FR2602342A1 - Procede et installation de detection de l'apparition et de la disparition de phenomenes electriques atmospheriques lies a une situation orageuse - Google Patents

Abstract

POUR DETECTER L'APPARITION OU LA DISPARITION DE PHENOMENES ATMOSPHERIQUES ASSOCIES A UNE SITUATION ORAGEUSE, ON DETECTE EN C LE CHAMP ELECTROSTATIQUE E DANS L'ATMOSPHERE AU NIVEAU DU SOL, EN DIFFERENTS POINTS; LE CHAMP E EST COMPARE 24 A UN SEUIL E POUR FORMER UN SIGNAL LOGIQUE S; ON CALCULE 25 LA DERIVEE DU CHAMP PAR RAPPORT AU TEMPS DONT LE SIGNE CONSTITUE 26 UN SIGNAL LOGIQUE G ET DONT LA VALEUR ABSOLUE (OBTENUE EN 27) EST COMPAREE EN 29 A UN SEUIL POUR FORMER UN SIGNAL LOGIQUE D; ON EFFECTUE UN TRAITEMENT 30 DES SIGNAUX LOGIQUES S, G ET D ET ON EN DEDUIT UN SIGNAL LOGIQUE A DE COMMANDE DE L'APPARITION OU DE LA DISPARITION D'UNE ALARME.

Description

Procédé et installation de détection de l'a > Parition et de la disParition de Phénomènes électrigues atmosPhé- rogues liés à une situation orageuse.

La présente invention concerne la détection de phénomènes électriques atmosphériques liés à une situation orageuse dans le but de prévenir de leur apparition et de leur disparition au-dessus ou à proximité d'une zone à protéger, avec commande d'une ou plusieurs alarmes afin que des mesures appropriées de protection puissent être prises en temps utile (par exemple sauvegarde de données numériques, arrêt de travaux dangereux, mise en route d'alimentations électriques de secours, etc.).

L'invention concerne plus particulièrement,d'une part, des perfectionnements apportés, aux procédés de détection selon lesquels : on détecte le champ électrostatique dans l'atmosphère au niveau du sol ; on calcule la valeur absolue (El de ce champ électrostatique ; on la compare à un premier seuil Es caractéristique d'un champ électrostatique critique et on déduit de la susdite comparaison un premier signal électrique logique
S de comparaison d'amplitude qui prend une première valeur logique IEIkEs et une seconde valeur logique si El < Es
L'invention concerne plus particulièrement, d'autre part, des perfectionnements apportés aux installations de détection comportant - des moyens de détection pour détecter au niveau du sol le champ électrostatique dans l'atmosphère et délivrer un signal électrique E représentant ledit champ électrostatique - des premiers moyens de calcul pour calculer la valeur absolue El du champ électrostatique et pour délivrer un signal électrique représentatif de cette valeur absolue ; et - des premiers moyens de comparaison pour comparer ce signal de valeur absolue El avec une première valeur seuil Es caractéristique d'un champ électrostatique critique, ces premiers moyens de comparaison délivrant un signal électrique logique S de comparaison d'amplitude.

Les dispositifs actuellement connus pour réaliser de tels systèmes de détection et d'alarme appartiennent essentiellement à deux familles principales.

Les dispositifs de la première famille détectent le rayonnement électromagnétique des décharges atmosphériques provoquées par les nuages chargés électriquement, soit pour localiser ces décharges dans l'espace, soit pour indiquer uniquement leur azimut par rapport au point d'observation. Bien que les appareils de ce type possèdent une grande portée de détection (200 km et au-delà), ils ont cependant pour inconvénients leur coût assez élevé et surtout le fait qu'ils ne détectent que les décharges et non un effet direct du danger lié aux orages qui est le champ électrostatique, ces orages pouvant ne pas provoquer de décharge dans la première phase de leur existence.

Les dispositifs de la seconde famille utilisent la détection au sol du champ électrostatique de l'atmosphère pour déceler l'apparition de phénomènes orageux.

Ils font, pour cela, appel à des capteurs soit du type radioactif, soit à modulateur mécanique, du type moulin à champ ou capteur à vibreur. L'avantage de tels systèmes est qu'ils s'appuient sur la mesure et la détection du paramètre provoquant directement un danger électrique. En effet, un champ électrostatique élevé au sol traduit non seulement un risque de foudroiement, mais un danger réel et direct, en provoquant des étincelles sur les équipements. Il est à noter également que l'on détecte la présence du risque électrique lié à l'orage même en l'absence de décharge, tout en étant capable de détecter les foudroiements survenus dans un rayon d'environ dix kilomètres. Enfin, les coûts et la mise en oeuvre des dispositifs de la seconde famille sont beaucoup moins importants que ceux des dispositifs de la première famille.Toutefois, un inconvénient majeur lié à leur utilisation est leur portée limitée (10 km) qui réduit l'intervalle de temps entre la détection d'un évènement et son arrivée sur le site. En effet, les systèmes d'alarme basés sur la seule mesure du champ électrostatique au sol préviennent du début ou de la fin d'un danger lorsque le champ franchit un seuil spécifié : cette méthode est peu performante et mal adaptée au problème de la prédiction de l'occurence du danger orageux la mesure exploitée de cette manière indique simplement la présence ou l'absence du danger sans donner d'indication sur l'évolution possible de la situation.L'expérience de l'utilisation de tels systèmes montre que l'on est prévenu trop tardivement du danger et que l'on est conduit à maintenir l'alerte plus longtemps que nécessaire, ce qui peut être pénalisant en coût pour les utilisateurs.

Le but de l'invention est donc de proposer un procédé et une installation perfectionnés qui permettent d'obtenir, à partir d'un traitement spécifique de la mesure du champ électrostatique, des indications sur l'évolution de la situation orageuse afin de rendre plus fiables les déclenchements d'alerte, et de parvenir en particulier à la suppression des fausses alarmes, l'augmentation de l'intervalle de temps entre,le déclenchement d'alerte et l'occurence du danger, et la minimisation des durées d'alerte.

A ces fins, selon un premier aspect de l'invention, un procédé tel qu'indiqué plus haut se caractérise en ce qu'il comprend les autres étapes qui suivent - on calcule la dérivée par rapport au temps de la valeur absolue du champ électrostatique, dlEl/dt ; - on calcule la valeur absolue de cette dérivée,ldiE /dtl - on compare la valeur absolue de la dérivée idl-EI/dtl à un second seuil de /dut caractéristique d'une évolution critique du champ électrostatique dans le temps et on en déduit un second signal électrique logique D de comparaison de valeurs absolues de dérivées qui a une première valeur logique si IdiEl/dtlBdEC/dt et une seconde valeur logique si IdlEl/dtl < dEc/dt - on détermine le signe de la dérivée par rapport au temps dlEl/dt de la valeur absolue du champ électrostatique et on en déduit un signal électrique logique G qui a une première valeur logiques dlEl/dtaO et une seconde valeur logique si dlE(/dt < O - et on effectue un traitement des informations de comparaison d'amplitude S, de comparaison de dérivée D et de signe G et on en déduit une commande A de l'apparition ou de la disparition d'une alarme.

En d'autres termes, le procédé conforme à l'in- vention consiste à prédire l'évolution du champ électrostatique au sol à partir d'un instant donné, à l'aide des évolutions qui ont précédé cet instant. On exploite ainsi deux informations : l'amplitude E du champ et ses variations temporelles dE/dt, alors que les systèmes antérieurs n'ùtilisaient que les données relatives à l'amplitude.

L'interprétation des paramètres E et dE/dt est fondée sur la connaissance des propriétés des orages.

Schématiquement, pour ce qui concerne le champ électrostatique induit au sol, on' peut faire ressortir les points suivants (voir fig. i et 2) a/ Les nuages orageux ou préorageux isolés (cumulonimbus, cumulus congestus) sont des formations convectives à développement vertical (fig. 1) : le champ électrostatique au sol présente une symétrie de révolution autour de la projection au sol de l'axe de la cellule orageuse.

b/ Observé depuis le sol, le champ d'une cellule orageuse développée possède une structure dipôlaire (voir fig. 1 sur laquelle l'éloignement D du centre de la cellule orageuse est porté en abscisses, l'altitude Z est portée en ordonnées et la température T est portée sur un axe parallèle aux ordonnées) : le centre de charge négatif est voisin de l'isotherme -15iC et le centre positif se situe vers -30*C. L'existence d'un troisième centre de charge, positif et d'amplitude faible, est souvent observé près de l'isotherme OC.

