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ME RES - 02470_A_F - Rév. 0 08/06/2005 I - LA FOUDRE ET SES EFFETS ............

ME RES - 02470_A_F - Rév. 0 08/06/2005 I - LA FOUDRE ET SES EFFETS ................................................................................................. 1 1 - Définitions..................................................................................................................................... 1 2 - Formation de la décharge électrique............................................................................................ 1 3 - Effets de la foudre ........................................................................................................................ 2 4 - Accidents corporels dus à la foudre ............................................................................................. 4 II - LES MODES DE PRÉVENTION ............................................................................................... 5 1 - Maillage des masses.................................................................................................................... 5 2 - Influence du régime neutre........................................................................................................... 6 3 - Cheminement des câbles............................................................................................................. 7 4 - Implantation des équipements ..................................................................................................... 7 5 - Limiteurs de surtension ................................................................................................................ 7 6 - Parafoudres et parasurtenseurs................................................................................................... 7 7 - Paratonnerres............................................................................................................................... 9 8 - Les prises de terre ..................................................................................................................... 11 Les informations de ce document sont tirées de la note SP1076 de la Caisse Régionale d’Assurance Maladie “Rhône Alpes” C C 5 5 - -3 3 ÉLECTRICITÉ INDUSTRIELLE ÉLECTRICITÉ ATMOSPHÉRIQUE Connaissance et Maîtrise des Phénomènes Physiques et Chimiques  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training Ce document comporte 13 pages Ingénieurs en Sécurité Industrielle 02470_A_F 1 I - LA FOUDRE ET SES EFFETS 1 - DÉFINITIONS La foudre est une manifestation de l’électricité d’origine atmosphérique, comportant une décharge électrique accompagnée d’une vive lumière (éclair) et d’une violente détonation (tonnerre). L’éclair est l’ensemble des manifestations lumineuses provoquées par les décharges électriques d’origine atmosphérique. Le tonnerre est le bruit induit par la décharge électrique (entre deux nuages ou entre la base d’un nuage et le sol, ou à l’intérieur d’un même nuage), dont l’éclair est la manifestation lumineuse. La vitesse de la lumière étant de 300000 km/s, l’éclair est perçu au moment où il se produit. Mais le son se propage à 340 m/s seulement. Le tonnerre suit donc l’éclair et le nombre n de secondes qui s’écoulent entre les deux phénomènes indique la distance d en mètres, d = 340 . n, qui sépare l’observateur de la décharge orageuse. 2 - FORMATION DE LA DÉCHARGE ÉLECTRIQUE a - Nuage orageux 25° C + + + + + + + + + + + + + + + + + + + – + – + – – – – – – – – – – – – – – – – + + – – – – – 10 km 9 km 8 km 7 km 6 km 5 km 4 km 3 km 2 km 1 km 10° C 0° C –30° C –65° C Ascendance atmosphérique Champ E avant la foudre = 15 kV/m (en plaine) SOL D SEC 3100 A Un nuage orageux, le cumulo-nimbus s’étend sur plusieurs kilomètres carrés et se développe en hauteur jusqu’à des altitudes de 15 kilomètres. Les mouvements convectifs et les trajectoires des précipitations provoquent la génération d’hydrométéores chargés électriquement dans le corps du nuage puis entraînent leur séparation. Les particules chargées positivement sont repoussées vers le haut, celles chargées négativement, plus lourdes, tombent vers la base du nuage. La structure électrostatique de la cellule orageuse est proche de celle d’un dipôle d’axe vertical formé de deux poches de charges de signe opposé et évaluées à plusieurs dizaines de Coulombs. Des petites poches chargées positivement peuvent éventuellement être présentes à la base du nuage. Le champ électrique au sol correspondant à cette configuration est vertical et son amplitude varie avec la distance au centre du nuage. Par beau temps, le champ électrique au sol est de l’ordre de la centaine de volts par mètre. À l’approche d’un nuage chargé, il s’inverse et son amplitude évolue jusqu’à atteindre 250 fois sa valeur initiale. C C5 5 - -3 3  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 02470_A_F 2 b - Le coup de foudre Les aspérités du sol ou des structures créent un “effet de pointe” qui amplifie de façon très importante le champ électrique local. Cette augmentation du champ électrique se traduit par un effet “Corona” (ionisation locale de l’air : feu de Saint Elme) un canal d’air ionisé reliant le nuage au sol permet alors l’écoulement du coup de foudre. Pour les experts, les principales caractéristiques