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Paratonnerre
" La Tour Eiffel, paratonnerre géant. "
Photographie prise à 21h20 le 3 juin 1902 et publiée dans le Bulletin de la Société Astronomique de France en mai 1905.
paratonerre, avec mise à la terre (ou à l'eau)
paratonerre, avec mise à la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) (ou à l'eau)

Le paratonnerre (Le paratonnerre est un dispositif inventé en 1752 par Benjamin Franklin. Il était conçu à l'origine afin d'« écouler à la terre le fluide électrique...) est un dispositif inventé en 1752 par Benjamin Franklin (Benjamin Franklin (17 janvier 1706 à Boston - 17 avril 1790 à Philadelphie) est l'une des plus illustres figures de l'histoire américaine, à la fois écrivain,...). Il était conçu à l'origine afin d'" écouler à la terre le fluide électrique contenu dans le nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière...) orageux et ainsi empêcher la foudre (La foudre est un phénomène naturel de décharge électrostatique disruptive qui se produit lorsque de l'électricité statique s'accumule entre des nuages d'orage ou...) de tomber ". Depuis ces notions portent le nom d'effet de pointe en électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.) et de cage de Faraday (Une cage de Faraday est une enceinte utilisée pour protéger des nuisances électriques et subsidiairement électromagnétiques extérieures ou inversement empêcher un...). Pour construire une protection contre la foudre, il faut construire une cage de Faraday enveloppant l'édifice à protéger.

Principe de fonctionnement

Son réel fonctionnement est aujourd'hui mieux connu. La structure d'un paratonnerre est composée d'une tige (La tige est chez les plantes à fleurs, l'axe, généralement aérien, qui prolonge la racine et porte les bourgeons et les feuilles. La tige se ramifie généralement en...) placée en hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) puis connectée à la terre par plusieurs câbles appelé(s) conducteur(s) de descente capable(s) de conduire cette électricité : ces conducteurs constituent la cage de Faraday.

Le paratonnerre n'attire absolument pas la foudre mais rend plus probable grâce à l'effet de pointe le parcours d'un claquage du diélectrique que constitue l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Ce claquage suit un parcours souvent initié par un précurseur.

Un tel système est plus efficace s'il est constitué de plusieurs pointes, couvrant toute la toiture et les arêtes du bâtiment à préserver. Les pointes sont reliées entre elles par des filins conducteurs interconnectés, reliés à la terre et formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se...) une cage (dite cage de Faraday). Il est inutile de l'élever très haut : une espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de...) de toit (Le toit est la structure couvrant la partie supérieure d'un édifice, permettant principalement de protéger son intérieur contre les...) en planche de fakir (plusieurs petites pointes) reste efficace.

  • La pointe d'une tige est entourée d'un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des...) en période orageuse. Si l'arc électrique (Un arc électrique est un courant électrique visible dans un milieu isolant (gaz, vide...). La découverte de ce phénomène est due au chimiste et physicien...) (l'éclair) se dirige vers l'une des pointes, alors il finira sa course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) dans les câbles de descente (au lieu de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) par le bâtiment).
  • Une pointe unique a une utilité réduite , car rien ne garantit que l'éclair tombera à cet endroit : il existe des témoignages nombreux confirmant que la foudre peut tomber juste en dessous ou à côté d'un paratonnerre, dégradant ainsi le bâtiment supposé être protégé.

Zone protégée

Le modèle actuellement reconnu pour évaluer la zone protégée est le modèle électrogéométrique. Il consiste à considérer qu'un bâtiment (quelle que soit sa hauteur, qu'il soit ou non équipé d'un paratonnerre) n'est protégé que sous une sphère (Une sphère est une surface à 3 dimensions dont tous les points sont situés à une même distance d'un point appelé centre. La valeur de cette distance commune au centre est appelée le rayon de la sphère. Elle n'inclut donc pas les points situés à...) qui y est accolée. Autrement dit, on prend une boule (sphère) géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la séquence...) et imaginaire que l'on fait rouler jusqu'au contact contre le bâtiment.

  • L'espace situé en dessous du point (Graphie) de contact est supposé protégé.
  • La taille de la boule (rayon de la sphère) dépend de l'intensité de l'éclair dont on espère se protéger (de 5 mètres seulement pour un petit choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.), à 200 mètres pour des chocs très rares et intenses).
  • Vu sous un autre angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.), seuls les gros chocs de foudre seront attirés par les hauteurs du bâtiment ou les pointes de paratonnerres.
  • Potentiellement, le bas d'un bâtiment risquera toujours un éventuel choc de foudre. Donc la foudre peut tomber partout (même entre deux pieds de la tour Eiffel).
  • En s'éloignant du bâtiment, aucune protection particulière n'est constatée. L'idée que la pointe du clocher (Un clocher est un élément architectural d'une église, généralement en forme de tour plus ou moins élevée, qui héberge une ou plusieurs cloches.) protège tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le village (Un village est, à la campagne ou à la montagne, un ensemble d'habitations, de bâtiments à usages divers, de fermes... de proportion modérée (quelque dizaines de bâtiments)) est à oublier.
  • Cela implique aussi qu'il n'est pas très utile d'élever démesurément les paratonnerres ni très malin de tout miser sur eux.

