La foudre et les dommages aux structures

Qu’est-ce que la foudre?

La foudre est un phénomène naturel de décharge électrostatique de très courte durée mais d’une grande puissance. L’éclair est la manifestation lumineuse de la foudre tandis que le tonnerre en est la manifestation sonore.

En présence de certains types de nuages, un déséquilibre de charges électrostatiques se produit alors entre différents milieux (le bas du nuage et le sol par exemple). Ce déséquilibre entraîne une différence de potentiel électrique (tension). Lorsque la tension entre deux zones distinctes est suffisamment grande et dépasse les caractéristiques diélectriques de tenue de tension dans l’air, il se produit alors une décharge électrique (claquage) qui rééquilibre localement la tension électrostatique.

Le claquage se produit particulièrement si l’air est humide. Il se présente souvent sous diverses ramifications. La tension électrostatique peut atteindre plusieurs millions de volts, avec des décharges de courants typiques de quelques dizaines de milliers d’ampères.

Quelques statistiques sur la foudre

Bien que la foudre frappe la planète quasiment en continu, tous les éclairs ne frappent pas le sol. En effet, il existe divers types d’éclairs. La majorité des éclairs (environ 75 %) surviennent entre les nuages eux-mêmes. D’autres éclairs (environ 25 %) se produisent entre un nuage et le sol (ou une structure).

Contrairement à la croyance populaire, la foudre peut frapper plus d’une fois au même endroit. En effet, à New York, l’Empire State Building peut être atteint des dizaines de fois pendant un seul orage.

Dans le monde
Entre 2 000 et 5 000 orages se forment constamment sur notre planète. Environ 32 millions d’éclairs toucheraient le sol chaque année. En général, les régions près des pôles sont moins touchées que les régions tropicales par les éclairs.

Au Canada
Le nombre moyen d’éclairs qui toucheraient annuellement le sol canadien est de l’ordre de 2 millions.

Effets de la foudre sur les structures

Les dangers les plus connus de la foudre sont les incendies de forêts, ainsi que les risques d’électrocution pour les êtres vivants qui se trouvent à l’extérieur. Cependant, les structures et les appareillages électriques peuvent également être affectés par ce phénomène.

Les effets de la foudre sur les structures, spécialement sur leurs infrastructures électriques, sont divers. À titre d’exemples, la foudre peut être à l’origine des conséquences suivantes :

• Incendies de bâtiments (résidentiels, commerciaux ou industriels);
• Dommages à certains éléments structuraux;
• Endommagement d’appareillages électriques (transformateurs, câblages électriques, appareils électroménagers, appareils électroniques, etc.);
• Perturbations causées aux ordinateurs et réseaux de communication;
• Défauts créés dans le déroulement de programmes d’automates ou dans les systèmes de régulation;
• Pertes de production pour les entreprises.

Les effets sur les structures dépendent du type d’impacts, de l’intensité du courant, du trajet et des protections présentes. Les principaux types d’impacts pouvant affecter une structure sont :

• Impact direct sur une structure;
• Impact direct sur une ligne d’alimentation électrique aérienne;
• Impact indirect à proximité d’une ligne d’alimentation électrique (par induction);
• Impact indirect à proximité d’une structure (gradient de potentiel de terre).

Dans le cas d’un impact direct, la foudre emprunte des éléments d’une structure ou des conducteurs électriques pour rejoindre la terre. Le courant anormalement élevé traversant ces éléments peut alors provoquer des dommages physiques importants, voire même des incendies, en allumant les matériaux combustibles situés à proximité.

Figure 1 : Câble électrique résidentiel ayant été traversé par un courant de foudre.
Certaines sections des conducteurs en cuivre ont été sublimées par l’intensité du courant.

D’autre part, la montée en tension lors d’un impact de foudre direct ou indirect dépasse fréquemment la tenue des isolants des conducteurs (réseaux électriques et de communication) et des appareillages électriques. Ces éléments n’étant pas conçus pour supporter les surtensions générées par la foudre, ceux-ci peuvent être endommagés de façon permanente et également provoquer des incendies en allumant les combustibles situés à proximité.

Parmi les différentes perturbations électriques générant des surtensions, la foudre est probablement la cause de surtensions la plus destructrice. Afin de confirmer ou d’infirmer un scénario impliquant la foudre lors d’une expertise, pour trouver la cause d’un incendie ou de la défaillance d’un équipement, il est possible de se baser sur plusieurs types d’informations :

• L’analyse des dommages à la structure et aux appareillages électriques;
• Les témoignages;
• Un rapport de foudre : un tel rapport liste les décharges électrostatiques détectées dans une région définie et pendant une période donnée.

Protection et règlementation

Le principe de base touchant la protection contre la foudre est d’empêcher l’énergie perturbatrice d’atteindre les appareillages sensibles. Pour cela, il faut :

• Capter et canaliser le courant de foudre vers la terre par le chemin le plus direct (système de protection contre la foudre) par :
– des dispositifs de captation (paratonnerres),
– des conducteurs de descente,
– des prises de terre,
– des liaisons entre les masses métalliques (réseau d’équipotentialité);
• Minimiser les effets directs et indirects (système de protection de l’installation électrique) par des dispositifs de protection contre les effets de la foudre.

Règlementation au niveau des structures
Au Québec, l’installation d’un système de protection contre la foudre n’est pas obligatoire. Toutefois, l’article 1.2.2.4. 1) du Chapitre I, Bâtiment, du Code de construction du Québec précise que «toute installation de protection contre la foudre doit être conforme à la norme CAN/CSA – B72-M, Code d’installation des paratonnerres.».
Quant au Chapitre V, Électricité, du Code de construction du Québec (C22.10‑18), il contient des prescriptions concernant l’installation de parafoudres et autres dispositifs de protection contre les effets de la foudre (ex.: dispositifs antisurtensions), de même que des prescriptions concernant l’installation d’appareillages à proximité des éléments composant les systèmes de protection contre la foudre tels que les conducteurs de descente des paratonnerres et les prises de terre dédiés à la protection contre la foudre.
D’autres normes industrielles nationales et internationales sur le sujet de la protection contre la foudre peuvent aussi être pertinentes, notamment dans le cas des protections partielles.

Règlementation au niveau des réseaux de distribution électrique
Concernant les réseaux de distribution électrique, le Livre Rouge d’Hydro-Québec (Norme E.21-12 Service d’électricité en moyenne tension) indique que les installations électriques extérieures doivent être munies de parafoudres au point de jonction des branchements aérien-aérien, aérien-souterrain et souterrain-aérien.

Par François Grégoire, ing., et Gilbert Montminy, ing., directeur du groupe Électricité

2019-01-14T21:40:31+00:00By |Nouvelles|0 Comments