De tous les phénomènes naturels, la foudre est indubitablement, et sans jeux de mots, celui qui frappe le plus notre imagination ! Depuis les temps les plus reculés, elle a terrorisé l’homme par sa force de destruction infernale; pulvérisant, incendiant, démolissant et semant l’épouvante et la mort chez les hommes et les bêtes. La foudre frappe six mille fois à la minute! Chaque fois que vous respirez, le tonnerre s’abat quelque part sur une centaine de parties différentes de notre globe. Cependant, ce phénomène fait partie intégrante de notre existence. Il se manifeste dans chacun des orages électriques si communs aux zones torrides et tempérées de notre planète. C’est ainsi que la plus grande partie de notre terre, et malheureusement celle qui est le plus densément peuplée, se trouve soumise à un bombardement continuel de décharges électriques plus ou moins violentes. En conséquence, il est donc préférable que l’homme s’habitue à vivre en compagnie de la foudre: qu’il l’étudie, connaisse sa conduite et sache comment se comporter en sa présence.
C’est en 1752 que Benjamin Franklin, cet homme d’état génial, doublé d’un physicien de génie, eut l’idée lumineuse de faire voler un cerf-volant durant un orage électrique. C’est ainsi qu’il découvrit qu’une poignée de porte en métal, reliée au cerf-volant par une corde, se chargeait d’électricité statique et produisait une étincelle. Pour la première fois un homme venait d’établir l’analogie de la foudre et de l’électricité. C’est dans les années 1920 que la General Electric Company entreprit un vaste programme d’observations et d’expériences pratiques destinées à déterminer le comportement et les faits quantitatifs de la foudre. En moins de trois décennies, les diverses expériences pratiques ont éclairci le mystère de la foudre, la partageant entre ses divers constituants scientifiques. Maintenant, avec les nouvelles connaissances que nous avons acquises sur la foudre, nous pouvons assurer une protection encore plus efficace de vos vies et de vos propriétés.
La foudre est une décharge électrique qui a lieu à l’intérieur d’un nuage ou entre deux nuages ou simplement entre un nuage et le sol. Un nuage est habituellement chargé négativement à la base et positivement au sommet. Ce phénomène est étrangement inversé lors des orages. Les nuages orageux se chargent donc électriquement. Le champ électrique est alors situé entre le sol et le nuage orageux. Lorsque la tension électrique atteint un certain seuil d’intensité, le nuage laisse échapper un précurseur qui pique directement vers le sol (ou le sommet le plus près) à une vitesse incroyable atteignant près de 500 km/sec. Créant derrière elle un canal d’air ionisé.
Le précurseur est attiré par les objets métalliques ou pointus, en fait, il ira là où le champ électrique est le plus intense. C’est au moment du contact que la décharge électrique se fait, partant du nuage et se rendant à l’objet atteint en créant une lumière électrique brillante produite par l’échauffement des molécules d’air : l’éclair. L’éclair n’est visible que pour un très cours laps de temps, de 2 à 300 microsecondes.
Les caractéristiques les plus importantes de la foudre sont « le trait pilote », la longueur du trajet, la tension, la polarité (positive ou négative), la durée, l’éclair « à traits multiples », l’énergie dégagée et le tonnerre. Une brève revue de ces divers sujets et de leur valeur quantitative nous aidera à mieux comprendre le comportement pratique de la foudre, ce qu’on peut en attendre et ce qu’on doit faire à son sujet.
« LE TRAIT PILOTE », imperceptible à l’oil nu, mais facilement capté par les caméras spécialisée, est un serpentin à faible luminosité. Il origine habituellement à l’intérieur d’un nuage et s’élance vers la terre traçant le chemin que l ‘éclair suivra par la suite. Le traceur emprunte ordinairement la direction de la plus haute concentration de gradient électrique (volts X unités de distance) et descend vers la terre par bonds successifs et hésitants dont la hauteur varie de 30 à 600 pieds, avec des pauses d’environ 30 à 90 microsecondes, pendant lesquelles des rajustements de charges et du gradient s’établissent. Ces divers bonds facilitent l’explication des chemins sinueux et imprévisibles qu’emprunte souvent l’éclair. La durée totale de la période de temps que prend le traceur pour établir le trajet complet du nuage à la terre peut varier entre 1/1500 et 1/50 de seconde. Alors qu’il s’approche du sol, les charges négatives du nuage se concentrent progressivement le long de son chemin, et simultanément, les charges terrestres positives (d’une polarité contraire à celles qui se ruent vers le sol) tendent à se diriger rapidement vers la région générale du point que vise le traceur. Cette électricité répandue à la surface de la terre peut atteindre en certaines occasions une tension énorme. Elle s’échappe alors sous forme d’aigrettes lumineuses quelques fois appelées « Feux de Saint Elme », dont la longueur peut varier de 2 à 50 pieds, et qui peuvent servir à diriger le traceur vers le point du sol, ou vers I’objet qui sera foudroyé.