L'évolution du champ électrostatique E au sol (porté en ordonnées) en fonction de l'éloignement D du centre de la cellule (porté en abscisses) est typiquement telle que représentée sur la fig. 2 pour des centres de charges situés (dans l'ordre énoncé ci-dessus) au voisinage des isothermes -10.C, -40'C et +5iC c/ L'amplitude maximum du champ électrostatique au sol est limitée par un effet d'écran : une accumulation de charges d'espace, créée par l'amorçage de décharges partielles à partir des aspérités du sol, abaisse la valeur du champ dans une zone comprise entre le sol et une altitude de quelques dizaines de mètres.La valeur maximale observée dépend de la région (relief, latitude) et des caractéristiques locales autour du point de mesure (nature de la végétation, des aérosols...) ; dans la pratique, on mesure des amplitudes maximales comprises entre 5 kV/m et 15 kV/m.

d/ Dans le cas de cellules multiples associées à un mouvement frontal des masses d'air et appelées "ligne de grain", on observe également une séparation dipôlaire des charges ; le dipôle peut être incliné dans le sens de propagation du front, la charge négative étant en avant et la charge positive étant en arrière et à plus haute altitude. Cette configuration, ainsi que celles associées aux cellules basses en cours de développement, produisent, en faisant intervenir le phénomène décrit en c/, un second type d'évolution caractérisé par une inversion du champ qui passe de valeurs élevées négatives à des valeurs élevées positives (voir fig. 3).

e/ On peut observer beaucoup d'autres configurations de champ pendant les orages, associées à d'autres phénomènes comme l'effet des précipitations. Toutefois, ces cas très différents peuvent être décrits par une combinaison des cas décrits de a/ à d/.

La croissance du champ est interprétée comme étant due au rapprochement d'une cellule, bien que, physiquement, il puisse s'agir d'un rapprochement et d'un développement. La décroissance du champ est associée à l'éloignement d'une cellule alors qu'elle peut être aussi bien due à la dissipation de cette dernière. Dans les deux cas, on n'est pas conduit à sous-estimer le danger et la confusion sur l'origine physique du phénomène devient de moindre importance. Il est à noter que les vitesses de déplacement et de développement peuvent etre en moyenne assez voisines (sous nos latitudes, typiquement 10 m/s et 8 m/s).

Avantageusement, le traitement susmentionné des informations consiste à calculer la relation logique
A = (S+DG). '+M.(S+D+G) + A'.D dans laquelle
M = S.M' + M'.A' avec
M = variable logique intermédiaire,
M' = ancien état de la variable M,
A' = ancien état de l'alarme,
A = nouvel état de l'alarme, dont la valeur
logique est égale à 1 si l'alarme est
déclenchée et à O si l'alarme est arrêtée,
S = 1 si IE13Ep et S = o si lEI < E5
D = 1 si IdiEl/dtladEC/dt et D = o si IdlEl/ dtl < dEC/dt
G = 1 si dlll/dto et G = o si dlEl/dt < o.

Il en résulte que l'alarme est déclenchée si le seuil du champ électrostatique ou une vitesse critique de variation du champ sont dépassés. L'alarme n'est pas suspendue pour les passages rapides du champ à zéro, dus à des configurations atmosphériques telles que celles évoquées plus haut en d/ et en e/. Par contre, l'alarme est interrompue lorsque le champ électrostatique et sa vitesse de variation sont redescendues au-dessous des seuils spécifiés.

Un tel procédé est adapté pour le déclenchement d'alertes précoces procurant un laps de temps de sécurité important.

De préférence, pour obtenir une meilleure sécurité, on déclenche une alarme dès la première occurence d'un dépassement du seuil Es ou d'un dépassement du seuil dEc/dt.

Egalement de préférence, pour que l'alarme soit maintenue durant toute la durée du danger, mais uniquement pendant cette durée afin de limiter au maximum la perturbation ainsi causée, on commande la disparition de l'alarme dans les conditions suivantes - si le seuil Es de champ électrostatique a été dépassé, on interrompt l'alarme lorsque la valeur absolue IEl du champ électrostatique décroit à nouveau en-dessous du seuil Es et avec une vitesse de décroissance inférieure, en valeur absolue, au seuil dEC/dt ; - si le seuil Es de champ électrostatique n'a pas été dépassé, on interrompt l'alarme lorsque la vitesse d'accroissement du champ redevient inférieure, en valeur absolue, au seuil dEc/dt.

Les variations du champ électrostatique pouvant s'effectuer avec des amplitudes très grandes, on prévoit avantageusement que le signal représentatif de la valeur absolue IEl du champ électrostatique est comprimé dynamiquement par une transformation non linéaire de manière à amplifier les faibles amplitudes et à atténuer les grandes amplitudes. il est ainsi possible d'éviter d'avoir recours à des matériels de transmission et de traitement d'informations de capacité excessive, et-donc coûteux. Notamment, on peut obtenir une sensibilité élevée pour des champs faibles inférieurs à 1 kV/m, une sensibilité moyenne pour des champs compris entre 1 et 10 kV/m, et une sensibilité faible pour les champs supérieurs à 10 kV/m qui ne concernent, en général; que les variations de champ provoquées par dés foudroiements.La possibilité d'exploiter des valeurs de champ faible (voisines ou inférieures à 1 kV/m) autorise la détection d'une activité atmosphérique et le déclenchement d'une préalerte ou alerte précoce, d'où un accroissement de la sécurité procurée par le recours au procédé de l'invention. Ceci est justifié par le fait que, comme indiqué précédemment, les valeurs élevées du champ électrostatique au sol peuvent être limitées par effet d'écran.

Les décharges de foudre provoquent des sauts de champ -électrostatique suivis d'un retour à la valeur initiale au bout d'un temps allant de quelques secondes à une centaine de secondes. il est donc souhaitable, pour que le procédé qui vient d'être exposé conserve toute la fiabilité requise, que l'on s'affranchisse, pour les mesures et le traitement des données, de l'influence perturbatrice des décharges de foudre.

Dans ce but, il est souhaitable qu'en outre, on détecte une décharge de foudre pour inhiber le procédé pendant cette décharge, cette inhibition survenant si la valeur absolue de la dérivée du champ électrostatique dépasse un seuil prédéterminé, en même temps qu'on mémorise les valeurs du champ électrostatique (Eo) et de sa dérivée par rapport au temps (dEo/dt) à un instant (to) précédant immédiatement la décharge de foudre, et cette inhibition cessant dès que la valeur absolue
IdE/dt - dEo/dtl de la différence entre les dérivées du champ électrostatique aux temps t et to respectivement redevient inférieure à un seuil préétabli ou dès que la valeur absolue de la différence entre la valeur du champ électrostatique au temps t et la valeur qu'il aurait, au meme temps t, s'il évoluait à partir du temps to linéairement et avec une pente égale à dEo/dt, redevient inférieure à un seuil préétabli.

Avantageusement, pour inhiber le déroulement du procédé lors de l'occurence d'une décharge de foudre, on procède aux étapes suivantes - on calcule la valeur absolue de la dérivée du champ électrostatique ldE/dtl et on la compare à un seuil prédéterminé (dT), - on en déduit un premier signal électrique logique (N) qui a une première valeur logique si (dE/dt(bdT et qui a une seconde valeur logique si ldE/dtl > dT - on inhibe le procédé lorsque IdE/dtl > dT, - on mémorise, simultanément à cette inhibition, les valeurs du champ électrostatique (Eo) et de sa dérivée par rapport au temps (dEo/dt) à un instant (to) précédant immédiatement la décharge de foudre, - on calcule la valeur absolue de la différence entre les dérivées du champ électrostatiques par rapport aux temps (t) et (to) respectivement et on la compare à un seuil prédéterminé (do), - on en déduit un deuxième signal électrique logique (L) qui a une première valeur logique si IdE/dt - dEo/dtl > d0 et qui a une seconde valeur logique si ldE/dt - dEo/dtl < do, - on calcule la valeur absolue de la quantité
IE - Eo - (dEo/dt),sstl, dans laquelle but représente l'intervalle de temps écoulé depuis l'apparition d'une décharge de foudre et on la compare à un seuil (ET) préétabli, - on en déduit un troisième signal électrique logique H qui a une première valeur logique Si
(E - Eo - (dEo/dt).at|vET et qui a une seconde valeur logique si
IE - Eo - (dEo/dt).#t|ET et on supprime l'inhibition du procédé dès que
|E - Eo - (dEo/dt).atl < ET ou que l(dEldt - dEo/dt)( < do.

