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Etude des Paratonnerres à Dispositif d'Amorçage Ministère de l’Aménagement du T

Etude des Paratonnerres à Dispositif d'Amorçage Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement P. GRUET Laboratoire d'Evaluation des Equipements Electriques Direction de la Certification octobre 2001 INERIS - DCE – 2000 - 25265f.doc AVERTISSEMENT A la demande de la Direction de la Prévention des Pollutions et des Risques (DPPR) du Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement, l'INERIS a étudié l'efficacité des Paratonnerres à Dispositif d'Amorçage (PDA). Les textes réglementaires français pris dans le cadre de la législation sur les installations classées autorisent la protection des bâtiments par PDA. L'étude de l'INERIS a consisté à recueillir des informations sur les PDA et à en faire une analyse critique. Ce rapport ne remet pas en cause la technologie PDA dans son ensemble. Il indique que la capacité des PDA à recevoir la foudre est constatée, mais il critique l’évaluation de leur supériorité en termes de rayon de protection par rapport à un paratonnerre à tige simple. En complément à cette étude, le Service de l'Environnement Industriel de la DPPR suggère deux actions : 1. faire une enquête auprès des installations protégées contre la foudre pour évaluer la protection effective des installations (retour d'expérience), 2. conforter le modèle théorique de capture de la foudre afin de mieux quantifier le gain en termes de rayon de protection des PDA. Le Service de l'Environnement Industriel indique que dans l'état actuel des connaissances, le PDA peut être utilisé pour protéger les installations classées. Par ailleurs le SEI note les modifications en cours de validation par l’U.T.E. de la norme NFC 17-102. 1/46 INERIS - DCE – 2000 - 25265f.doc Etude des Paratonnerres à Dispositif d'Amorçage OCTOBRE 2001 Personnes ayant participé à l'étude : MM. CHARPENTIER, HALAMA Ce document comporte 46 pages (hors couverture et annexes). 2/46 INERIS - DCE – 2000 - 25265f.doc TABLE DES MATIERES 1. INTRODUCTION............................................................................................. 5 2. OBJECTIF ET METHODE.............................................................................. 6 2.1. Contexte et motivation de l'étude sur les PDA ............................................................................... 6 2.2. La démarche et les participations externes..................................................................................... 6 2.3. Rappel des méthodes et moyens de protection................................................................................ 6 2.3.1. Le principe de la protection....................................................................................................... 7 2.3.2. Le rôle des paratonnerres........................................................................................................... 8 3. PRESENTATION DES PDA ........................................................................... 9 3.1. Concepts............................................................................................................................................. 9 3.1.1. La formation de l'orage et le déroulement d'un coup de foudre................................................. 9 3.1.2. Le principe d'avance à l'amorçage........................................................................................... 11 3.2. Différentes techniques..................................................................................................................... 13 3.2.1. Les paratonnerres radioactifs................................................................................................... 13 3.2.2. Les paratonnerres à déclenchement électronique .................................................................... 13 3.2.3. Les paratonnerres piézo-électriques......................................................................................... 14 3.2.4. Les paratonnerres à profil spécial............................................................................................ 15 3.3. Produits commercialisés ................................................................................................................. 17 4. NORME NF C 17-102 ................................................................................... 20 4.1. Réglés d'installations d'un PDA..................................................................................................... 20 4.1.1. Conception de l'installation de protection................................................................................ 20 4.1.2. Réalisation du dispositif de protection..................................................................................... 20 4.1.3. Vérification et maintenance..................................................................................................... 20 4.2. Sélection de l'avance à l'amorçage du PDA et rayon de protection............................................ 21 4.3. Méthode de qualification des PDA en laboratoire........................................................................ 22 5. METHODES D'EVALUATION DES PDA ..................................................... 24 5.1. Essais en laboratoire ....................................................................................................................... 24 5.1.1. Etudes exploratoires ................................................................................................................ 24 5.1.2. Mesure de l'avance à l'amorçage.............................................................................................. 28 5.2. Essais à l'extérieur........................................................................................................................... 29 5.3. Retours d'expérience....................................................................................................................... 30 3/46 INERIS - DCE – 2000 - 25265f.doc 6. PERFORMANCES DES PDA....................................................................... 31 6.1. Les informations fournies aux utilisateurs.................................................................................... 31 6.1.1. Bureaux d'étude ....................................................................................................................... 31 6.1.2. Installateurs.............................................................................................................................. 32 6.1.3. Bureaux de contrôle................................................................................................................. 32 6.1.4. Responsables d'installations .................................................................................................... 33 6.2. Les caractéristiques démontrées.................................................................................................... 34 6.3. Les caractéristiques non démontrées............................................................................................. 