Lorsque le trait pilote a terminé son trajet du nuage à la terre, l’éclair principal s’élance alors de la terre vers le nuage en suivant le même chemin à une vitesse de 60 a 500 pieds à la microseconde. Cet éclair principal appelé aussi “trait brillant de retour” est le courant produit par l’avalanche de charges contraires venant de la terre et du nuage, et qui se ruent l’une vers l’autre dans le chemin tracé afin d’opérer leur liaison. C’est cet éclair principal qui produit la lueur fulgurante et le bruit assourdissant du tonnerre. Il est a retenir que le trait pilote ordinaire détermine le point de départ du nuage, le trajet de l’éclair, et aussi le point de la surface terrestre qui recevra la décharge. Une fois ce mécanisme déclenché, il n’y a plus rien que l’homme puisse faire pour empêcher le processus de s’accomplir . Le trait pilote peut quelques fois prendre naissance dans certains objets terrestres, élevés et effilés, pour s’élancer progressivement vers un nuage. C’est le phénomène qui se produit presque invariablement lorsque l’Empire State Building est frappé par la foudre. Cependant, il est à noter que plusieurs des coups de foudre au fameux édifice suivent le chemin ordinaire, c’est-à-dire celui que trace le trait pilote descendant. Le choix de la direction par le traceur ne semble pas être influencé par la polarité des charges opposées, mais surtout par les formes relatives et la configuration de la partie inférieure des nuages électrisés et le relief de la surface terrestre qui leur est opposée.
Les photographies d’éclairs nous montrent souvent des branches latérales qui émanent d’un tronc central a la manière des tributaires d’une rivière. Ces ramifications sont exactement de la même nature que les serpentins originaux qui devinrent le trait pilote. Elles peuvent emprunter plusieurs directions différentes, à intervalles variés le long du trajet, alimentant ainsi progressivement et jusqu’à une certaine distance dans l’espace, des charges situées autour du trait principal qui fut le trait pilote. Les ramifications sont un excellent indice de la direction qu’adopta le traceur; c’est-à-dire que si les branches sont dirigées vers le bas, le trait pilote partit du nuage pour descendre vers la terre ouvrant la voie au trait brillant de retour.
LA LONGUEUR DE L’ÉCLAIR du nuage à la terre est en moyenne de 3000
à 5000 pieds. Souvent, elle peut varier entre 2000 et 16000 pieds selon l’altitude
des nuages orageux.
LE DIAMÈTRE DE L’ÉCLAIR est très difficile à établir et ne représente aucune signification particulière.
LA TENSION de l’éclair peut être amorcée par des centaines de millions de volts représentant la différence de potentiel entre le nuage et la terre. Par contre, dès que l’éclair atteint le sol, les charges se neutralisent et la tension s’abaisse. Cependant, la foudre peut tout de même transmettre une décharge de quelques millions de volts à une bâtisse, un objet, ou tout autre point du sol qu’elle frappe. La tension réelle dépend toujours de l’intensité du courant à l’intérieur de l’éclair, du degré de conductibilité de l’objet frappé et de la résistance du trajet continu vers le sol.
LA POLARITÉ des charges d’origine nuageuse est habituellement négative. L’éclair est la libération soudaine des charges ordinairement négatives accumulées dans les parties inférieures des nuages.
L ‘INTENSITÉ DU COURANT est le barème servant à mesurer la violence et la puissance destructive de l’éclair. Elle peut varier de 1000 à 200,000 ampères (le courant requis par une ampoule de l00 watts est de moins d’une ampère). Ce courant s’écoule par le même chemin établi précédemment par le trait pilote et commence son ascension entre une et dix microsecondes après que le traceur ait établi son contact avec le sol.
L’intensité du courant dépend de la quantité (Q) de la charge qui, elle-même, s’établit suivant le volume du nuage électrisé et la différence de potentiel qui existe entre le nuage et la terre au début de l’éclair. Les éclairs à faible intensité produisent habituellement une puissance explosive moins gigantesque que celle des éclairs à grande intensité qui libèrent une énergie plus dévastatrice et dont la détonation est beaucoup plus considérable. De plus, lorsque la foudre frappe, établit un contact ou traverse des conducteurs métalliques, l’intensité du courant et la durée de l’éclair sont les deux seuls facteurs responsables de la complexité des dommages qu’on a pu constater: perforation, liquéfaction, fusion ou volatilisation totale du métal. C’est pourquoi, il serait très dangereux d’utiliser comme conducteur un fil de cuivre solide d’une jauge No 6, No 4 ou No 2, car sa résistance n’étant pas assez grande, il pourrait être fondu, comprimé ou même complètement sectionné, tel que par un chalumeau, si un éclair, même de faible intensité venait à l’emprunter dans sa course vers le sol. Il a été établi que pour assurer une protection vraiment efficace, un câble conducteur devrait être tressé de pas moins de 28 brins, jauge 17, de cuivre pur mou doté d’un coefficient de conductibilité de 98%.
