (SPCL) est un ensemble de mesures de protection destinées à réduire le risque de dommages causés par la foudre. Cela comprend généralement des composants tels que des paratonnerres, des conducteurs de descente et des systèmes de mise à la terre. L'objectif principal de ces systèmes est de diriger l'énergie de la foudre loin des structures et des personnes, et de la dissiper en toute sécurité dans le sol.

1. Paratonnerre : C'est un dispositif métallique aiguisé placé en haut d'un bâtiment ou d'une autre structure (comme un arbre) pour attirer la foudre. Il est connecté à la terre par un fil métallique pour conduire l'électricité de manière sécurisée.
2. Conducteur de descente : Ce sont des fils ou des câbles métalliques qui relient le paratonnerre au système de mise à la terre. Ils servent à transporter l'électricité du paratonnerre au sol.
3. Système de mise à la terre : C'est une série de composants (par exemple, des barres de mise à la terre) qui sont enterrés dans le sol pour dissiper en toute sécurité l'électricité de la foudre.

Le "volume de protection" est le terme utilisé pour décrire la zone qui est théoriquement protégée contre la foudre par un SPCL. Le volume de protection est généralement déterminé en utilisant le modèle de la sphère roulante, qui imagine une sphère imaginaire "roulant" sur la structure et son SPCL. Les points de contact avec la sphère indiquent les endroits où la foudre peut frapper, et le but du SPCL est de s'assurer que ces points de contact sont sur le système de protection et non sur la structure elle-même. Le volume de protection peut varier en fonction du type de SPCL et de la hauteur du paratonnerre.

1. Conductivité des matériaux : La conductivité d'un matériau est une mesure de sa capacité à conduire l'électricité. Les matériaux avec une haute conductivité, tels que le cuivre et l'argent, sont souvent utilisés dans des applications électriques parce qu'ils permettent à l'électricité de passer à travers eux avec peu de résistance. La conductivité est généralement mesurée en siemens par mètre (S/m).
2. Corrosion : La corrosion est un processus naturel qui convertit un métal raffiné en un état chimiquement plus stable, comme son oxyde, son hydroxyde ou son sulfure. C'est généralement une réaction électrochimique où le métal réagit avec des substances dans son environnement, comme l'oxygène ou l'humidité. Le fer, par exemple, se corrode pour former de la rouille. La corrosion peut affaiblir les matériaux et entraîner des défaillances structurelles dans des environnements extrêmes.
3. Galvanisation : La galvanisation est un procédé qui consiste à appliquer une couche protectrice de zinc sur le fer ou l'acier pour prévenir la rouille. Le zinc est moins réactif que le fer ou l'acier, donc même s'il se corrode, la couche sous-jacente est protégée. La galvanisation est généralement réalisée par un procédé appelé "galvanisation à chaud", où le fer ou l'acier est immergé dans un bain de zinc fondu.

Au Québec, la nécessité de protéger les bâtiments contre la foudre est généralement basée sur les normes établies par la CSA (Association canadienne de normalisation) et les codes locaux du bâtiment. La norme CSA B72 "Installation de systèmes de protection contre la foudre" donne des directives concernant la protection des structures contre la foudre. Bien que cette norme ne classifie pas explicitement les bâtiments par classes comme le font certaines autres normes internationales, elle fournit des directives sur quels types de structures devraient être protégés.

Les structures qui devraient être considérées pour la protection contre la foudre, selon la norme CSA et les considérations générales, comprennent :

1. Structures où il y a un risque pour la vie humaine : Cela inclut les hôpitaux, les écoles, les résidences pour personnes âgées, les lieux de rassemblement, les résidences, etc.
2. Structures contenant des matériaux inflammables ou explosifs : Cela comprend les usines, les entrepôts de stockage, et d'autres installations où une explosion ou un incendie dû à la foudre pourrait avoir des conséquences désastreuses.
3. Structures essentielles pour les services publics : Les centrales électriques, les stations de traitement de l'eau, et d'autres infrastructures essentielles.
4. Structures avec des équipements électroniques sensibles : Cela peut inclure les centres de données, les stations de radio et de télévision, et d'autres installations avec des équipements susceptibles d'être endommagés par la foudre.
5. Patrimoine culturel : Les bâtiments historiques, les musées, les églises et d'autres structures patrimoniales qui ont une valeur culturelle ou historique.
6. Autres structures spéciales : Comme les tours, les éoliennes, les antennes, etc.

Il est crucial de consulter les codes locaux du bâtiment et les régulations spécifiques au Québec pour déterminer les exigences précises concernant la protection contre la foudre. Une évaluation des risques effectuée par un professionnel peut également aider à déterminer la nécessité et le niveau approprié de protection contre la foudre pour une structure donnée.