De préférence, pour le déclenchement ou la suppression de l'inhibition, on calcule la relation logique:
F = N + F'. H . L dans laquelle
F = nouvel état de l'inhibition, dont la valeur
logique est égale à 1 quand le procédé est
inhibé et égale à 0 quand le procédé n'est
pas inhibé,
F' = ancien état de l'inhibition,
N = variable logique égale à 1 si ldE/dtl > dT
et égale à O Si |dE/dt|#dT,
L = variable logique égale à O Si idE/dt
dEo/dt( < do et égale à 1 Si |dE/dt-dEo/dt|#do
H = variable logique égale à O si
IE - Eo - (dEO/dt).#t| < ET
et égale à 1 si
IE - Eo - (dEo/dt).atlkET
La variable F est alors utilisée pour valider la formule susmentionnée caractérisant le déclenchement ou l'arrêt de l'alarme, qui devient
A = F. CA'.(S+D.G)+M.(S+.D+G > +D.A'J +F.A' avec M = S.M' + M'.A'
Toutefois, bien qu'il soit nécessaire d'inhiber le déroulement du procédé de détection lors de l'occurence d'une décharge de foudre afin de s'affranchir des erreurs d'interprétation induites par celle-ci, l'occurence d'une telle décharge à proximité du site à protéger constitue en soi une information représentative d'un risque élevé, meme si le champ moyen reste suffisamment faible pour ne pas provoquer le déclenchement de l'alarme selon le processus indiqué plus haut.

De ce fait, il est utile de compléter les étapes précédemment exposées par les suivantes
on mesure la variation du champ électrostatique engendrée par une décharge de foudre, - on compare cette variation du champ à un seuil Es caractéristique d'une décharge de foudre, - et on déclenche une alerte si cette variation du champ est supérieure audit seuil E'5, même si le champ moyen reste à une valeur insuffisante pour déclencher 1 'alarme.

De préférence, on peut agir de la manière suivante - on déduit un signal-électrique logique bS qui a une première valeur logique si la variation du champ engendrée par la décharge de foudre est supérieure ou égale au seuil E'5 et qui a une seconde valeur logique si cette variation du champ est inférieure au seuil E'5, - on calcule la relation logique
K = F.dS qui présente une première valeur logique si des décharges de foudre sont détectées et si la variation du champ est supérieure ou égale au seuil E's, cet état correspondant à l'occurence d'une décharge de foudre proche du site a protéger, et qui présente une seconde valeur logique si l'une de ces conditions n'est pas atteinte, - et on commande, à l'aide de ce signal logique K, le déclenchement d'une alarme lorsque ledit signal prend sa première valeur logique.

Enfin, pour compléter les informations recueillies et pour permettre une vérification de ces informations et s'affranchir de diverses .causes d'erreurs, on peut faire en sorte qu'on effectue des mesures en au moins deux points du site à protéger ou autour de celui-ci, et qu'à partir des informations recueillies en un point et de la connaissance de la force et de la direction des vents, on prévoit les évolutions de la situation aux autres points.

Selon un second aspect de l'invention, une installation telle qu'indiquée précédemment se caractérise en ce qu'elle comprend en outre - des moyens dérivateurs aptes à calculer la dérivée par rapport au temps de la valeur absolue du champ, dlEl/dt, - des seconds moyens de calcul pour calculer la valeur absolue de la dérivée par rapport au temps,
IdlEl/dtl, de ce signal champ électrostatique - des seconds moyens de comparaison pour comparer ce signal de valeur absolue de la dérivée ldlEl/dtl avec une seconde valeur de seuil dEc/dt caractéristique d'une évolution critique du champ électrostatique dans le temps, ces seconds moyens de comparaison délivrant un signal électrique logique D de comparaison de dérivée - des troisièmes moyens de calcul pour déterminer le signe de la dérivée par rapport au temps du susdit signal champ électrostatique E et délivrer un signal électrique logique G représentant ledit signe de la dérivée - et des quatriémes moyens de calcul recevant les susdits signaux logiques de comparaison d'amplitude S, de comparaison de dérivée D et de signe G et élaborant à partir de ceux-ci un signal de commande A pour commander' l'apparition ou la disparition d'une alarme.

De façon avantageuse, les quatrièmes moyens de calcul sont agencés pour calculer la relation logique
A = (S+D.G).A'+M.(S+D+G)+A'.D dans laquelle
M = S.M'+M'.A' avec
N = variable logique intermédiaire,
M' = ancien état de la variable M,
A' = ancien état de l'alarme,
A = nouvel état de l'alarme, dont la valeur
logique est égale à 1 si l'alarme est
déclenchée et à O Si l'alarme est arrêtée,
S = 1 Si SEIZE et S = o Si (E( < E5
G = 1 si dlEI/dtio et G = o si dlE(/dt < o
D = 1 si ldlEl/dtledEc/dt et D=o sildll)/dtl < de /dut
Afin d'obtenir une efficacité maximale de l'installation, les quatrièmes moyens de calcul sont agencés pour commander l'apparition d'une alarme dès que l'un des deux susdits seuils (Es ou dEC/dt) est dépassé.

Toujours pour assurer une sécurité maximale, mais afin toutefois que l'alarme ne soit pas maintenue sur une durée excessive, les quatrièmes moyens de calcul sont agencés pour commander la disparition de l'alarme dans les conditions suivantes - si le seuil ES de champ électrostatique a été dépassé, les quatrièmes moyens de calcul interrompent l'alarme lorsque la valeur absolue (El du champ électrostatique décroît à nouveau en-dessous du seuil Es et avec une vitesse de .décroissance inférieure, en valeur absolue, au seuil dEC/dt ; - si le seuil Es de champ électrostatique n'a pas été dépassé, les quatrièmes moyens de calcul interrompent l'alarme lorsque la vitesse d'accroissement de la valeur absolue (El du champ redevient inférieure, en valeur absolue, au seuil dEc/dt.

Afin d'obtenir une plus -grande sensibilité de détection, on prévoit avantageusement que l'installation comprend des moyens de compression de dynamique du signal électrique représentatif de la valeur absolue IEI du champ électrostatique, agencés pour transformer de façon non linéaire ledit signal afin d'en amplifier les faibles amplitudes et d'en atténuer les grandes amplitudes.

Pour s'affranchir de l'effet perturbateur des décharges de foudre sur les mesures1 il est souhaitable que l'installation comporte, en outre, des moyens de détection de décharge de foudre qui sont activés si la valeur absolue de la dérivée du champ électrostatique dépasse un seuil prédéterminé dT et qui sont agencés pour commander des moyens d'inhibition de l'installation lors d'une décharge de foudre, l'activation de ces moyens de détection de décharge de foudre s'accompagnant d'une mémorisation des valeurs du champ électrostatique
Eo et de sa dérivée par rapport au temps (dEo/dt) à un instant (to) précédant immédiatement la décharge de foudre, et qui sont désactivés dès que la valeur absolue
IdE/dt - dEo/dtl de la différence entre les dérivés du champ électrostatique aux temps t et to respectivement redevient inférieure à un seuil préétabli (do) ou dès que la valeur absolue de la différence entre la valeur du champ électrostatique au temps t et la valeur qu'il aurait au même temps t s'il évoluait à partir du temps to linéairement et avec une pente égale à dEo/dt, redevient inférieure à un seuil préétabli (ET).

Avantageusement dans ce cas, la commande des moyens d'inhibition de l'installation comprend - des troisièmes moyens de comparaison pour comparer, à un seuil prédéterminé (du), la dérivée de la valeur absolue du champ électrostatique dlEl/dt et délivrer un signal électrique logique N ayant une première valeur logique Si ldE/dtï > dT et ayant une seconde valeur logique si IdE/dtlvdT - des moyens de mémorisation, placés sous la dépendance dudit signal logique N, agencés pour, en même. temps que l'installation est inhibée, mémoriser les valeurs du champ électrique Eo et de sa dérivée par rapport au temps dEo/dt à un instant to précédant immédiatement la décharge de foudre - des cinquièmes moyens de calcul pour calculer la valeur absolue de la différence entre les dérivées par rapport aux temps (t) et (to) respectivement, - des quatrièmes moyens de comparaison pour comparer -ladite valeur absolue de différence fournie par les cinquièmes moyens de calcul avec un seuil prédéterminé do et pour délivrer un signal électrique logique L ayant une première valeur logique si IdE/dt - dEo/dt( > do-et ayant une seconde valeur logique si IdE/dt - dEo/dtl < do;; - des sixièmes moyens de calcul pour calculer la valeur absolue IE - Eo - (dEo/dt).Atl - des cinquièmes moyens de comparaison pour comparer ladite valeur absolue à un seuil prédéterminé (ET) et fournir un signal électrique logique H ayant une première valeur logique si IE - Eo - (dEo/dt).at|kET et ayant une seconde valeur logique si
(E - Eo - (dEo/dt).atl < ET - et des septièmes moyens de calcul recevant les susdits signaux logiques N, L et H et élaborant à partir de ceux-ci un signal de commande F commandant l'inhibition de l'installation lorsque le signal N présente sa seconde valeur logique correspondant à la condition ldE/dtl < dT et commandant la suppression de l'inhibition de l'installation dès quelle signal H présente sa seconde valeur logique correspondant à IE - Eo (dEo/dt).atl < ET ou dès que le signal L présente sa seconde valeur logique correspondant à (dE/dt. - dEo/dtl < do.

