Détecteur d'orages low-cost avec Arduino Uno – Détection éclairs 10-20 km

Composants nécessaires

• 1 × Arduino Uno (ou compatible 16 MHz)
• 1 × Plaque d'essai
• 2 × Résistances 10kΩ
• 1 × Résistance 3,3 MΩ
• Fils de liaison (4 minimum)
• 1 × Fil d'antenne (6-8 pouces / 15-20 cm, rigide de préférence)

Principe physique

La foudre émet une intense rafale d'ondes électromagnétiques dans les bandes VLF (3-30 kHz) et LF (30-300 kHz). Ce détecteur capte ces impulsions via une antenne filaire qui induit une tension alternative faible. L'Arduino, grâce à une astuce de division de tension et une accélération de son convertisseur analogique-numérique (ADC), échantillonne ce signal à ~46 kHz (prescaler 16x) pour détecter les pics caractéristiques des éclairs jusqu'à 10-20 km.

Circuit : division de tension (biais 2,5V)

Les entrées analogiques de l'Arduino acceptent 0-5V. Le signal d'antenne oscille autour de 0V (positif/négatif). Pour éviter la perte de la partie négative et protéger l'entrée, on crée un point milieu stable à 2,5V :

• Deux résistances 10kΩ en série entre 5V et GND → point milieu à 2,5V
• Résistance 3,3 MΩ entre ce point milieu et la broche A4
• Antenne (fil 15-20 cm) connectée à l'autre extrémité de la résistance 3,3 MΩ

La résistance 3,3 MΩ présente une impédance élevée, laissant le signal RF moduler la tension sur A4 autour de 2,5V.

Logiciel : acquisition rapide ADC

Par défaut, l'ADC de l'ATmega328P tourne à 9,6 ksps (échantillons/seconde). Pour atteindre ~46 ksps, le code configure le registre ADCSRA avec un prescaler de 16 (au lieu de 128 par défaut) :

ADCSRA = (ADCSRA & 0xF8) | 0x04; // Prescaler 16 → 16 MHz / 16 / 13 cycles ≈ 77 ksps théorique

Un tampon circulaire de 512 octets stocke les lectures successives. Dès qu'un pic d'amplitude anormale est détecté (seuil adaptatif), le tampon complet est envoyé sur le port série (115200 bauds) pour visualisation via le traceur série de l'IDE Arduino ou export vers un autre module (ESP8266, etc.).

Résultats et visualisation

Les captures d'écran du traceur série montrent des pics nets correspondant aux éclairs. La forme d'onde capturée (quelques ms) permet d'analyser la structure de la décharge. Le code source complet est hébergé sur GitHub : klauscam/Arduino-Lightning-Detector.

Limites et améliorations possibles

• Portée réelle dépendante de l'environnement électromagnétique local (parasites secteur, moteurs, etc.)
• Filtrage logiciel (moyenne glissante, seuillage adaptatif) recommandé pour réduire les faux positifs
• Ajout d'un horodatage GPS ou RTC pour corrélation avec données météo
• Boîtier étanche + alimentation batterie + module LoRa/Sigfox pour station autonome

Éducation et sécurité

Projet idéal pour comprendre les ondes EM, l'échantillonnage ADC, le traitement de signal temps réel. Ne jamais utiliser en extérieur pendant un orage : l'antenne peut conduire la foudre vers l'Arduino et l'utilisateur. Usage éducatif intérieur uniquement (fenêtre ouverte).