Protection contre les effets de la foudre

Le principe consiste à créer un ou plusieurs points d’impacts préférentiels de la foudre, par des éléments conducteurs de faible impédance, puis d’écouler et de dissiper dans le sol le courant de foudre. Cet ensemble cohérent permet de capter et d’évacuer la foudre en garantissant la protection de la structure. Il existe cinq types de paratonnerres permettant d’assurer la protection contre la foudre des structures :

  • Paratonnerre à tige simple (PTS),
  • Paratonnerre à cage maillée,
  • Paratonnerre à fils tendus,
  • Paratonnerre à dispositif d’amorçage (PDA).
  • Protection par composants naturels,

Différents types de protection

Air-Termination Rod

Exemple typique :

Protection d’un pylône par paratonnerre à tige simple

Le paratonnerre à tige simple

C’est en 1753 que Benjamin Franklin inventa le Paratonnerre à Tige Simple. Ce paratonnerre est composé d’une tige métallique effilée d’une hauteur de 2 à 8 mètres de haut dominant la structure à protéger, reliée à minimum deux conducteurs de descente et à deux prises de terre.

Le rayon de protection assuré par ce type de paratonnerre étant limité à 30 mètres environ ( Niveau de protection IV, hauteur = 60 mètres) , il est plus particulièrement réservé à la protection de petites structures ou zones tels que pylônes, cheminées, cuves, châteaux d’eau, mâts d’antennes etc…

Le paratonnerre à cage maillée


Catenary wire Lightning Protection System

Exemple typique :

Protection d’un bâtiment par un système à cage maillée

Ce paratonnerre, dérivé de la cage de Faraday, est composé d’un maillage en toiture et en façade englobant la structure à protéger.

En toiture, des pointes captrices sont positionnées en périphérie et sur les points hauts. Un réseau de conducteurs suit le périmètre extérieur de la toiture. Ce réseau est complété par des transversales. La taille des mailles est comprise entre 5 et 20 mètres et varie en fonction de l’efficacité recherchée de la protection.

En façade, des conducteurs de descente sont reliés en partie haute au maillage de toiture et en partie basse à des prises de terre spécifiques . La distance entre deux descentes est comprise entre 10 et 25 mètres, et varie en fonction de l’efficacité recherchée de la protection.

La majeure partie du courant de foudre est écoulée par des conducteurs et des prises de terre différents suivant la localisation du point d’impact de la foudre.

Le paratonnerre à fils tendus

Protection of an external explosive storage area

Exemple typique :

Protection d’un stockage de fûts extérieurs par paratonnerre à fils tendus


Ce paratonnerre, de principe proche à celui de la cage maillée, est constitué d’un maillage de conducteurs distant de la structure à protéger ayant pour but d’éviter que le courant de foudre soit en contact avec celle-ci.

Des fils conducteurs tendus sont implantés au-dessus de la structure à protéger, raccordés à des conducteurs de descente et à des prises de terre spécifiques. La largeur des mailles et la distance entre les conducteurs de descente sont assujettis aux mêmes règles que le paratonnerre à cage maillée (méthode de la sphère fictive).

La mise en œuvre de cette protection implique une étude complémentaire au niveau mécanique (résistance des matériaux: calcul de flèches, résistance aux contraintes météorologiques…), ainsi que la définition des distances d’isolement.

Le paratonnerre à fils tendus est plus particulièrement utilisé pour protéger des zones ouvertes lorsqu’il n’existe pas de support architectural.

La protection par composants naturels

Composants assurant une fonction de protection contre la foudre mais non installés spécifiquement à cet effet.
Commentaire : ce sont des parties conductrices d’une structure ou d’un bâtiment pouvant participer à la protection extérieure par leur capacité à capter un coup de foudre ou à écouler un courant de foudre. Elles peuvent être utilisées pour remplacer tout ou partie d’une descente ou pour venir en complément d’une installation extérieure.