36 6.4. Avis sur l'efficacité des PDA .......................................................................................................... 39 6.4.1. Des différences entre les modèles............................................................................................ 39 6.4.2. Une efficacité difficile à démontrer......................................................................................... 39 6.5. Critique de la norme NF C 17-102................................................................................................. 40 6.5.1. Partie installation..................................................................................................................... 40 6.5.2. Partie qualification................................................................................................................... 40 6.5.3. Partie choix et positionnement du PDA................................................................................... 40 6.6. Critiques des techniques utilisées................................................................................................... 41 6.7. Recommandations et actions à mener ........................................................................................... 42 7. CONCLUSION.............................................................................................. 44 8. BIBLIOGRAPHIE.......................................................................................... 45 9. LISTE DES ANNEXES ................................................................................. 46 4/46 INERIS - DCE – 2000 - 25265f.doc 1. INTRODUCTION L'INERIS a été chargé par le Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement1 d'étudier l'efficacité des Paratonnerres à Dispositif d'Amorçage (PDA). Ces matériels ont succédé aux paratonnerres radioactifs dans les années 80, ils sont utilisés dans différents pays mais le plus grand nombre est en France, en Espagne et en Australie. Les constructeurs annoncent des performances nettement supérieures aux paratonnerres traditionnels constitués d'une tige simple. L'évaluation de l'efficacité de ces matériels lors de cette étude a consisté en une analyse critique des documents et dossiers qui ont été transmis. Ainsi, dans une première phase, un questionnaire a été remis aux fabricants de PDA. La majorité des fabricants a communiqué des dossiers de conception et de caractérisation de leur paratonnerre. La seconde phase a consisté à rencontrer différents acteurs qui ont participé aux développements de ces paratonnerres. De nombreux documents ont été recueillis, en particulier des résultats d'essais réalisés dans des laboratoires Haute Tension. La norme française NF C 17-102 définit la procédure d'évaluation d'un PDA, elle fait donc l'objet d'une analyse détaillée dans ce rapport. La troisième phase a consisté à synthétiser l'ensemble des documents afin de définir si ces dispositifs offrent une protection supérieure aux paratonnerres à tige simple. Les termes techniques utilisés dans ce rapport sont définis dans un glossaire en annexe. 1 Service de l'Environnement Industriel du Bureau des risques technologiques et des industries chimiques et pétrolières, Direction de la Prévention des Pollutions et des Risques au Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement 5/46 INERIS - DCE – 2000 - 25265f.doc 2. OBJECTIF ET METHODE 2.1. CONTEXTE ET MOTIVATION DE L'ETUDE SUR LES PDA L'arrêté du 28 janvier 1993 du Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement indique que certaines installations soumises à autorisation au titre de la législation des installations classées doivent être protégées contre la foudre. La circulaire n° 93-17 du 28 janvier 1993 précise au paragraphe 3.3.2 : Paratonnerres à dispositif d'amorçage, dit "actifs" "Dans l'attente d'indications confirmées à ce sujet par un organisme habilité, il pourra être admis dans l'étude que ces dispositifs assurent une surprotection de l'installation sur laquelle ils sont mis en place." Le Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement [2] a confié à l'INERIS une étude pour réaliser un premier bilan sur l'utilisation des Paratonnerres à Dispositif d'Amorçage. 2.2. LA DEMARCHE ET LES PARTICIPATIONS EXTERNES L'étude de l'INERIS a consisté, dans un premier temps, à récolter des informations auprès de tous les intervenants qui ont participé aux études, aux développements, à la réalisation, à la qualification, l'installation et le contrôle des PDA. L'INERIS n'a pas participé aux études menées pour développer ce type de protection et n'a aucun lien avec un constructeur ou un distributeur de matériel. La liste des informations demandées aux principaux fabricants français de PDA au premier semestre 2000 figure en annexe 1. Les fabricants ont été invités à fournir les informations susceptibles de montrer la qualité et l'efficacité de leur produit. La participation des différents acteurs est une démarche volontaire. L'étude des différents produits a été réalisée à partir des informations fournies par les fabricants. Une partie importante des informations communiquées à l'INERIS concerne des essais d'investigations et des secrets de fabrication, ces informations à caractère confidentiel ne sont pas diffusées dans ce rapport. Ces informations ont permis à l'INERIS de connaître le fonctionnement particulier de certains PDA et d'apprécier le comportement général des PDA. Aucun essai en laboratoire sur les PDA n'a été réalisé lors de cette étude. 2.3. RAPPEL DES METHODES ET MOYENS DE PROTECTION Avant d'aborder l'étude des Paratonnerres à Dispositif d'Amorçage, il est bon de rappeler brièvement la nécessité des protections contre la foudre, le principe de protection communément retenu et le rôle des paratonnerres. Il faut garder à l'esprit que ce phénomène naturel n'est pas maîtrisé. Il y a plusieurs raisons à cela, en particulier : • la complexité du phénomène, • son caractère aléatoire, • l'énergie mise en jeu pendant un temps très court. 6/46 INERIS - DCE – 2000 - 25265f.doc 2.3.1. Le principe de la protection Pendant la formation d'un orage, de grandes quantités de charges électriques de polarités opposées sont produites. Ces charges créent des différences de potentiel électrique très importantes qui, à partir d'un certain niveau, provoquent un arc électrique à l'intérieur des nuages ou entre les nuages et la terre. Un coup de foudre au sol permet la neutralisation des charges électriques au niveau du sol. Il est illusoire de vouloir s'opposer à cette circulation de courant, elle est nécessaire à la neutralisation des charges au sol à l'approche du nuage orageux. Bien que la durée d'un coup de foudre soit courte, son énergie est suffisante pour provoquer un incendie [3], déclencher une explosion ou tuer un homme ou un animal. Aussi, pour ne pas être frappé par la foudre plusieurs idées, parfois irréalistes, peuvent être avancées : 1. être capable de dévier les nuages orageux, 2. éviter la formation de charge au niveau du sol, 3. favoriser un lieu d'impact de foudre et canaliser le courant à l'extérieur de la zone à protéger. L'observation du phénomène et le retour d'expérience ont permis de développer des dispositifs de protections qui reposent sur le principe uploads/Management/ pda.pdf