LA DURÉE de l’écoulement du courant n’est que de quelques microsecondes dans la plupart des cas. L’intensité atteint son point culminant entre 2 et 10 microsecondes, décroît de la moitie de sa valeur entre 20 et 50 microsecondes, et tombe à zéro en moins de l00 ou 200 microsecondes. Les éclairs typiques comportent très certainement des impulsions à courant bref (hausses et baisses abruptes de courant) qui produisent des effets violemment explosifs ou fracassants, mais très fréquemment sans combustion ou carbonisation. Cependant, une proportion assez élevée de décharges possèdent un courant de faible intensité, mais d’une durée relativement longue : un courant d’environ 2000 à 200,000 ampères qui durent des millièmes de microseconde. Ce type d’éclair est aussi connu sous le nom de « Feu du Ciel » ou « Tonnerre de Feu » parce que ses dégâts sont surtout d’ordre thermique. Il fait fondre les fils, perce des trous dans les toits de tale et enflamme toute matière combustible avec laquelle il viendra en contact. Plusieurs éclairs sont des combinaisons de ces deux types, s’amorçant par une impulsion haute intensité-courte durée pour se terminer par une impulsion faible intensité-longue durée. Ces éclairs sont à la fois destructeurs et incendiaires.
L’ÉCLAIR À TRAITS MULTIPLES est une succession rapide de traits individuels suivant le même chemin du nuage à la terre. Cette variété est causée par un rechargement rapide de la partie du nuage qui a provoqué la première décharge : c’est-à-dire qu’après la décharge initiale, des charges similaires localisées dans d’autres parties du nuage ou dans des nuages adjacents sont attirées par influence, et se précipitent pour remplir le vide qui vient de se créer. Cette recharge s’accomplit avant que la voie gazeuse et brûlante de la première décharge ne soit évaporée, et par conséquent chacun des traits successifs se produit dans le sentier emprunte par son prédécesseur .
LA SOMME D’ÉNERGIE PRODUITE PAR L ‘ÉCLAIR est énorme si l’on considère la vitesse d’écoulement du flux électrique.
LE TONNERRE est causé par une brutale augmentation de pression provoquée par les actions calorifiques et mécaniques intenses qui se produisent aux différents points de l’éclair. Les courants élevés du noyau, ou canal de l’éclair, provoquent un accroissement subit de plusieurs milliers de degrés de la température dans la voie gazeuse, provoquant une hausse explosive de pression. Les vagues sonores qui en résultent rayonnent de toute l’entendue du chemin suivi par l’éclair. L’intensité de ces vagues sonores dépend de la quantité de courant, et particulièrement du degré d’augmentation ou de soudaineté du courant.
LA DISTANCE de l’éclair à un endroit quelconque ne peut être évaluée par son intensité ou la luminosité apparente du trait, mais elle peut être déterminée avec assez d’exactitude par le calcul du nombre de secondes qui s’écoulent entre les phénomènes visuels et sonores. Cette durée en seconde multipliée par 1100 pieds (vitesse approximative du son a la seconde) nous donne la distance qui sépare l’éclair de notre poste d’observation.
On évalue à 44,000 le nombre d’orages électriques qui frappent quotidiennement les différentes parties de notre globe, le soumettant jour après jour à un bombardement continu de plus de neuf millions de décharges électriques.
La distribution des orages varie beaucoup suivant l’emplacement géographique et le climat des lieux. C’est ainsi que l’île de Java est affligée de 223 jours orageux par année, soit quatre par semaine.
Quoique le nombre d’orages électriques annuels soit un indice assez révélateur de la fréquence de ces orages dans une région, ce n’est pas toujours un guide bien précis quant à leur violence et aux dangers qu’ils peuvent présenter. Il est évident qu’un orage typique faisant rage sur une grande entendue durant un heure ou plus, accompagné de violents bombardements nuage-terre, peut causer des dommages beaucoup plus considérables qu’un modeste orage local de cinq minutes. C’est pourquoi , la virulence et la durée des orages typiques propres à une région sont inclus dans la liste des risques causé à la foudre dans une région donnée.
Le relief ou le paysage de votre région peut avoir une influence considérable sur le chemin probable qu’emprunteront les orages électriques et offrir des zones locales où les coups de foudre
par mille carré seront très peu ou très nombreux. C’est ainsi
que dans certaines régions, les orages électriques suivront régulièrement le chemin des terres basses, spécialement
celui des vallées avec rivières, alors qu’ailleurs la préférence sera accordée aux plus hauts plateaux.
Ces effets topographiques ne suivent aucune règle générale établie. Ils sont imprévisibles et dans certains cas, ils sont provoqués par la nature du sous-sol qui influence la conductibilité et le déplacement dans la terre des charges électriques qui sont les inséparables contreparties des charges de polarité contraire transportées dans les nuages orageux.donc électriquement. Le champ électrique est alors situé entre le sol et le nuage orageux. Lorsque la tension électrique atteint un certain seuil d’intensité, le nuage laisse échapper un précurseur qui pique directement vers le sol (ou le sommet le plus près) à une vitesse incroyable atteignant près de 500 km/sec. Créant derrière elle un canal d’air ionisé.
