Foudre vs Parafoudre : Différences Clés dans les Systèmes Électriques

La foudre est un phénomène naturel survenant par temps orageux. Elle ne produit pas seulement une lumière intense, mais possède un gradient de potentiel énorme (10 kV/cm) et un courant de 10 à 90 kA. Techniquement : « Une décharge électrique entre nuage et terre, entre nuages, ou entre centres de charges d'un même nuage s'appelle foudre ».

La foudre génère un énorme éclair lorsque les nuages se chargent à un gradient de potentiel tel vis-à-vis de la terre ou d'un nuage voisin que la rigidité diélectrique de l'air est dépassée. Plusieurs théories existent ; la plus acceptée : la friction entre l'air chaud ascendant et de fines gouttelettes d'eau crée une séparation des charges. Les grosses gouttes deviennent positives, les petites négatives.

Ces charges s'accumulent sur les nuages. La charge peut devenir si grande qu'elle se décharge vers un autre nuage ou la terre : c'est la foudre.

Mécanisme de la décharge de foudre

Lorsqu'un nuage chargé passe au-dessus de la terre, il induit des charges opposées égales au sol. Quand le gradient atteint 5-10 kV/cm, l'air se clive et l'éclair commence.

1. Dès la rupture de l'air, un « traceur descendant » part du nuage vers la terre en transportant la charge. Si le gradient n'est pas maintenu, le traceur s'arrête et la charge se dissipe sans former d'éclair complet. (Figure a)
2. Souvent, le traceur continue jusqu'au contact avec la terre ou un objet. Il est lumineux : premier éclat visible. (Figure b)
3. Le traceur trace un chemin ionisé. Rupture isolante complète. Le traceur descendant (charge négative) contacte la terre ; un « traceur retour » positif remonte par le même chemin. Cette neutralisation brutale crée l'éclair. (Figure c)

Les parafoudres et leurs types :

La mise à la terre et les fils de garde offrent une protection contre les coups directs, mais échouent souvent face aux ondes de surtension qui atteignent les appareils. Les parafoudres (dérivateurs de surtension) assurent la protection contre ces surtensions.

Le schéma de base montre un intervalle d'étincelage en série avec une résistance non-linéaire. Une extrémité connectée à la partie à protéger, l'autre à la terre. En conditions normales, le parafoudre ne conduit pas. Lors d'un coup de foudre, l'air de l'intervalle s'ionise et dévie le fort courant vers la terre.

Types de parafoudres :

• Parafoudre à intervalle simple (Rod Gap) : Le plus simple. Deux tiges de 1,5 cm pliées à angle droit avec un intervalle. Une tige à la ligne, l'autre à la terre. Distance intervalle/isolant ≥ 1/3 de l'intervalle pour éviter d'endommager l'isolant.
• Parafoudre à cornes (Horn Gap) : Deux cornes métalliques A et B séparées par un petit intervalle d'air, s'écartant vers le haut. Montées sur isolateur porcelaine. Un côté relié à la ligne via résistance R et self L, l'autre à la terre.
• Parafoudre à intervalles multiples (Multigap) : Série de cylindres métalliques isolés entre eux par petits intervalles d'air. Premier cylindre à la ligne, dernier à la terre via résistances en série. Réduit l'effet des ondes progressives. Pour tensions ≤ 33 kV.
• Parafoudre à expulsion : Courant pour systèmes ≤ 33 kV. Appelé aussi « tube protecteur ». Intervalle à tige en série avec un second intervalle dans un tube en fibre. Deux électrodes forment l'intervalle dans le tube. Haut connecté au chapeau de tige, bas à la terre. Nombre d'opérations limité (la fibre se consume).
• Parafoudre à valve (Valve Type) : Le plus important et efficace. Deux ensembles : 1) intervalles d'étincelage en série 2) disques de résistance non-linéaire en série (tyrite ou métroxil). Les deux ensembles dans un conteneur porcelaine étanche.

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