De préférence, les septièmes moyens de calcul sont agencés pour calculer la relation logique
F = N + F'. H . L dans laquelle
F = nouvel état du signal électrique logique,
dont la valeur logique est égale à 1 quand
l'installation est inhibée et égale à 0
quand l'installation n'est pas inhibée,
F' = ancien état du signal d'inhibition,
N = variable logique égale à 1 si ldE/dtl > dT.

et égale à O si IdE/dtlSdT
L = variable logique égale à O si gdE/dt-dEo/dt l < do
et égale à 1 si IdE/dt - dEo/dtl > do,
H = variable logique égale à O si
IE - Eo - (dEo/dt).htl < ET
et égale à 1 si IE - Eo - (dEo/dt).AtlkET
Toujours dans le but d'accroitre l'efficacité de l'installation, celle-ci peut comporter avantageusement plusieurs moyens de détection du champ électrostatique situés en différents points autour de et/ou dans le site à protéger, un centre de calcul regroupant les divers moyens de comparaison et de calcul géographiquement distincts d'au moins certains des moyens de détection, et des moyens de transmission d'informations entre les moyens de détection et le centre de calcul.

Dans ce cas, pour permettre des recoupements d'informations et autoriser des contrôles permettant d'éliminer des erreurs, on peut prévoir que l'installation comporte en outre des moyens de détection de la force et de la direction des vents situés aux susdits points, et le centre de calcul est en outre agencé pour calculer les évolutions possibles de la situation orageuse en divers de ces points à partir des informations de champ, de dérivée de champ et de force et de direction du vent recueillies en un des points.

Enfin, pour tenir compte des décharges de foudre proches du site à protéger entraînant l'existence d'un risque élevé pour ce site, on peut de préférence compléter l'installation à l'aide des moyens suivants - des moyens de mesure pour mesurer la variation du champ électrostatique engendrée par une décharge de foudre, - des sixièmes moyens comparateurs pour comparer cette variation du champ un seuil E' caractéristique d'une décharge de foudre et en déduire un signal électrique logique (Es) ayant une première valeur logique si la variation du champ électrostatique engendrée par la décharge de foudre est supérieure ou égale au seuil (E' et ayant une seconde valeur logique si cette variation du champ est inférieure à ce seuil (E's), - et des huitièmes moyens de calcul recevant les susdits signaux logiques (F) et (S) et élaborant à partir de ceux-ci un signal de commande K commandant le déclenchement d'une alarme lorsqu'une décharge de foudre est détectée et que le reste de l'installation est inhibé et que la variation du champ engendré par cette décharge de foudre est supérieure ou égale au seuil (E's), caractérisant la proximité du foudroiement et donc l'existence d'un risque élevé pour le site à protéger, même si le champ moyen reste insuffisant pour déclencher, à lui seul, l'alarme.

Dans ce cas de préférence, les huitièmes moyens de calcul sont agencés pour calculer la relation logique:
K = F. aS dans laquelle
F = nouvel état du susdit signal électrique
logique dont la valeur logique est égale
à 1 quand une décharge de foudre est
détectée et que le reste de l'installation
est inhibé et égale à O quand aucune
décharge n'est détectée et que le reste de
l'installation n'est pas inhibé,
aS = variable logique égale à 1 si la variation
du champ électrostatique engendrée par une
décharge de foudre est supérieure ou égale.

au seuil E' caractéristique d'une décharge
de foudre et égale à O si cette variation
est inférieure au seuil E'
K = état du signal électrique logique dont la
valeur logique est égale à 1 quand l'alarme
est déclenchée (foudroiement proche du
site ) et égale à 0 quant l'alarme est
arrêtée.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un de ses modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels
- la fig. 1 est une représentation schématique du développement vertical d'un nuage orageux ou préorageux isolé
- la fig. 2 est un graphique représentant le champ électrostatique au sol engendré par le nuage de la fig. I
- la fig. 3 est un graphique d'un exemple possible de variation dans le temps du champ électrostatique au sol
- la fig. 4 est une vue schématique d'ensemble d'une installation agencée conformément à l'invention
- la fig. 5 est une vue schématique d'une station de mesure utilisée dans l'installation de la fig.

4;
- la fig. 6 est une vue schématique d'une unité centrale utilisée dans l'installation de la fig. 4
- la fig. 7 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'une partie fonctionnelle de l'installation de la fig. 4
- les fig. 8 à 13 sont des graphiques illustrant le fonctionnement de l'installation de l'invention, le temps étant porté en abscisses et le champ électrostatique en ordonnées
- la fig. 14 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'une autre partie fonctionnelle de l'installation de la fig. 4
- la fig. 15 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'encore une autre partie fonctionnelle de l'installation de la fig. 4 cet et
- la fig. 16 est une vue schématique représentant le circuit de déclenchement général de l'alarme combinant toutes les commandes en provenance des circuits des fig. 7, 14 et 15.

On va maintenant, en se référant aux fig. 4 à 6, décrire l'agencement général d'une installation conforme à l'invention.

En se référant tout d'abord à la fig. 4, qui montre schématiquement l'architecture générale de l'installation conforme à l'invention, cette installation comprend essentiellement un certain nombre de stations de mesure, représentées ici au nombre de trois référencées respectivement 1, 2 et 3, reliées par des lignes de transmissions respectives L1, L2 et L3 à une unité d'acquisition de données 4, elle-même reliée à une unité centrale regroupant une unité de calcul en temps réel 5 et de commande des alarmes. Bien entendu, une unité de traitement des informations en temps différé (non représentée) peut également être prévue.

Le nombre et l'implantation des stations de mesure est fonction de la configuration et de l'étendue du site à protéger ; en particulier les stations peuvent être réparties à la périphérie et/ou à l'intérieur du site, et l'une d'entre elle peut être située sur le lieu même où se trouvent les unités d'acquisition de données 4 et de calcul 5.

En se reportant maintenant à la fig. 5, chaque station de mesure comporte un capteur de champ électrostatique C (C1, C2 et C3 respectivement, sur la fig. 4), qui est de préférence du type dit "moulin à champ".

La sortie du capteur C est raccordée à un circuit 6 de traitement analogique des signaux analogiques fournis par le capteur C. Le circuit 6 comprend essentiellement un circuit amplificateur 7, un circuit de filtrage 8 et un circuit de compression de dynamique 9 agencé pour procurer une plus grande sensibilité pour les faibles valeurs du champ à à cette fin, on peut, par exemple prévoir que - 45 % de la dynamique corresponde à une plage de champ comprise entre 0 et 1 kV/m, - 39 % de la dynamique corresponde à une plage de champ comprise entre 1 et 10 kV/m, - et 16 de la dynamique corresponde à une plage de champ comprise entre 10 et 40 kV/m.

Le signal est ensuite appliqué à un circuit 10 de numérisation et de transmission. Celui-ci comprend tout d'abord un circuit de numérisation Il qui numérise le signal analogique comprimé, par exemple à la cadence de 10 octets par seconde. Un circuit de stockage 12 recueille ensuite cette information numérique de champ et la délivre, en fonction des capacités de transmission des moyens de transmission situés en aval, à un circuit de transmission 13.

Enfin, le circuit de transmission 13 est relié à un modulateur 14 assurant la conversion appropriée du signal numérique en un signal téléphonique (par exemple modulé en fréquence) propre à être transmis dans une ligne téléphonique L, ordinaire ou spéciale, ou par toute autre voie analogue de transmission d'informations.

Par ailleurs, la station est équipée d'un circuit de commande d'étalonnage 15, propre à assurer l'étalonnage de la station à intervalles réguliers, ainsi qu'un circuit d'horloge 16 fournissant les impulsions de commande dans le temps propres à assurer le fonctionnement requis de la station.