Le précurseur est attiré par les objets métalliques ou pointus, en fait, il ira là où le champ électrique est le plus intense. C’est au moment du contact que la décharge électrique se fait, partant du nuage et se rendant à l’objet atteint en créant une lumière électrique brillante produite par l’échauffement des molécules d’air : l’éclair. L’éclair n’est visible que pour un très cours laps de temps, de 2 à 300 microsecondes.
La quantité de foudre et sa violence sont les éléments les plus importants dont il faut tenir compte dans l’établissement des risques. Mis à part le degré d’influence que la géographie et la topographie d’une région peuvent exercer sur le nombre d’orages électriques et leur violence, l’indice le plus significatif est sûrement l’établissement des pronostiques concernant la fréquence des coups de foudre dans une région; c’est-à-dire le nombre de décharges par mille carré par année. La quantité est le produit du nombre d’orages par année multiplie par
leur durée.
Les statistiques relatives au nombre de coups de foudre par mille carré par année sont en moyenne une ou deux fois plus élevé que le nombre de jours orageux annuels. Par exemple, Utica ayant environ 30 orages électriques par année sera vraisemblablement soumis à un bombardement de 30 a 60 décharges par année par mille carré. En procédant de la même façon, vous pouvez calculer vous-même l’intensité du bombardement qui sera dirigé contre votre propre ville.
Les conditions locales peuvent avoir une influence considérable sur le choix des sites qui seront frappés. Il est important de se rappeler que tout objet s’élevant sensiblement au dessus de la hauteur moyenne de son entourage devient plus exposé à la foudre. Par exemple, tout objet isolé faisant saillie sur la surface plane d’un pré qui reçoit une trentaine d’orages par année et dont la densité des coups reçus est faible, deviendrait la cible d’un nombre de coups proportionné à sa hauteur, tel qu’indiqué au tableau suivant :
FRÉQUENCE PROBABLE DES COUPS DE FOUDRE SELON LA HAUTEUR DE LA CIBLE | |
25 pieds | 1 à tous les 3 ans |
50 pieds | 1 à tous les 2½ ans |
100 pieds | 1 à tous les ans |
200 pieds | 2 à tous les 1½ ans |
400 pieds | 3 à tous les 2 ans |
600 pieds | 3 à tous les ans |
800 pieds | 5 à tous les ans |
1000 pieds | 10 à tous les ans |
1200 pieds | 20 à tous les ans |
1500 pieds | 40 à tous les ans |
Les édifices plus élevés que leurs voisins sont également plus exposés à la foudre, ainsi que le démontrent les études faites à l’Empire State Bldg. ( 1265 pieds) qui reçoit en moyenne 23 décharges par année.
Les objets élevés tendent à détourner vers eux et à intercepter pratiquement tous les éclairs ayant une autre destination, et ce, dans un rayon égal à une fois leur hauteur. C’est ce principe qui explique pourquoi les bâtiments d’une ferme isolée, même s’ils ne sont élevés que de 20 ou 30 pieds, sont frappés plus souvent par la foudre que les bâtisses de même hauteur situées dans les villes.
Dans les rues des villes ou des centres résidentiels typiques, chaque résidence particulière n’est pas isolée et ne représente qu’une unité au milieu d’un grand nombre de bâtiments semblables. La différence de hauteur entre toutes les structures individuelles est donc de peu d’importance et n’influencera que peu ou pas du tout le choix de le bâtiment qui sera frappée. Par contre sur une base de surface seulement, si votre voisinage est frappe 50 fois par année par mille carré, et si votre propriété mesure 200 x 300 pieds (1/450 de mille carré), alors vous pouvez vous attendre à recevoir votre part de coups, et ceci avec une probabilité de un coup par 5 ans et beaucoup plus si vos bâtisses sont isolées.
La tendance qu’ont les objets élevés à intercepter la plupart des éclairs destinés à d’autres cibles situées à l’intérieur d’un cercle dont le rayon serait égal à une fois la hauteur peut être utilisée efficacement comme moyen de protection selon le principe du “cône de protection”. C’est d’ailleurs sur ce principe que repose le fonctionnement adéquat des paratonnerres et des bornes aériennes reparties sur les parties les plus élevées, les saillies, et sur les toits selon des normes bien établies. Un tel principe est également utilisé pour protéger les réservoirs d’huile, les soutes à munition ou les sous-stations électriques. On érige des mats métalliques élevés, bien munis de bornes aériennes et terrestres qu’on dispose selon les besoins : le cône ou “angle écran” étant de telles dimensions qu’il attirera vers lui et interceptera presque toutes les décharges destinées à la surface à protéger.
Dans le principe du cône de protection, la surface protégée est celle comprise à l’intérieur d’un cône ayant le sommet du mat (ou autre point élevé) comme extrémité et dont les côtés s’étendraient à une base circulaire d’un rayon égal à une fois la hauteur (angle écran de 45°). La sécurité offerte par le cône de protection peut être affectée par l’altitude des nuages orageux relativement à la hauteur des objets terrestres. Une protection supplémentaire est requise. Un cône de protection de 0.6 à 1 (rayon X hauteur) ou angle écran d’environ 30° assurera une protection plus efficace de l’ordre de 999/1000.
