Effet de la foudre

Différents effets

Les effets de la foudre sont ceux d'un courant d'impulsion à haute résistance qui se propage initialement dans un milieu gazeux (l'atmosphère) , puis dans un milieu solide , plus ou moins conducteur ( la terre) :

  • effets visuels (flash): causée par le mécanisme d'avalanche ‘Townsend’
  • effets acoustiques : causés par la propagation d'une onde de choc (élévation de la pression ), dont l’origine est le passage de la décharge ; cet effet est perceptible jusqu'à une distance d'environ 10 km.
  • effet thermique : la chaleur générée par effet Joule dans le canal ionisé
  • effets électrodynamiques : ce sont les forces mécaniques appliquées aux conducteurs placés dans un champ magnétique créé par la circulation à haute tension. Ils peuvent entraîner des déformations
  • des effets électrochimiques induction d'effets ces effets relativement mineurs sont véhiculés sous la forme d'une décomposition électrolytique par l'application de la loi de Faraday.
  • les effets sur un être vivant (humain ou animal) : le passage d'un courant transitoire d'une certaine valeur efficace est suffisant pour entraîner des risques d'électrocution par une attaque cardiaque ou d'insuffisance respiratoire, avec le risque de brûlures.

La foudre provoque deux principaux types d'accidents :

  • les accidents causés par un coup de foudre direct lorsque cette dernière frappe un bâtiment ou une zone spécifique. Cela peut causer des dommages considérables, généralement par l’incendie. La protection contre ce danger est fournie par les paratonnerres.
  • les accidents causés indirectement, lorsque les coups de foudre ou une surtension frappe des câbles ou des liaisons de transmission électriques. D'où la nécessité de protéger avec un parafoudre le matériel à risque contre la surtension et les courants indirects générés.

Direct effects

Thermal effects

Les effets thermiques : ces effets sont liés aux quantités de charges mises en jeu lors des coups de foudre. Ils se traduisent par des points de fusion plus ou moins importants au niveau des impacts lorsqu’il s’agit de matériaux de grande résistivité. Sur des matériaux mauvais conducteurs, une grande énergie est libérée sous forme de chaleur. L’humidité qu’ils contiennent provoque alors une surpression localisée brutale pouvant aller jusqu’à leur éclatement.

Les effets dus à l’amorçage: La résistivité des sols fait que les prises de terre sont résistantes et qu’elles peuvent générer lors du passage du courant de foudre, une montée brutale en potentiel de la terre de l’installation. Des différences de potentiels se créeront aussi entre certains éléments métalliques. D’où l’intérêt de prendre un soin particulier à la réalisation des prises de terre et à la liaison des masses métalliques jouxtant les descentes.

Acoustic effects

Effets acoustiques - le tonnerre: Le tonnerre est dû à la brusque élévation de pression (2 à 3 atmosphères) du canal de décharge contracté par les forces électrodynamiques pendant l’éclair. La durée du tonnerre est fonction de la longueur du canal ionisé. La propagation à des fréquences élevées, des composantes spectrales libérées par l’onde de choc, s’effectue perpendiculairement au canal. Pour des fréquences basses, cette propagation est omnidirectionnelle ; d’où les différentes formes de grondements ou claquements perçues par un observateur suivant la distance et l’orientation des canaux successifs empruntés par l’éclair.

Effets lumineux : Un coup de foudre proche sensibilise violemment la rétine d’un observateur. L'impression est telle que l’œil reste pendant de longues secondes ébloui sans pouvoir récupérer la vision.

Effets électrodynamiques : Les effets électrodynamiques se produisent entre conducteurs et autres parties métalliques qui se trouvent dans le champ magnétique créé par le courant de foudre. Ils se manifestent par des efforts mécaniques substantiels, d'attraction et de répulsion, d'autant plus intenses que les conducteurs sont rapprochés et que le courant est fort.

Electrodynamic effects

Effets électrochimiques: Très négligeables et sans influence sur les prises de terre en raison du caractère fugitif des impacts de foudre (comparativement aux courants vagabonds du sol).

Les effets indirects

La présence de plus en plus fréquente d’électronique sensible confère aux équipements électriques une vulnérabilité accrue aux surtensions transitoires liées à la foudre. Les surtensions sont soit d’origine atmosphérique, soit d’origine industrielle. Les plus néfastes sont toutefois les surtensions atmosphériques qui sont les conséquences de trois principaux effets :

Conduction

La conduction : il s’agit d’une surtension qui se propage le long d’un conducteur qui est entré en contact direct avec la foudre. Cet effet est d’autant plus destructeur que la majorité de l’énergie du coup de foudre est propagée le long du réseau. Ce problème est résolu en dotant l'installation d'une protection pouvant supporter un fort courant.

Induction

L'induction: provoquée par le champ électromagnétique rayonné par le coup de foudre, elle génère une surtension sur les conducteurs dans un périmètre proportionnel à la puissance et à la variation de vitesse du coup de foudre. En conséquence, sous l'influence des brusques variations de courant, les câbles et mêmes les canalisations qui se comportent comme des antennes peuvent être soumis à des surtensions destructrices. C’est pourquoi enterrer les réseaux n’en garantit pas la protection contre la foudre

Rising up from the ground

La remontée de terre : lors d’un coup de foudre, une surtension peut être remontée par la terre. Cela peut être en partie réglé a) par des liaisons équipotentielles des structures métalliques aux masses et des terres de l’ensemble de l’installation d’une structure. B) par une protection contre les surtensions installée sur les services.