En se reportant maintenant à la fig. 6, l'unité centrale comprend un certain nombre de démodulateurs 17 à 173 reliés aux lignes L1 à L3, respectivement, provenant des stations de mesure 1 à 3. Ces démodulateurs sont raccordés en sortie à l'unité d'acquisition de données 4 qui comporte un circuit d'acquisition'de données 18 propre à assurer l'amplification, le filtrage et, d'une façon générale, tous traitements des signaux propres à assurer la restitution des informations de mesure de champ électrostatique ; ce circuit est suivi par un circuit de stockage 19 destiné à retenir les informations en fonction des capacités de calcul de l'unité de calcul située en aval.

L'unité 5 de calcul et de commande des alarmes comprend un calculateur central 20, qui sera décrit plus loin, relié à un circuit de commande des alarmes 21, qui peut être éventuellement apte à afficher les états des alarmes et qui commande les alarmes appropriées 22. Bien entendu, le calculateur central 20 peut également être relié à d'autres appareils périphériques 23, 24, etc.

(par exemple stockage des données brutes, consoles de commande, etc.) avec lesquels il peut échanger les informations nécessaires au fonctionnement de l'installation.

En se référant maintenant aux fig. 7 à 16, on va décrire les fonctions assurées par l'installation de détection de l'invention, et en particulier par le calculateur central 20.

En se reportant tout d'abord à la fig. 7, le signal de sortie du capteur C, représentatif du champ électrostatique E au sol, une fois comprimé dynamiquement par le circuit 9, est appliqué à un circuit 23 de détermination de valeur absolue fournissant un signal de valeur absolue IEl.

Le signal de valeur absolue |E| est comparé, dans un comparateur 24, à une valeur de seuil Es prédéterminée, dont la valeur peut par exemple être de 500 V/m. Le comparateur 24 fournit en sortie un signal électrique logique S dont la valeur logique est 1 si |EIÉs et dont la valeur logique est 0 si IEI < Es.

Le signal de valeur absolue du champ El est également appliqué à un circuit dérivateur 25 qui calcule la dérivée par rapport au temps de la valeur absolue du champ dlEl/dt. Le signal de sortie du circuit dérivateur 25 est ensuite comparé, dans un premier comparateur 26, à un seuil de valeur zéro. Le comparateur 26 fournit donc en sortie un signal électrique logique G représentatif du signe de la dérivée dlEl/dt et dont la valeur logique est 1 si dlEl/dtDO et O si dlEl/dtCO.

Enfin, le signal de sortie du circuit dérivateur 25 est également appliqué à un autre circuit 27 de détermination de valeur absolue fournissant un signal de valeur absolue de dérivée ldlEl/dtl qui est filtré dans un filtre passe-bas 28 permettant de déterminer la valeur moyenne de la dérivée (par exemple valeur moyenne sur 20 s). Le signal est ensuite comparé, dans un autre comparateur 29, à une valeur de seuil de dérivée dEc/dt.

Le comparateur 29 fournit en sortie un signal électrique logique D dont la valeur logique est 1 si IdlEl/dtl) dEC/dt et O si ldlEl/dtl < dEc/dt
Les signaux logiques S, G et D sont appliqués à un circuit 30 de déclenchement ou d'arrêt d'alarme qui est agencé pour élaborer, à partir de ces signaux logiques S, G et D, un signal logique A de commande de l'apparition ou de la disparition d'une alarme.

Le fonctionnement du circuit de commande 30 est le suivant.

1/ L'alarme est déclenchée (le signal A a une valeur logique égale à 1) si la valeur absolue du champ lEI dépasse le seuil Es (courbes 31 et 32 sur la fig. 8) ou bien si le seuil de /dut est dépassé, dans le sens d'une augmentation, par la valeur absolue de la dérivée ldlEl/dtl(courbes 33 et 34 sur la fig. 9) 2/ a) Si le seuil Es a été dépassé : l'alarme n'est interrompue que si la valeur absolue du champ El redevient inférieure au seuil Es et si la valeur absolue du champ lEI diminue avec une vitesse inférieure au seuil de /dut (courbes 35 et 36 sur la fig. 10 ; courbes 37 et 38 sur la fig. 11 ; courbes 39 et 40 sur la fig. 12)
b) si le seuil Es n'a pas été dépassé : l'alarme est interrompue dès que la valeur absolue du champ El croît avec une vitesse inférieure au seuil de /dut (courbes 33 et 34 sur la fig. 9).

En particulier, une variation rapide du champ d'une valeur de signe donné à une valeur de signe opposé n'entraîne pas nécessairement la suppression de l'alarme (fig. 13).

La fonction de déclenchement et d'arrêt de l'alarme qui vient d'être décrite peut être représentée par la relation suivante
A = (S+D.G).A'+M.(S+D+G)+A'.D dans laquelle
M est une variable logique intermédiaire
M = S.M' + M'.A'
M' = ancien état de la variable M,
A = nouvel état du signal d'alarme dont la
valeur logique est 1 si l'alarme est
déclenchée et O si l'alarme est arrêtée
A' = ancien état de l'alarme,
S, D et G sont les signaux logiques précités.

A la fig. 7, on a représenté un exemple de réalisation d'un circuit électronique apte à assurer la fonction logique requise.

La sortie du comparateur 29 (signal logique D) est connectée à une première entrée d'une porte ET41, à une première entrée d'une porte OU 42 et à une première entrée d'une porte ET 43.

La sortie du comparateur 26 (signal logique G) est connectée à une seconde entrée de la porte ET 41 et une deuxième entrée de la porte OU 42.

La sortie du comparateur 24 (signal logique S) est connectée à une première entrée d'une porte OU 44, dont la seconde entrée est reliée à la sortie de la porte ET 41 ; la sortie du comparateur 24 est également connectée à une troisième entrée de la porte OU 42 et à une première entrée d'une porte ET 45.

La sortie de la porte OU 44 est reliée à une première entrée d'une porte ET 46 dont la seconde entrée est reliée, à travers un inverseur 47 (signal A') à la sortie d'un circuit temporisateur 48 (par exemple retard de 1 seconde) dont l'entrée est reliée à la sortie (signal A) du circuit 30, laquelle sortie du circuit temporisateur 48 fournit le signal A' représentant l'état précédant du signal de sortie (signal d'alarme) A.

Cette même sortie du circuit temporisateur 48 est raccordée également à la seconde entrée de la porte 43 et à une première entrée d'une porte ET 49. Les sorties respectives des deux portes ET 45 et 49 sont connectées aux deux entrées, respectivement, d'une porte
OU 50 dont la sortie (signal M) est connectée à l'entrée d'un circuit temporisateur 51 (par exemple retard de 1 seconde), la sortie duquel (signal M') est reliée aux secondes entrées respectives des deux portes ET 45 et 49.

La sortie de la porte OU 50 est également reliée à une première entrée d'une porte ET 52 dont la seconde entrée est reliée à la sortie de la porte OU 42.

Les sorties respectives des portes ET 46, 52 et 43 sont raccordée respectivement aux trois entrées d'une porte OU 53 aont la sortie fournit le signal A de commande d'alarme.

Les décharges de foudre provoquent des variations brutales du champ électrostatique suivies d'un retour à la valeur initiale au bout d'un temps allant de quelques secondes à quelques centaines de secondes.

L'occurence d'une décharge est donc de nature à perturber intempestivement le fonctionnement normale de l'installation qui vient d'être décrite et qui est essentiellement conçue pour détecter les variations relativement lentes du champ électrostatique au niveau du sol. il apparaît donc souhaitable d'inhiber le fonctionnement de l'installation chaque fois que survient une décharge, c'est-à-dire essentiellement - de tenir compte de l'existence de décharges de foudre dans l'énoncé d'un diagnostic cet et - de suspendre l'interprétation des signaux de champ tant que ceux-ci sont influencés par la décharge.

Pour ce faire, on a recours au circuit de la fig. 14.

Le capteur de champ C de chaque station de mesure est raccordé à un circuit dérivateur 54, fournissant un signal dE/dt, dont la sortie est connectée à un circuit de détermination de valeur absolue 55 calculant la valeur absolue de cette dérivée, soit ldE/dtl. Cette valeur absolue est ensuite comparée, dans un comparateur 56, à une valeur de seuil dT, de par exemple 1 kV/m/s.

La sortie du comparateur 56 fournit un signal électrique logique N qui possède la valeur logique 0 si ldE/dtlT et la valeur logique 1 si IdE/dtl > dT.

Les sorties du capteur C et du circuit dérivateur 54 sont également raccordées à deux entrées de données respectives d'une mémoire 57, qui possède également une entrée de commande de mémorisation reliée à la sortie du comparateur 56. Ainsi, lors de l'occurence d'une décharge de foudre, le signal N prend la valeur logique 1 qui conduit la mémoire 57 à mémoriser la valeur du champ E0 et la valeur de la dérivée du champ dEo/dt immédiatement avant cette décharge.