Les rapports de la 1 à 1 (rayon X hauteur) du cône de protection sont basés sur des tests pratiques et sont reconnus par les codes existants de l’Association canadienne des normes et les Underwriters Laboratories Inc. De plus, le véritable cône de protection formé par les tiges élevées du système de paratonnerre ordinaire, possède probablement certains facteurs supplémentaires de sécurité en vertu de l’augmentation de la hauteur réelle obtenue grâce aux serpentins lumineux émis par les pointes à l’instant qui précède immédiatement l’éclair, élevant ainsi la hauteur effective jusqu’au point de rencontre des serpentins lumineux ascendants et de l’éclair qui se dirige
vers le sol.
Toutefois, le principe de base du cône de protection n’est pas infaillible. Il se peut qu’en de rares occasions, l’éclair frappe même à l’intérieur d’un tel cône. Un arbre élevé, situé près de votre bâtiment, peut lui offrir un certain cône de protection et servir d’écran contre les coups directs si elle est bien située à l’intérieur du cône de protection offert par l’arbre. Ce n’est pas la cependant une relation bien favorable. L’arbre peut être foudroyé et ses grosses branches s’écraser sur le bâtiment, ou encore l’éclair peut suivre l’arbre jusqu’à une certaine hauteur du sol puis ricocher sur le bâtiment causant autant de dommages qu’un coup direct. Il est même arrivé que la foudre ait pénétré à l’intérieur des bâtisses en suivant les racines d’arbres voisins.
Ce phénomène est particulièrement à redouter dans le cas des ormes. Un paratonnerre dont les pointes dépasseraient la cime de l’arbre à protéger et dont le conducteur serait relié à des prises de terre fichées à son pied le protégerait efficacement contre tout danger d’éclatement.
En conséquence, là ou des arbres élevés sont situés près d’une construction et pourraient représenter une cible manifeste et plausible pour la foudre, la prudence recommande d’y installer un conducteur afin de prévenir leur destruction. Et ce, en complément d’une installation complète de paratonnerre ordinaire sur le bâtiment afin d’assurer une protection réelle et durable aussi bien contre les décharges par ricochets que contre les coups directs. Dans tous les cas, les bornes à la terre installées au pied de l’arbre doivent être complétées par des conducteurs enfouis, raccordés à des sols sûrs et à des corps métalliques tels que les conduites d’eau.
Illustration du "cône de protection" ou angle-écran. La bâtisse A située à l'intérieur d'un cône 1 à 1 (rayon par hauteur) ou d'un angle-écran de 450 sera protégée contre pratiquement tous les coups.
La foudre peut tout aussi bien frapper des constructions de bois, de pierres ou de métal que des mats, des poteaux ou des arbres de tous genres, de hauteurs et de risques comparables. Toutefois, l’on sait que durant la descente du trait pilote vers la terre, les charges terrestres se ruent vers la région située directement sous le traceur, causant suffisamment de concentration pour provoquer l’émission vers le ciel de serpentins longs de plusieurs pieds qui attireront vers eux le trait pilote descendant. C’est pourquoi les bornes aériennes sont utilisées comme les plus hauts prolongements du paratonnerre dissipant les charges accumulées dans le sol et guidant la foudre vers le conducteur
Il est sage d’être familier avec les faits et les évènements typiques qui peuvent se produire en quelques millionièmes de seconde lorsque la foudre frappe. Bien entendu, notre connaissance du “modus operandi” de la foudre dans ses furieux assauts demeure la seule base sur laquelle nous pouvons élaborer une défensive efficace ou établir des règles de sécurité intelligentes.
Lorsque la foudre frappe, son but immuable est d’établir une liaison avec la terre, des masses métalliques ou des conducteurs reliés au sol. Souvenez-vous que l’éclair chargé de milliers ou de dizaines de milliers d’ampères est l’union des charges électriques dans le sol, sous le nuage orageux, avec les charges de signes contraires contenues dans le nuage.
En conséquence, le circuit d’un éclair n’est pas complété lorsqu’il frappe le toit d’un bâtiment. Il doit inéluctablement se continuer jusqu’au conducteur adéquat qui lui permettra de se dissiper dans le sol. Et durant tout ce chemin l’étincelle gigantesque accumulera les dégâts sur son passage. Par exemple, la foudre frappe une cheminée, s’engouffre a l’intérieur en suivant la couche de suie semi-conductrice, puis éclate à travers la brique et traverse toutes les solives soutenant un plancher de 8 pieds de large avant d’atteindre un câble BX du circuit domestique qui la conduit finalement au sol. Mais la pyrotechnie et la puissance explosive de la foudre demeurent susceptibles de se manifester avec plus ou moins de violence tout le long du passage libre jusqu’au conducteur métallique.