Enfin, ce modèle n'a été observé que pour les décharges négatives (90 % des cas), aucune réelle protection n'étant constatée avec les chocs positifs (10 % des cas).

Conclusion : la notion de " zone protégée " connue culturellement est à relativiser fortement.

Intérêt et limite de la protection

Il est rare de subir un choc direct de foudre. Le plus souvent, les dégradations et pannes sont causées à distance par l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde...) magnétique, car un éclair dégage une onde très puissante. C'est cet effet indirect qui est responsable de la majorité des pannes électriques ou électroniques.

  • Cela implique qu'un paratonnerre ne protège en rien les matériels électroniques (au contraire, si l'éclair touche il tombe au plus près des appareils).
  • L'objectif d'un paratonnerre est seulement d'éviter des incendies et des dégradations de la structure du bâtiment. Toutefois, s'il y a plusieurs conducteurs de descente vers la terre, il peut y avoir en prime un effet réducteur de l'onde magnétique (à l'intérieur du bâtiment).
  • Il est important d'avoir plusieurs conducteurs de descente (capables d'écouler le choc de foudre) et bien positionnés. Ces conducteurs doivent être reliés aux masses métalliques proches pour éviter des arcs électriques : à l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) du choc, deux extrémités d'un même câble ne sont plus au même potentiel (il peut y avoir plusieurs milliers de volts d'écart).

Autres protections

La sécurité offerte par cet outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit...) souvent coûteux doit donc être relativisée, malgré les croyances et les conseils commerciaux. Il garde l'intérêt décrit ci-dessus, ni plus, ni moins.

  • Pour les constructions individuelles, les spécialistes en CEM (compatibilité électromagnétique) connaissent des techniques simples, efficaces et peu coûteuses sur les façons de câbler l'installation électrique pour protéger les matériels.
  • Ces conseils font souvent partie des normes actuelles, en particulier pour des constructions nouvelles (liaisons équipotentielles, absence de boucles sauf sur les masses, etc). Recâbler le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud...) électrique est plus efficace qu'un paratonnerre pour protéger les matériels.
  • Pour protéger également le bâtiment, il faut un paratonnerre à plusieurs pointes ou la pose d'une ceinture conductrice sur les arêtes du bâtiment. Cela est contraignant et peu esthétique dans le cadre d'une habitation individuelle. La pose est donc essentiellement rencontrée en milieu industriel.
  • Il est en revanche conseillé de poser une pointe au point d'impact si le bâtiment a déjà été touché par un choc direct.

La bonne nouvelle : il est (possible mais) très rare et peu probable d'être touché directement par la foudre, que le bâtiment soit ou non " protégé ". Par contre, lutter contre les effets indirects (électromagnétiques) est prioritaire car il y a régulièrement des orages.

Attention à ne pas confondre les paratonnerres (dont il est question dans cet article et qui tentent de protéger la structure d'un bâtiment) avec les parafoudres (qui eux protègent les appareils électriques). Les parafoudres sont des protections (efficaces si bien câblées) à faire poser sur le circuit électrique (Un circuit électrique est un ensemble simple ou complexe de conducteurs et de composants électriques ou électroniques parcouru par un courant électrique.), justement pour se protéger des surtensions induites.

Pointes dites actives

Il s'agit de paratonnerres équipés sur leur pointe d'un dispositif supposé attirer un peu mieux la foudre. Nous avons vu dans cet article qu'il était néfaste de vouloir ainsi l'attirer et utopique d'y parvenir avec une seule pointe. Quoi qu'il en soit, dans le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps...) et suivant les croyances, certains paratonnerres ont été équipés d'une pastille radioactive. Elle est supposée ioniser l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...) et ainsi offrir un rayon d'efficacité plus élevé. La limite de cette idée est bien sûr que les chocs de foudre n'ont pas tous la même polarité. On repousserait donc au moins autant, sinon plus, d'éclairs qu'on n'en attirerait. Qui plus est, suite aux risques liés à la radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie pour le thorium, est un phénomène physique naturel au cours duquel des...), ces dispositifs sont évidemment aujourd'hui interdits. On peut toutefois en trouver encore parfois sur certains toits anciens.

D'autres types de dispositifs se fabriquent par contre encore, basés par exemple sur l'effet piézoélectrique. Les dispositifs à pointes actives sont parfois expliqués par la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) dite " de l'avance à l'amorçage ", bien qu'aucun lien ne soit clairement établi entre cette avance à l'amorçage et le rayon de protection. Dans quelques pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme...), des normes nationales définissent des zones de protection pour ces matériels, dans d'autres, l'efficacité de tels dispositifs est contestée[1].

Rappelons le véritable intérêt d'un paratonnerre : il s'agit surtout, au cas où la foudre passerait, par hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque efficient, sinon de causes, au moins d'une reconnaissance de cause à effet d'un événement.), à proximité et risquerait de toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal, essentiel pour la survie et le développement des êtres vivants, l'exploration, la...) le bâtiment, de capter et écouler la décharge dans les conducteurs de descente et ainsi de préserver la structure du bâtiment.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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