La sortie du circuit dérivateur 54 est également reliée à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel de gain unité fonctionnant en sommateur 58 tandis que la sortie du signal dérivée de la mémoire 57 est reliée à la sortie inverseuse de ce sommateur 58. La sortie de celui-ci (signal dE/dt - dEo/dt) est reliée à un circuit 59 de détermination de valeur absolue dont le signal sortie est comparé, dans un comparateur 60, à une valeur de seuil do qui peut par exemple être dix fois plus faible que la valeur ldEo/dtl. La sortie du comparateur 60 fournit un signal électrique logique L qui a une valeur logique égale à O si idE/dt - dEo/dtl < do et une valeur. logique égale à 1 si ldE/dt dEo/dtl > do.

La sortie de dérivée de la mémoire 57 est égale ment reliée à un circuit multiplicateur 61 dont une autre entrée reçoit une information At élaborée par un circuit d'horloge 62, dt étant l'intervalle de temps écoulé depuis l'apparition d'une décharge et le passage de N à la valeur logique I.

Un sommateur 63 à trois entrées, constitué par un amplificateur opérationnel à gain unité, a une entrée inverseuse reliée à la sortie du circuit multiplicateur 61, une autre entrée inverseuse reliée à la sortie de valeur de champ de la mémoire 57 et une entrée non inverseuse reliée à la sortie du capteur C. La sortie du sommateur 63, fournissant le signal E- Eo - (dEo/dt).ht, est raccordée à un circuit 64 de détermination de valeur absolue dont le signal de sortie est comparé, dans un comparateur 65, à une valeur de seuil ET qui peut par exemple correspondre à un dixième de la valeur de la variation de champ résultant de la décharge :IEF - Eol (E F étant la valeur du champ à l'instant qui suit la décharge).

La sortie du comparateur 65 fournit un signal électrique logique H qui a une valeur logique égale à 0
si lE - Eo - (dEo/dt).AtleET et une valeur logique égale à 1 si
lE - Eo - (dEo/dt).at|3ET
Les deux sorties des comparateurs 60 et 65 sont respectivement raccordées à deux entrées d'une porte ET 67 dont la sortie est reliée à une première entrée d'une porte OU 68. La sortie du comparateur 56 est reliée à une seconde entrée de la porte OU 68, dont la sortie fournit un signal électrique logique F d'inhibition. La sortie de la porte OU 68 est également raccordée, par l'intermédiaire d'un circuit temporisateur 69 (par.

exemple retard de 1 s) à une'troisième entrée de la porte ET 67, le circuit temporisateur 69 fournissant le signal logique F' représentant l'état antérieur du signal d'inhibition.

Finalement, le circuit qui vient d'être décrit traduit la relation logique
F = N + F'. H . L avec les conventions indiquées plus haut pour les variables logiques F', N, H et L.

La variable F est utilisée pour valider le signal logique A de commande d'alarme qui devient
A = F.CA'.(S+D.G)+M.(D+S+G)+D.A'] +F.A.'
avec M = S.M' + M'.A'
Il est en outre intéressant que chaque station de mesure comporte des moyens de mesure de la vitesse et de la direction du vent, V1, V2 et V3. Les informations ainsi recueillies sont fournies au calculateur central 20 qui est alors agencé pour calculer les évolutions possibles de la situation orageuse aux diverses stations de mesure à partir des informations de champ, de dérivée de champ et de force et de direction du vent recueillies par une des stations.

Enfin, pour compléter l'installation qui vient d'être décrite, il semble intéressant de prendre en compte la proximité d'un foudroiement qui indique un risque élevé pour le site à protéger, même si le champ électrostatique conserve une valeur moyenne assez faible pour ne pas déclencher d'alarme.

On calcule alors la relation logique
K = F.S dans laquelle
F est la variable logique précédemment indiquée ; QS est une variable logique représentative de la variation du champ électrostatique provoquée par une décharge de foudre hS possède la valeur logique 1 si cette variation du champ est supérieure au seuil E' déjà cité précédemment et la valeur logique 0 si cette variation est inférieure à ce seuil ; et
K est une variable logique ayant une valeur logique égale à 1 si des décharges proches sont détectées et la valeur logique 0 en l'absence de détection de décharges.

Ce calcul peut être effectué en ayant recours au circuit représenté à la fig. 15.

Pour chaque station de mesure, le capteur de champ électrostatique C a sa sortie raccordée à une entrée d'une mémoire 70 qui, sous l'action de moyens de commande (non représentés) consistant dans le passage de la variable N de la valeur 0 à la valeur 1, mémorise la valeur du champ électrostatique Eo à un instant to précédant immédiatement la décharge de foudre.

La sortie du capteur C est également raccordée à l'entrée d'un circuit mémoire 71 qui, sous l'action de moyens de commande consistant dans le passage de la variable N de la valeur 0 à la valeur 1, mémorise la valeur du champ E F à l'instant tF qui suit la décharge..

Les sorties du circuit 71 et de la mémoire 70 sont raccordées respectivement aux entrées non inverseuse et inverseuse d'un sommateur 72 dont le signal de sortie, représentatif de la variation E F - Eo du champ sous l'influence de la décharge de foudre, est appliqué à un circuit 73 de calcul de valeur absolue puis appliqué à une entrée d'un comparateur 74 pour être comparé à la valeur de seuil E' . Le signal de sortie du comparateur 74 est un signal électrique logique qui a une valeur logique égale à 1 si la variation du champ dûe à la décharge est supérieure ou égale au seuil Ets ou égale à
O si cette variation est inférieure à ce seuil.

La sortie du comparateur 74 est raccordée à une entrée d'une porte ET 75 dont l'autre entrée reçoit le signal F fourni par le circuit de la fig. 14 décrit plus haut. Le signal de sortie K de la porte 75 est représentatif de l'occurence d'une décharge de foudre proche, et a une valeur logique égale à 1 dans le cas de la détection d'une telle décharge ou égale à 0 dans le cas inverse.

D'une façon générale l'alarme devra être déclenchée lorsque survient l'une des conditions de déclenchement précédemment indiquée, c'est-à-dire - si le signal logique A ci-dessus prend la valeur 1 - ou si le signal logique K ci-dessus prend la valeur 1.

Le circuit de déclenchement général de l'alarme, fournissant un signal électrique logique Q à partir des signaux logiques A, A' F et K, est représenté à la fig.

16.

Une porte ET 76 reçoit, sur une de ses entrées, le signal logique F précédemment déterminé provenant de la sortie de la porte oU-68 (fig. 14) et, sur son autre entrée, le signal logique A' (ancien état du signal logique A en sortie de la porte ET 53 - fig. 7) fourni en sortie du circuit temporisateur 48.

De même, une porte ET 77 reçoit, sur une de ses entrées, le signal logique A (sortie du circuit de la fig. 7) et, sur son autre entrée, le signal logique F inversé par un inverseur 78. Les signaux de sortie des portes ET 76 et 77, respectivement F.A' et F.A, sont appliqués aux entrées respectives d'une porte OU 79 dont le signal de sortie est appliqué à une première entrée d'une porte OU 80 dont l'entrée reçoit le signal logique K fourni par la porte
ET 75 (fig. 15).

Le signal de sortie Q de la porte OU 80 est le signal de commande générale de l'alarme.

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et deréalisation qui ont été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.

Claims (23)

REVENDICATIONS

1. Procédé de détection de l'apparition et de la disparition de phénomènes électriques atmosphériques associés à une situation orageuse, selon lequel - on détecte le champ électrostatique dans l'atmosphère au niveau du sol ; et - on calcule la valeur absolue El de ce champ électrostatique - on la compare à un premier seuil Es caractéristique d'un champ électrostatique critique cet et - on déduit de la susdite comparaison un premier signal électrique logique S de comparaison d'amplitude qui prend une première valeur logique si IElbEs et une seconde valeur logique si IEl < Es caractérisé en ce qu'il comprend les autres étapes qui suivent - on calcule la dérivée par rapport au temps de la valeur absolue du champ électrostatique, dlEl/dt - on calcule la valeur absolue de cette dérivée, Id(El /dtl; - on compare la valeur absolue de la dérivée ldlEl/dtl à un second seuil de /dut caractéristique d'une évolution critique du champ électrostatique dans le temps et on en déduit un second signal électrique logique D de comparaison de valeurs absolues de dérivées qui a une première valeur logique si ldlEl/dtldEc /dt et une seconde valeur logique si ldlEl/dtl < dEc/dt - on détermine le signe de la dérivée par rapport au temps dlElidt de la valeur absolue du champ électrostatique et on en déduit un signal électrique logique G qui a une première valeur logique si dlEl/dtSO et une seconde valeur logique si dlEl/dt < O - et on effectue un traitement des informations de comparaison d'amplitude S, de comparaison de dérivée D et de signe G et on en déduit une commande A de l'apparition ou de la disparition d'une alarme.

2. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que le traitement des informations susmentionné consiste à calculer la relation logique

A = (S+DG).A'+M. (S+D+G) + A'.D dans laquelle

M = S.M' + M'.A' avec

M = variable logique intermédiaire,

M' = ancien état de la variable M,

A' = ancien état de l'alarme,

A = nouvel état de l'alarme, dont la valeur

logique est égale à 1 si l'alarme est

déclenchée et à O si l'alarme est arrêtée,

S = 1 si IEIBEs et S = o si |E| < Es

D = 1 si |d|E|/dt|dEC/dt et D = o si ldlEl/ dtl < dEc/dt

G = 1 si dlEl/dt > o et G = o si dlEl/dt < o.

3. Procédé de détection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on déclenche une alarme dès la première occurence d'un dépassement du seuil E. ou

s d'un dépassement du seuil dEC/dt.

4. Procédé de détection selon la revendication 3, caractérisé en outre en ce qu'on commande la disparition de l'alarme dans les conditions suivantes - si le seuil Es de champ électrostatique a été dépassé, on interrompt l'alarme lorsque la valeur absolue IEl du champ électrostatique décroit à nouveau en-dessous du seuil Es et avec une vitesse de décroissance inférieure, en valeur absolue, au seuil dEc/dt ; - si le seuil Es de champ électrostatique n'a pas été dépassé, on interrompt l'alarme lorsque la vitesse d'accroissement du champ redevient inférieure, en valeur absolue, au seuil dEC/dt.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le signal représentatif de la valeur absolue El du champ électrostatique est comprimé dynamiquement par une transformation non linéaire de manière à amplifier les faibles amplitudes et à atténuer les grandes amplitudes.

6. Procédé de détection selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu'en outre on détecte une décharge de foudre pour inhiber le procédé lors d'une décharge de foudre, cette inhibition~ survenant si la valeur absolue de la dérivée du champ électrostatique dépasse un seuil prédéterminé, en même temps qu'on mémorise les valeurs du champ électrostatique (Eo) et de sa dérivée par rapport au temps (dEo/dt) à un instant (to) précédant immédiatement la décharge -de foudre, et cette inhibition cessant dès que la valeur absolue l(dE/dt - dEo/dt)l de la différence entre les dérivés du champ électrostatique aux temps t et to respectivement redevient inférieure à un seuil préétabli ou dès que la valeur absolue de la différence entre la valeur du champ électrostatique au temps t et la valeur qu'il aurait, au même temps t, s'il évoluait à partir du temps linéairement et avec une pente égale à dEo/dt redevient inférieure à un seuil préétabli.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour inhiber le déroulement du procédé lors de l'occurence d'une décharge de foudre, on procède aux étapes suivantes - on calcule la valeur absolue de la dérivée du champ électrostatique IdE/dtl et on la compare à un seuil prédéterminé (dT), - on en déduit un premier signal électrique logique N qui a une première valeur logique si IdE/dtlEdT et qui a une seconde valeur logique si ldE/dtl > dT - on inhibe le procédé lorsque IdE/dtl > dT, - on mémorise, simultanément à cette inhibition, les valeurs du champ électrostatique (Eo) et de sa dérivée par rapport au temps (dEo/dt) à un instant (to) précédant immédiatement la décharge de foudre, - on calcule la valeur absolue de la différence entre les. dérivées du champ électrostatique par rapport aux temps (t) et (to) respectivement et on la compare à un seuil prédéterminé (do), - on en déduit un deuxième signal électrique logique L qui a une première valeur logique si ldE/dt - dEo/dtludo et qui a une seconde valeur logique si IdE/dt dEo/dtl < do, - on calcule la valeur absolue de la quantité

lE - Eo - (dEo/dt).Atl, dans laquelle at représente l'intervalle de temps écoulé depuis l'apparition d'une décharge de foudre et on la compare à un seuil

(ET) préétabli, - on en déduit un troisième signal électrique logique H qui a une première valeur logique si

IE - Eo - (dEo/dt).atlÉT et qui a une seconde valeur logique si

lE - Eo - (dEo/dt).Etl < ET - et on supprime l'inhibition du procédé dès que

IE - Eo - (dEo/dt).htl < ET ou que IdET/dt - dEo/dtl < do

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, pour le déclenchement ou la suppression de l'inhibition, on calcule la relation logique

F = N + F'. H .L dans laquelle

F = nouvel état de l'inhibition, dont la valeur

logique est égale à 1 quand le procédé est

inhibé et égale à 0 quand le procédé n'est

pas inhibé,

F' = ancien état de l'inhibition,

N = variable logique égale à 1 si IdE/dtl > dT

et égale à O si gdE/dtlsdT,

L = variable logique égale à O si ldE/dt

dEo/dtl < do et égale à 1 si ldE/dt-dEo/dtl > do

H = variable logique égale à O si

lE - Eo - (dEo/dt).Atl < ET

et égale à 1 si

lE - Eo - (dEo/dt).#t|#ET

9.Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'en outre - on mesure la variation du champ électrostatique engendrée par une décharge de foudre, - on compare cette variation du champ à un seuil E' caractéristique d'une décharge de foudre, - et on déclenche une alerte si cette variation du champ est supérieure audit seuil E'sr même si le champ moyen reste à une valeur insuffisante pour déclencher l'alarme.

10. Procédé selon les revendication 8 et 9, caractérisé en ce que - on déduit un signal électrique logique as qui a une première valeur logique si la variation du champ engendrée par la décharge de foudre est supérieure ou égale au seuil E's caractéristique d'une décharge de foudre et qui a une seconde valeur logique si cette variation du champ est inférieure au seuil E' - on calcule la relation logique K = F as qui présente une première valeur logique si des décharges de foudre sont détectées, et si la variation du champ est supérieure ou égale au seuil E'5, cet état correspondant à l'occurence d'une décharge de foudre proche du site à protéger, et qui présente une seconde valeur logique si l'une de ces conditions n'est pas atteinte, - et on commande, à l'aide de ce signal logique K, le déclenchement d'une alarme lorsque ledit signal prend sa première valeur logique.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue des mesures en au moins deux points du site à protéger ou autour de celui-ci, et en ce qu'à partir des informations recueillies en un point et de la connaissance de la force et de la direction des vents, on prévoit les évolutions de la situation aux autres points.

12. Installation de détection de l'apparition et de la disparition de phénomènes électriques associés à une situation orageuse, comportant - des moyens de détection (C) pour détecter au niveau du sol le champ électrostatique dans l'atmosphère et délivrer un signal électrique E représentant ledit champ électrostatique - des premiers moyens de calcul (23) pour calculer la valeur absolue El du champ électrostatique et pour délivrer un signal électrique représentatif de cette valeur absolue; et - des premiers moyens de comparaison (24) pour comparer ce signal de valeur absolue El avec une première valeur de seuil Es caractéristique d'un champ électrostatique critique, ces premiers moyens de comparaison délivrant un signal électrique logique S de comparaison d'amplitude, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre - des moyens dérivateurs (25) aptes à calculer la dérivée par.rapport au temps de la valeur absolue du champ, dlEl/dt, - des seconds moyens de calcul (27) pour calculer la valeur absolue de la dérivée par rapport au temps, ldlEl/dtl, de ce signal champ électrostatique - des seconds moyens de comparaison (29) pour comparer ce signal de valeur absolue de la dérivée ldlEl/dtl avec une seconde valeur de seuil dEc/dt caractéristique d'une évolution critique du champ électrostatique dans le temps, ces seconds moyens de comparaison délivrant un signal électrique logique D de comparaison de dérivée - des troisièmes moyens de calcul (26) pour déterminer le signe de la dérivée par rapport au temps du susdit signal champ électrostatique E et délivrer un signal électrique logique G représentant ledit signe de la dérivée - et des quatrièmes moyens de calcul (30) recevant les susdits signaux logiques de comparaison d'amplitude S, de comparaison de dérivée D et de signe G et élaborant à partir de ceux-ci un signal de commande A pour commander l'apparition ou la disparition d'une alarme.