Par conséquent, la cheminée aurait pu subir une brèche très considérable au lieu de la simple échancrure par où l’éclair est passé pour se rendre au BX; les solives ou le plancher au dessus, aussi bien que le plafond au dessous auraient pu subir des dommages considérables entre la cheminée et le BX. Un câble BX peut quelques fois conduire certaines charges électroniques sans subir trop de dommages. Par contre, très souvent les fils de cuivre à l’intérieur de son enveloppe métallique sont entièrement volatilisés, transformés en gaz.
Même s’il n’y a aucun incendie d’allumé par la foudre, la quantité de courant libérée et la durée de l’éclair peuvent causer des dégâts variant de la perte de quelques briques ou bardeaux jusqu’à la démolition complète de la bâtisse. Le point le plus important à retenir est que si l’éclair ne rencontre pas un bon conducteur vers la terre, il s’ouvrira lui-même un chemin à travers ou le long de n’importe quel matériau non-conducteur afin d’atteindre un objet métallique voisin (pas toujours le plus rapproche) qui le conduira dans la terre. Si aucun objet de métal n’est disponible, il peut tout simplement tout défoncer (même le sol) dans sa course effrénée vers un conducteur raccordé à la terre. Le chemin que choisit la foudre à travers une construction est capricieux. Il peut être aussi irrégulier et tortueux que celui tracé dans le ciel.
Une forte proportion des éclairs qui atteignent des constructions de bois provoquent des incendies. Les statistiques compilées par les compagnies d’assurance révèlent que les dommages causes par la foudre s’élèvent à près de $100,000,000 de dollars par année. Dans les régions les plus exposées, elle est responsable de 37% de tous les incendies. La foudre est également la cause principale des feux de forêts. Les statistiques indiquent que plusieurs milliers des feux sont allumés régulièrement par la foudre.
La foudre qui frappe un bâtiment peut causer des dommages dont l'étendue peut s'étendre de la perte de
quelques briques ou bardeaux, comme on le voit ici, jusqu'à la destruction complète. Dans une grande
proportion des cas, les dommages causés par le feu (l'eau et la fumée) s'ajoutent aux autres.
La foudre a frappé le bâtiment et l'a complètement démolie,
tuant le propriétaire et projetant son épouse hors du lit.
L'étendue des dégâts causés par l'explosion, dépendent de l'intensité du courant
de l'éclair et de la nature des matériaux atteints.
Les éclairs à haute intensité produisent habituellement
des effets explosifs beaucoup plus violents.
Les éclairs à faible intensité et longue durée sont plus incendiaires.
La foudre a pratiquement démoli ce bâtiment. La proportion des dégâts peut varier avec la longueur du chemin libre que suit l’éclair à l’intérieur d’une bâtisse avant d’être capte par quelque conducteur adéquat.
La puissance meurtrière de la foudre est tout aussi redoutable dans le flux d’électricité invisible qu’elle libère que par les manifestations visibles de sa force inouïe de destruction. Dans chacun des cas typiques où la foudre frappe une habitation, la vie des habitants est sérieusement menacée. De plus, dans des bâtiments typiques, petites ou grandes (qui n’ont pas de paratonnerre), il n’existe aucun endroit pour s’abriter lorsque la foudre menace de frapper.
Lorsque la foudre s’abat sur une construction à structure métallique, le réseau de poutres entrelacées fournit plusieurs voies parallèles pouvant la conduire inoffensivement vers le sol, si cette structure est bien terrée à sa base. Toutefois, des bornes aériennes reliées aux poutres d’acier doivent être disposées sur le toit afin que l’éclair soit dirigé librement vers la charpente métallique ou pour dissiper les charges terrestres accumulées au sol. De telles constructions à structure d’acier et comportant tout un système de conduits métalliques internes, plomberie, chauffage, ventilation, électricité, etc., entièrement reliées les uns aux autres, offrent une certaine protection en autant que leur base soit adéquatement reliée au sol.
Par contre, il est évident que cette sécurité qu’offrent les structures d’acier des édifices modernes ne se retrouve pas dans les constructions n’utilisant que très peu d’acier. Par exemple, quelques traverses de colonnes ou de boutisses n’enveloppant pas tout l’édifice ne lui assurent pas un bon conducteur. De fait, des masses métalliques isolées dans une construction de bois ne représentent tout simplement que des centres additionnels d’attraction pour la foudre qui est pourtant déjà assez attirée par les accessoires ordinaires de plomberie : les tuyaux à gaz, les radiateurs de chauffage, les câbles BX, les conduits de climatisation et de ventilation, etc..
Lorsque la foudre frappe un arbre elle peut descendre à l’extérieur le long de l’écorce ou suivre la sève à l’intérieur et même pénétrer jusqu’au cour de l’arbre. À cause de ces impondérables qui viennent s’ajouter aux variations énormes des quantités de courant inhérentes aux différentes catégories d’éclairs, le dommage réel infligé à un arbre peut varier d’une légère blessure à l’écorce jusqu’à la destruction complète. Le sol au pied de l’arbre peut fréquemment présenter une haute résistance. Lorsque le flux électrique s’écoule radicalement par le sol et les racines, il se fera une distribution de milliers de volts (le courant en ampères X par la résistance en OHMs) à la surface du sol.