Ces composants peuvent être constitués par :

  • l’ossature des constructions métalliques
  • les revêtements métalliques de façades ou bardages métalliques
  • les tôles métalliques recouvrant le volume à protéger, pourvu qu’elles ne risquent pas d’être perforées par un impact
  • les éléments métalliques de construction d’une toiture (fermes, armatures d’acier interconnectées…), même recouverts de matériaux non métalliques, à condition que ces derniers puissent être exclus du volume à protéger
  • les armatures de béton armé, à condition que l’interconnexion électrique soit assurée entre elles et notamment avec les dispositifs de capture et la prise de terre
  • les pièces métalliques du type gouttières, décorations, rambardes…, à condition que leur section ne soit pas inférieure à celle spécifiée pour les composants normaux
  • les tuyaux et réservoirs métalliques, s’ils sont réalisés en un matériau d’au moins 2,5 mm d’épaisseur et si leur perforation n’entraîne pas de situation dangereuse ou inacceptable

Ces éléments doivent répondre à des contraintes d’épaisseur, de section et de continuité, ce qui rend délicat la mise en application de cette technologie

Le paratonnerre à dispositif d’amorçage

Le principe du paratonnerre à dispositif d’amorçage est de générer artificiellement à l’aide d’un dispositif d’ionisation un traceur ascendant plus précoce que les autres traceurs ascendants naturels, et donc d’établir un point d’impact privilégié sur sa pointe.

Diagram showing the operating principle for capturing a lightning strike using an early streamer emission conductor

Early streamer emission conductorEarly streamer emission conductorEarly streamer emission conductorEarly streamer emission conductor
Early streamer emission

Exemple typique :

Protection d’un site industriel par paratonnerre à dispositif d’amorçage

La capture du coup de foudre étant plus rapide qu’avec un paratonnerre à tige simple, cette technologie permet de bénéficier de zones de protection plus étendues, assurant la protection de structures de grandes dimensions.

Le rayon de protection généré est fonction de la valeur de l’avance à l’amorçage du paratonnerre (Δt en µs), de sa hauteur, et de l’efficacité de la protection, la valeur maximale étant de 120 mètres (Niveau III, hauteur = 60 mètres).





Avantages et désavantages des différent types de protection

  • Le paratonnerre à tige simple
  • Le paratonnerre à cage maillée
  • le paratonnerre à fils tendus
  • La protection par composants naturels
  • Le paratonnerre à dispositif d'amorçage

le paratonnerre à tige simple :

Avantages Inconvénients
  • Facilité de mise en œuvre
  • Economiquement intéressant
  • Intégration possible à l’architecture du bâtiment sans altération de l’esthétique
  • Limité à la protection de structure de faibles dimensions.
  • Contrainte de tenue mécanique des mâts.

Le paratonnerre à cage maillée

Avantages Inconvénients
  • Diminution des effets de rayonnement électromagnétique à l’intérieur de la structure protégée. Répartition des courants entre plusieurs descentes.
  • Contribue à l’équipotentialité globale des masses et terres.
  • Mise en œuvre lourde et coûteuse.
  • Souvent inesthétique du fait de la complexité de sa structure.

Le paratonnerre à fils tendus

Avantages Inconvénients
  • Diminution des effets de rayonnement électromagnétique à l’intérieur de la structure protégée. Répartition des courants entre plusieurs descentes.
  • Contribue à l’équipotentialité globale des masses et terres.
  • Protection des zones ouvertes
  • Les fils tendus peuvent être des obstacles dangereux dans les zones de manutention avec utilisation d’appareil de levage.
  • Mise en œuvre difficile et coûteuse.
  • Souvent inesthétique du fait de la complexité de sa structure

La protection par composants naturels

Avantages Inconvénients
  • Simplification de l’installation et réduction des coûts
  • Maintenance difficile (vérification des continuités électriques, identification des structures naturelles participant à la protection…)
  • Suppression partielle ou totale éventuelle d’éléments naturels participant à la protection lors d’évolution des surfaces du bâtiment.

Le paratonnerre à dispositif d'amorçage

Avantages Inconvénients
  • Implantation possible du paratonnerre en dehors d’une zone dangereuse.
  • Possibilité de protéger un ensemble de bâtiments avec le même paratonnerre.
  • Economiquement intéressant
  • Possibilité de protéger ensemble une structure et son environnement.
  • Protection des zones ouvertes.
  • Intégration possible à l’architecture du bâtiment sans altération de l’esthétique.
  • Nécessité d’avoir une hauteur de paratonnerre minimale de 2 mètres.
  • Contrainte de tenue mécanique des mâts.