13. Installation de détection selon la revendication 12, caractérisée en ce que les quatrièmes moyens de calcul (30) sont agencés pour calculer la relation logique

A = (S+D.G).A'+M.(S+D+G)+A'.D dans laquelle

M = S.M'+M'.A' avec

M = variable logique intermédiaire,

M' = ancien état de la variable M,

A' = ancien état de l'alarme,

A = nouvel état de l'alarme, dont la valeur

logique est égale à 1 si l'alarme est

déclenchée et à O si l'alarme est arrêtée,

S = 1 si IEl3Es et S = o Si IEI < Es

G = 1 si dlEl/dto et G = o si dE/dt < o

D = 1 si ldlEldtldEc /dt et D=o sildlEl/dtl < dEC/dt

14 Installation de détection selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que les quatrièmes moyens de calcul sont agencés pour commander l'apparition d'une alarme dès que l'un des deux susdits seuils (Es ou dEc /dt) est dépassé.

15. Installation de détection selon la revendication 14, caractérisée en outre en ce que les qua trièmes les moyens de calcul sont agencés pour commander la disparition de l'alarme dans les conditions suivantes - si le seuil Es de champ électrostatique a été dépassé, les quatrièmes moyens de calcul (30) interrompent l'alarme lorsque la valeur absolue El du champ électrostatique décroit à nouveau en-dessous du seuil Es et avec une vitesse de décroissance inférieure, en valeur absolue, au seuil dE c /dt - si le seuil Es de champ électrostatique n'a pas été dépassé, les quatrièmes moyens de calcul (30) interrompent l'alarme lorsque la vitesse d'accroissement de la valeur absolue IEI du champ redevient inférieure, en valeur absolue, au seuil dEC/dt.

16. Installation de détection selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (9) de compression de dynamique du signal électrique représentatif de la valeur absolue IEI du champ électrostatique, agencés pour transformer de façon non linéaire ledit signal afin d'en amplifier les faibles amplitudes et d'en atténuer les grandes amplitudes.

17. Installation de détection selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de détection de décharge de foudre qui sont activés si la valeur absolue de la dérivée du champ électrostatique dépasse un seuil prédéterminé (dT) et qui sont agencés pour commander des moyens d'inhibition de l'installation lors d'une décharge de foudre, l'activation de ces moyens de détection de décharge de foudre s'accompagnant d'une mémorisation des valeurs du champ électrostatique (Eo) et de sa dérivée par rapport au temps (dEo/dt) à un instant (to) précédant immédiatement la décharge de foudre, et qui sont désactivés dès que la valeur absolue

IdE/dt-dEo/dtl de la différence entre les dérivés du champ électrostatique aux temps t et to respectivement redevient inférieure à un seuil préétabli (do) ou dès que la valeur absolue de la différence entre la valeur du champ électrostatique au temps t et la valeur qu'il aurait au même temps, s'il évoluait à partir du temps to -linéairement et avec une pente égale à dEo/dt redevient inférieure à un seuil préétabli (ET).

18. Installation de détection selon la revendication 17, caractérisée en ce que la commande des moyens d'inhibition de l'installation comprend - des troisièmes moyens de comparaison (56) pour comparer, à un seuil prédéterminé (dT), la dérivée de la valeur absolue du champ électrostatique dlEl/dt et délivrer un signal électrique logique N ayant une première valeur logique si ldE/dtl > dT et ayant une seconde valeur logique si IdE/dtlSdT - des moyens de mémorisation (57), placés sous la dépendance dudit signal logique N, agencés pour, en même temps que l'installation est inhibée, mémoriser les valeurs du champ électrique E0 et de sa dérivée par rapport au temps dEo/dt à un instant to précédant immédiatement la décharge de foudre - des cinquièmes moyens de calcul (58, 59) pour calculer la valeur absolue de la différence entre les dérivées par rapport aux temps (t) et (to) respectivement, - des quatrièmes moyens de comparaison (60) pour comparer ladite valeur absolue de différence fournie par les cinquièmes moyens de calcul avec un seuil prédéterminé do et pour délivrer un signal électrique logique L ayant une première valeur logique si ldE/dt dEo/dtldo et ayant une seconde valeur logique si

IdE/dt - dEo/dtl < do - des sixièmes moyens de. calcul (61, 63, 64) pour calculer la valeur absolue IE - Eo - (dEo/dt).atl - des cinquièmes moyens de comparaison (65) pour comparer ladite valeur absolue à un seuil prédéterminé (ET) et fournir un signal électrique logique H ayant une première valeur logique si 1E - Eo - (dEo/dt).tlET et ayant une seconde valeur logique si

lE - Eo - (dEo/dt).Qtl < ET - et des septièmes moyens de calcul (66 à 69) recevant les susdits signaux logiques N, L et H et élaborant à partir de ceux-ci un signal de commande F commandant l'inhibition de l'installation lorsque le signal N présente sa seconde valeur logique correspondant à la condition IdE/dtl < dT et commandant la suppression de l'inhibition de l'installation dès que le signal H présente sa seconde valeur logique correspondant à lE

Eo - (dEo/dt).htl < ET ou dès que le signal L présente sa seconde valeur logique correspondant à IdE/dt - dEo/dtl < do.

19. Installation de détection selon la revendication 18, caractérisée en ce que les septièmes moyens de calcul (66 à 69) sont agencés pour calculer la relation logique

F = N + F'. H . L dans laquelle

F = nouvel état du signal électrique logique,

dont la valeur logique est égale à 1 quand

l'installation est inhibée et égale à 0

quant l'installation n'est pas inhibée,

F' = ancien état du signal d'inhibition,

N = variable logique égale à 1 si ldE/dtl > dT et

égale à 0 Si IdE/dtl(dT

L = variable logique égale à O si

IdE/dt-dEo/dtl < do

et égale à 1 sildE/dt - dEo/dtl > do,

H = variable logique égale à O si

lE - Eo - (dEo/dt).atl < ET

et égale à 1 si lE - Eo - (dEo/dt).EtlBET

20.Installation de détection selon l'une quelconque des revendications 12 à 19, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs moyens (C) de détection du champ électrostatique situés en différents points autour de et/ou dans le site à protéger, un centre de calcul (4, 5) regroupant les divers moyens de comparaison et de calcul géographiquement distincts d'au moins certains des moyens de détection (C), et des moyens (i4 ; L ; 17) de transmission d'informations entre les moyens de détection et le centre de calcul.

21. Installation de détection selon la revendication 20, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (V) de détection de la force et de la direction des vents situés aux susdits points et en ce que le centre de calcul (4, 5) est en outre agencé pour calculer les évolutions possibles de la situation orageuse en divers de ces points à partir des informations de champ, de dérivée de champ et de force et de direction du vent recueillies en un des points.

22. Installation de détection selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, caractérisée en ce qu'elle comprend - des moyens de mesure (70 à 73) pour mesurer la variation du champ électrostatique engendrée par une décharge de foudre, - des sixièmes moyens comparateurs (74) pour comparer cette variation du champ à un seuil Es caractéristique d'une décharge de foudre et en déduire un signal électrique logique ssS ayant une première valeur logique si la variation du champ électrostatique engendrée par la décharge de foudre est supérieure ou égal au seuil

E' et ayant une seconde valeur logique si cette variation du champ est inférieure à ce seuil Es, - et des huitièmes moyens de calcul (75) recevant les susdits signaux logiques F et AS et élaborant à partir de ceux-ci un signal de commande K commandant le déclenchement d'une alarme lorsqu'une décharge de foudre est détectée et que le reste de l'installation est inhibé et que la variation du champ engendrée par cette décharge de foudre est supérieure ou égale au seuil E's, caractérisant la proximité du foudroiement et donc l'existence d'un risque élevé pour le site à protéger, même si le champ moyen reste insuffisant pour déclencher, à lui seul, l'alarme.

23. Installation de détection selon la revendication 22, caractérisée en ce que les huitièmes moyens de calcul (75) sont agencés pour calculer la relation logique

K = F.aS dans laquelle

F = nouvel état du susdit signal électrique

logique , dont la valeur logique est égale

à 1 quand une décharge de foudre est

détectée et que le reste de l'installation

est inhibé et égale à 0 quand aucune

décharge n'est détectée et que le reste de

l'installation n'est pas inhibé,

as = variable logique égale à 1 si la variation

du champ électrostatique engendrée par une

décharge de foudre est supérieure ou égal au seuil E' caractéristique d'une dé-

charge de foudre et égale à O si cette

variation est inférieure au seuil E'5,

K = état du signal électrique logique, dont la

la valeur logique est égale à 1 quand

l'alarme est déclenchée (foudroiement

proche du site) et égale à 0 quant l'alarme

est arrêtée.