Les protections contre la foudre : prévenir les risques pour les personnes et les installations

Selon une étude effectuée par la NASA, 2 000 orages sont actifs dans le monde entier à un moment donné produisant environ 100 éclairs par seconde. Le nombre annuel de victimes par la foudre est difficile à estimer, allant de 6 000 à 24 000 selon différentes études, ceci sans compter des dizaines de milliers de blessés et les coûts importants liés aux dommages matériels. La protection contre la foudre est à prendre en  compte dans tout projet d’installation électrique ou photovoltaïque.

Rappel des effets de la foudre sur les équipements et les personnes

Différents scénarios peuvent se produire

  • La foudre frappe directement une structure
  • La foudre frappe le sol adjacent à la structure
  • La foudre frappe des équipements connectés à une structure telle que, par exemple, des câbles électriques
  • La foudre frappe le sol à proximité d’équipements reliés à une structure

Lorsque la foudre atteint la terre, elle le fait généralement directement sur des éléments naturels (arbres, collines, eau, etc.) mais aussi occasionnellement sur des structures, bâtiments, pylônes et autres structures artificielles. C’est une distinction qui conduit à la division en deux types d’effet distincts. Ceux décrits comme « directs » sont dus à la circulation du courant qui chauffe les matériaux et ceux « indirects » qui produisent des surtensions par conduction, induction ou augmentation du potentiel de la terre.

Effets « directs »

  • Electrique : cela fait référence aux tensions électriques créées par les chocs électriques quand un certain champ est frappé par la foudre. La survenue de cet événement entraîne généralement des incendies.
  • Thermique : l’effet sera lié à la résistance du matériau affecté. Il y a un fort dégagement de chaleur qui provoque une pression localisée très élevée. Les conséquences sont des incendies ou la fonte des équipements.
  • Electrodynamique : Près du lieu de passage de la foudre, le courant présente un champ magnétique puissant générant des tensions et des courants d’induction sur tout élément conducteur situé dans son champ d’action immédiat. Les forces mécaniques induites peuvent provoquer des déformations, des déchirures, des destructions.
  • Electromagnétique : Le courant de foudre induit une tension extrêmement élevée et un champ électromagnétique extrêmement puissant qui génère des impulsions électriques très puissantes pouvant endommager les appareils électroniques sensibles.
  • Physiologique : Des chocs nerveux à la cécité ou à la mort, la foudre peut causer de nombreux dommages à l’homme.

 Effets « Indirects »

  •  Conduction : montée thermique subite qui se propage le long d’un conducteur en contact direct avec la foudre. Cet effet est d’autant plus destructeur que la majeure partie de l’énergie de la foudre se propage sur l’ensemble du réseau. Ce problème est résolu en équipant l’installation d’un parafoudre approprié.
  •  Induction : causée par le champ électromagnétique émis par la foudre. Il génère une surtension sur les conducteurs proportionnelle à la pente de la montée du courant de foudre. En conséquence, sous l’influence de brusques changements de courant, les câbles et même les conduits faisant office d’antennes peuvent être soumis à une surtension destructive. C’est pourquoi la mise en place du réseau souterrain ne garantit pas la protection contre la foudre.

Comment gérer les risques ?

La gestion des risques inclut le calcul des dangers potentiels causés par la foudre et fournit la base sur laquelle prendre des décisions pour limiter les conséquences désastreuses. Pour une analyse de risque complète, il est nécessaire de prendre en compte différents facteurs : risques météorologiques locaux, morphologie territoriale, nature des structures à protéger, activités réalisées, fragilité des équipements, niveau stratégique du site, etc.

Il existe à cet effet diverses méthodes d’analyse des risques, qui varient également en fonction des directives nationales. La protection contre la foudre a pour objectif principal de protéger les bâtiments de la foudre directe et des risques d’incendie ou des conséquences des courants de foudre.

Que disent les réglementations européennes?

En Europe, les « Normes de protection contre la foudre EN 62305-1 à 4 » dictent les lignes directrices sur la protection contre la foudre. La première partie contient principalement des informations sur le risque ainsi que sur les caractéristiques du phénomène.

La seconde partie, quant à elle, est dédiée à la gestion des risques, déterminant ainsi les mesures de protection obligatoires des points de vue tant économique que technique, jusqu’à un niveau de risque tolérable.

Dans la troisième section, les exposés normatifs sur la protection des structures et des personnes contre les dommages matériels et les situations mortelles causés par le courant de foudre. Dans ces situations, un système de protection contre la foudre est externe (protection externe, système de raccordement à l’air, système de descente du conducteur et mise à la terre) et interne (liaison équipotentielle de foudre et distance de séparation).

La quatrième section traite des mesures de protection nécessaires contre les effets de l’apparition éventuelle d’un champ électromagnétique.

Le cas particulier des installations photovoltaïques

En France, les normes et guides relatifs aux installations photovoltaïques spécifient les mesures à prendre pour assurer la protection contre les surtensions d’origine atmosphérique ou dues à la commutation. Il est également indiqué que, en ce qui concerne la sensibilité et l’emplacement des modules photovoltaïques, une attention particulière doit être accordée à la protection contre les effets directs de la foudre, en particulier pour les grandes installations.

A cet effet, la norme NF C 15-100 propose une analyse de risque simplifiée prenant en compte, entre autres, la densité de la foudre, le type d’installation, le type d’alimentation, la présence de paratonnerres et la probabilité de risques pour la sécurité des personnes et des biens.

archelios ™ Calc, logiciel de dimensionnement électrique d’installations PV, intègre cette analyse de risque simplifiée pour vérifier l’adéquation des parafoudres à utiliser dans le système photovoltaïque. Cette vérification est obligatoire pour les installations conçues selon les normes françaises et facultative pour celles réalisées avec la norme CEI.

Article rédigé avec la contribution de Philippe Aupetit – Chef de produit elec calc ™ chez Trace Software International