1. Borne aérienne : Aussi connue sous le nom de pointe de capture, une borne aérienne est un composant d'un système de protection contre la foudre qui est positionné pour attirer la foudre. Il est généralement placé au point le plus élevé d'une structure.
2. Conducteur de captation : Il s'agit d'un conducteur métallique qui est relié à la borne aérienne d'un système de protection contre la foudre. Sa fonction principale est de capturer l'énergie de la foudre et de la diriger vers le conducteur de descente.
3. Conducteur de ceinture : Aussi appelé une boucle de ceinture ou un conducteur de couronnement, c'est un conducteur qui encercle la structure à la base du toit ou à un autre point haut. Il est destiné à capter l'énergie de la foudre et à la diriger vers les conducteurs de descente.
4. Raccord : Dans un système de protection contre la foudre, un raccord est utilisé pour connecter deux conducteurs ensemble. Il doit assurer un bon contact électrique et résister à la corrosion.
5. Tripode : Le tripode est un type particulier de borne aérienne qui est conçu pour être positionné sur une structure plate ou une surface sans point d'ancrage élevé.
6. Descente : Le conducteur de descente est le câble qui relie le système de capture de la foudre au système de mise à la terre. Il canalise l'énergie de la foudre de la borne aérienne vers le sol, où elle peut être dissipée en toute sécurité.
7. Sectionneur : Un sectionneur est un dispositif qui permet de séparer un circuit électrique. Dans le contexte d'un système de protection contre la foudre, un sectionneur pourrait être utilisé pour isoler différentes parties du système pour l'entretien ou le dépannage.
8. Prise de terre : Une prise de terre est le point où un système de protection contre la foudre est connecté physiquement au sol. Elle permet à l'énergie de la foudre d'être dissipée en toute sécurité dans le sol, réduisant ainsi le risque de dommages à la structure.

Lorsqu'on parle d'installations de protection contre la foudre, plusieurs unités de mesure sont utilisées pour quantifier divers aspects de ces systèmes. Voici quelques-unes de ces unités :

1. Ohm (Ω) : L'Ohm est l'unité de mesure de la résistance électrique. Dans le contexte de la protection contre la foudre, elle est souvent utilisée pour quantifier la résistance de la mise à la terre, qui devrait être aussi faible que possible pour permettre un passage efficace du courant de la foudre vers le sol.
2. Ampère (A) : L'Ampère est l'unité de mesure du courant électrique. Les courants de foudre peuvent atteindre des dizaines, voire des centaines de milliers d'ampères.
3. Volt (V) : Le Volt est l'unité de mesure de la différence de potentiel électrique (ou tension). Dans le contexte de la protection contre la foudre, il est rarement utilisé, car la tension n'est pas une préoccupation principale dans la conception des systèmes de protection contre la foudre.
4. Joule (J) : Le Joule est l'unité de mesure de l'énergie. Il peut être utilisé pour quantifier l'énergie totale d'un éclair, qui est généralement de l'ordre de plusieurs milliards (109) de Joules.
5. Coulomb (C) : Le Coulomb est l'unité de mesure de la charge électrique. Un éclair typique transporte une charge d'environ 15 Coulombs.
6. Mètre (m) : Le mètre est utilisé pour mesurer les distances, comme la longueur des conducteurs de descente, la profondeur de la mise à la terre, ou la distance entre les différents composants du système.
7. Secondes (s) : Les secondes peuvent être utilisées pour quantifier la durée d'un éclair, qui est généralement de l'ordre de quelques millisecondes (0.001 secondes).
8. Siemens par mètre (S/m) : Cette unité est utilisée pour mesurer la conductivité électrique d'un matériau. Les matériaux avec une haute conductivité sont préférés pour les composants de protection contre la foudre, car ils permettent au courant de la foudre de passer facilement.

Ces unités de mesure sont essentielles pour la compréhension et la conception correctes des systèmes de protection contre la foudre.

Le paratonnerre et le parafoudre sont deux dispositifs différents qui servent à protéger les structures et les équipements électriques contre les dommages causés par la foudre, mais ils fonctionnent de manière différente et protègent contre différents aspects de la foudre.

1. Paratonnerre : Un paratonnerre est un dispositif utilisé pour protéger les structures contre les impacts directs de la foudre. Il est généralement installé sur le point le plus élevé d'une structure, et relié à la terre par des conducteurs de descente. Lorsqu'un éclair approche, le paratonnerre attire le courant de la foudre et le dirige vers le sol, évitant ainsi que le courant ne traverse la structure elle-même et cause des dommages.
2. Parafoudre : Un parafoudre, en revanche, est un dispositif qui protège les systèmes électriques et électroniques contre les surtensions transitoires ou les pics de tension qui peuvent être causés par la foudre. Ces surtensions peuvent se produire lorsque la foudre frappe à proximité et peuvent endommager ou détruire les appareils électroniques et les systèmes électriques. Un parafoudre fonctionne en détectant les surtensions et en redirigeant le courant excédentaire vers la terre, protégeant ainsi les équipements électriques connectés.

Il est important de noter que bien que les deux dispositifs offrent une protection contre les effets de la foudre, ils sont généralement utilisés en tandem dans un système de protection complet contre la foudre pour offrir une protection maximale.