Le voltage est plus élevé près du tronc et diminue progressivement à mesure qu’on s’en éloigne. Ce radient du voltage au sol peut produire un choc électrique entre les pieds d’une personne capable de la tuer. Voilà une chose que devraient se rappeler tous ces gens qui, inconsciemment invitent le malheur en cherchant refuge sous de gros arbres isolés durant les orages électriques. C’est également une des causes d’électrocution massive de bestiaux. Quelques fois, le courant de l’éclair se creusera, profondément dans le sol, un ou plusieurs sillons s’éloignant du tronc à la manière des rayons d’une roue, et d’une longueur pouvant atteindre facilement une centaine de pieds.
La foudre a tué 22 vaches, après avoir frappé le gros arbre dont l'écorce est endommagée. Bien que quelques unes des vaches se tenaient à une distance assez considérable de l'arbre foudroyé, le courant se répandit à la surface de la terre et elles furent électrocutées
Lorsque la foudre frappe un arbre auquel est fixée une clôture de broche, il arrive parfois qu’une certaine quantité du courant se dissipe dans les fils métalliques, s’élançant dans les deux directions à la fois. Cette décharge électrique peut causer la mort de tout être vivant se tenant près de la clôture ou lui touchant directement. Elle peut également provoquer l’émission d’étincelles vers certains objets situés près de la clôture (sur une distance de plusieurs milliers de pieds).
Un tel danger est également à redouter dans le cas des cordes à linge entièrement métalliques ou dont le centre est formé d’un fil de fer, surtout lorsqu’elles relient une construction à un arbre particulièrement exposé. Elles présentent alors des chemins très favorables que la foudre pourra emprunter pour venir causer des dommages considérables. Deux moyens s’offrent pour parer à ce danger : 1- relier la corde à linge à des tiges ou tuyaux de métal fichés en terre à une profondeur de 8 à 10 pieds à ses deux extrémités et 2- changer tout simplement la corde en métal pour une
autre non-conductrice.
Lorsque la foudre frappe, l’activité qui se déchaîne dans le sol est tout simplement fantastique. En surface, nous pouvons voir l’éclair et son point de contact, mais aucun des deux ne laisse supposer les immenses et furieux mouvements des vastes concentrations terrestres réparties sur plusieurs milles carrés au-dessous des nuages orageux. Alors que les nuages électrisés se déplacent haut dans le ciel, directement sous eux, dans le sol et à sa surface, les charges contraires les suivent continuellement comme leur ombre. Tel un essaim d’abeilles, elles effleurent le sol, ondulent par dessus les arbres, les bâtiments, et autres objets élevés, tout en subissant l’attraction des charges de signe contraire du nuage.
Lorsque la décharge se produit, les charges du sol s’efforcent d’atteindre instantanément de toutes les directions à la fois, le point de contact, afin de s’écouler dans le chemin qui le relie au nuage. Là où la terre est riche et suffisamment humide pour offrir une bonne conductibilité, les charges terrestres peuvent couvrir de très grandes distances dans leur hâte vers le point de contact sans présenter aucun signe visible ou autre manifestation quelconque des énormes courants d’électricité qui voyagent dans le sol. Par contre, les endroits où le sol est mauvais conducteur, le flot d’électricité terrestre peut être freiné, provoquant en surface une hausse de tension de centaines de milliers de volts autour du point d’impact.
Lorsque la foudre tombe dans un lac (résistance élevée) elle peut produire dans l’eau, entre le point frappé et la rive, un voltage énorme qui menacera sérieusement la vie des gens se baignant dans un rayon de plusieurs centaines de pieds du point de contact.
La foudre peut même quitter le sol qu’elle vient de frapper et emprunter toute une série de chemins métalliques posés en surface, plus tortueux les uns que les autres, jusqu’à ce qu’elle atteigne un meilleur conducteur vers la terre.
Ces exemples et quantité d’autres cas différents démontrent qu’on ne peut s’attendre à voir la foudre s’écouler inoffensivement dans la terre, ni demeurer dans le sol ou elle vient de tomber, à moins d’y être conduite par un bon raccordement à basse résistance. C’est pourquoi les systèmes modernes de paratonnerre spécifient habituellement que le conducteur vers les bornes à la terre doit également être relié à tous les autres corps métalliques qui peuvent être des chemins possibles vers la terre: revêtement de puits, tuyaux à eau, égouts, ventilateurs, systèmes de chauffage, prises de terre de circuits électriques, de téléphones, etc.. Cette technique prévient la formation d’une tension trop élevée, dans l’armature et les divers systèmes métalliques majeurs d’une construction et permet à tous les conducteurs d’opérer avec cohésion et de diriger sans danger toutes les décharges électriques, même les plus violentes, dans la terre. Elle élimine également les dangers de ricochets.