d’un coup de foudre sont généralement les suivantes : - durée totale : 0,2 à 1 seconde - nombre de décharges : 4 en moyenne - valeur du courant : généralement comprise entre 2 et 200 kA - valeur de dI dt : généralement comprise entre 10 et 200 kA par microseconde - charges électriques : jusqu’à 300 Coulombs - durée de vie d’une cellule orageuse : environ 2 heures - étendue du spectre : de quelques kHz jusqu’à quelques MHz 3 - EFFETS DE LA FOUDRE La foudre est un courant électrique haute fréquence qui entraîne les mêmes effets que tout autre courant circulant dans un conducteur électrique notamment : - effets thermiques (effet Joule) - effets dus aux amorçages (montées en potentiel des prises de terre et aux tensions dangereuses dues à l’impédance élevée des conducteurs en haute fréquence) - effets électromagnétiques - effets électrodynamiques - effets électrochimiques - effets acoustiques (tonnerre) - effets lumineux a - Effets thermiques Ces effets sont liés : - à la quantité de charges Q à écouler en un temps très bref : effets d’impact aux points de jonction de l’éclair avec un conducteur (exemple : perforation de tôle d’acier de 2 à 3 mm d’épaisseur) - aux effets Joule, fonctions de l’impédance du conducteur, du carré de l’intensité du courant et du temps de passage (exemple : soudure par point de contact de relais, vitrification locale, …) En particulier dans les mauvais conducteurs, une partie de l’énergie est libérée sous forme de chaleur : l’eau contenue dans le bois ou la maçonnerie est échauffée et vaporisée (arbres ou béton éclatés) C C5 5 - -3 3  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 02470_A_F 3 b - Montées en potentiel et amorçages Le courant de foudre, de nature impulsionnelle, présente des fronts de montée très raides. Dans ces conditions, l’impédance haute fréquence du circuit électrique conditionne les risques d’amorçages. Une impédance élevée est particulièrement néfaste car elle conduit à des différences de potentiel considérables. Ces différences de potentiel se traduisent : - par des destructions d’équipements électriques ou électroniques - par des claquages (étincelles) entre descentes de paratonnerre et objets métalliques proches reliés au sol (risque d’inflammation) c - Effets électromagnétiques Le canal de foudre ainsi que les éléments écoulant le courant de foudre à la terre créent un champ électromagnétique. Des courants et tensions induits vont alors apparaître dans les conducteurs proches. À 100 m du point d’impact, un éclair peut induire une tension de 80 V/m2 dans une boucle non protégée d’équipements interconnectés. Les différences de potentiels résultantes peuvent à leur tour entraîner des claquages dans les éléments électriques ou électroniques reliés à ces conducteurs. Ces claquages peuvent être également de forte intensité et créer un risque d’inflammation ou de destruction du même type que celui créé par le coup direct. Certains équipements sensibles aux perturbations électromagnétiques peuvent être perturbés ou détruits par le champ créé par un éclair proche. d - Effets électrodynamiques Ces effets sont ceux qui peuvent être rencontrés dès qu’un courant fort circule dans un conducteur : par analogie, on peut se référer aux phénomènes apparaissant sur des jeux de barres de poste de puissance en cas de court-circuit. Les effets peuvent être soit attractifs, soit répulsifs suivant la disposition des conducteurs les uns par rapport aux autres. Ces efforts peuvent atteindre plusieurs centaines à plusieurs milliers de newtons pour des coups de foudre violents et conduisent à des déformations mécaniques pouvant entraîner des ruptures ou des arrachages de support. e - Effets électrochimiques Ces effets sont relativement peu importants sur les installations au sol et les quantités de matière pouvant se décomposer par électrolyse restent faibles, même pour des quantités de charge transférées importantes. Une surveillance des prises de terre est nécessaire (risque de corrosion, …). f - Effets acoustiques Les forces électrodynamiques liées au courant s’écoulant dans l’éclair créent une dilatation de l’air du canal de foudre, accompagnée d’une élévation de pression dans le canal. Cette surpression et sa disparition brutale créent une onde de choc. g - Effets lumineux Les effets sur les installations sont limités aux équipements optiques (cellules, caméra, …). Cependant, les lésions oculaires sont possibles. C C5 5 - -3 3  2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 02470_A_F 4 4 - ACCIDENTS CORPORELS DUS À LA FOUDRE Les accidents corporels dus à la foudre ne sont pas très fréquents, mais leurs conséquences, souvent très graves, doivent être connues, ainsi que les règles élémentaires à respecter pour se protéger. • Recommandation en cas d’orage pour la protection des personnes Les recommandations pour la protection des personnes contre la foudre sont fondées sur deux principes : - ne pas constituer une cible pour la foudre - ne pas se placer dans des situations qui risquent d’engendrer une différence de potentiel entre deux parties du corps Les personnes voulant se protéger doivent prendre les principales précautions suivantes : - chercher un abri bas dans un endroit ayant un toit relié électriquement à la terre ou un abri uploads/Industriel/ electricite-atmospherique.pdf