L’efficacité du paratonnerre repose sur 5 points très importants:
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La science de la foudre a fait des progrès énormes au cours des dernières années, tant dans les dessins des lignes du système de protection que dans son installation. Tous les systèmes de paratonnerres modernes sont conçus de façon à pouvoir assurer une protection maximum, et leur installation doit être conforme aux normes établies. Toutefois, l’expérience, l’intégrité et la conscience professionnelle des installateurs demeurent toujours les qualités essentielles. Vous n’achetez pas que des conducteurs, mais bien la sécurité de votre vie et de vos biens.
La justification économique du paratonnerre comporte plusieurs considérations :
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La foudre peut parfois causer des étincelles et des craquements dans les douilles ou les prises de courant, faire sauter les fusibles, provoquer des pannes de moteur et de courant aux cuisinières, réfrigérateurs, congélateurs, chauffe-eau et autres accessoires électriques d’usage courant. Ces troubles ne sont évidemment pas généralisés, mais peuvent se produire dans certaines régions rurales et urbaines exceptionnellement exposées, ou encore lorsque le courant se forme par influence sur le circuit domestique. Les effets nuisibles sur les circuits électriques sont possibles en dépit de l’action d’un système de paratonnerre. La protection contre ces dommages que la foudre peut causer aux circuits et aux appareils électriques ne peut être obtenue que par l’installation d’un dispositif spécial appelé parafoudre. Cet appareil s’installe à l’entrée principale du conduit électrique de chaque bâtisse, soit à l’intérieur ou à l’extérieur suivant le cas.
Installation d'un parafoudre (Modèle GE 9LAI5Al) au bas de la boîte du commutateur général et connecté du côté du consommateur de la boîte des fusibles.
Le parafoudre est un appareil à valves qui devrait être utilisé lorsque l’on désire obtenir une plus grande protection, une sécurité d’opération accrue et une plus longue durée. Il limite le voltage de l’éclair à son plus bas niveau pratique, permettant à la surcharge de passer librement du circuit au sol. Une fois la surcharge éliminée, les valves se referment et de nouveau rétablissent le parafoudre dans son état de non-conducteur. La durabilité et l’efficacité du protecteur à valves se sont affirmées au cours des derniers l5 ans. Le travail doit être exécute par un électricien compétent, qui connaît bien les exigences du code de la construction et les techniques du filage, les règlements de sécurité, les ordonnances locales et les méthodes éprouvées de liaison avec la terre.
Installation d'un parafoudre (Modèle GE 9LA15A4) au point d'entrée ou de sortie d'un circuit domestique dans les bâtisses séparées, étables, garages, pompes à eau, etc.
Quoique l’action du paratonnerre et celle du parafoudre soient totalement indépendantes, les deux systèmes sont parfois utilisés simultanément et conjointement, telle une équipe, pour assurer une protection vraiment complète. Les statistiques fournies par les compagnies d’assurance ont démontré 1- que les constructions sans paratonnerre ni parafoudre ont essuyé 81% de toutes les pertes causées par la foudre, 2- que les bâtisses ayant un paratonnerre, mais pas de parafoudre, n’on subi que 15% des dommages, lesquels furent circonscrits aux installations électriques, 3- mais que les bâtisses équipées d’un paratonnerre et d’un parafoudre ne subirent que 1/2 de 1% de toutes les pertes enregistrées. L’équipe paratonnerre-parafoudre affiche un record de protection presque parfait.
Il existe encore bien des inconnus dans la science de la protection contre la foudre. Les décharges les plus violentes n’ont peut-être pas encore été mesurées et la foudre peut toujours se permettre des fantaisies tout a fait imprévues. Néanmoins, l’efficacité reconnue d’un tel système de protection s’appuie sur un record vraiment impressionnant, et aujourd’hui, grâce aux méthodes modernes de la science de l’électricité atmosphérique, le paratonnerre mérite la confiance la plus absolue.
Il existe évidemment plusieurs phases dans un sujet aussi vaste que la foudre, ses effets, et comment les prévenir. Quoique les pertes de vie et les dommages matériels n’aient pas encore atteint une situation alarmante, ces pertes augmentent progressivement à mesure que se multiplie le nombre des habitations urbaines et rurales qui s’étendent sur une surface de plus en plus grande et de plus en plus exposée à la foudre. L’attitude que tout propriétaire peut adopter envers cet important problème de la protection contre la foudre, est naturellement déterminé par un certain nombre de circonstances qui le touchent personnellement: sa propre évaluation des risques encourus, le sentiment de sécurité qui l’anime, son tempérament et ses prédispositions à la peur, ainsi que ses moyens financiers. La portée du présent article est vaste. Nous espérons qu’il a su présenter les faits et les exemples requis pour rendre la situation un peu plus claire et un peu plus facile à comprendre. La foudre a longtemps été considérée comme un ennemi implacable, mais I’homme a réussi à soulever le voile du mystère qui l’entourait. Il a appris à vivre en sa compagnie et même à demeurer calme quand elle se manifeste. Il peut maintenant la toiser sans crainte ni danger. Une réussite pratique particulièrement profitable à notre ère moderne de l’électricité.