FR3007901A1

FR3007901A1 - LIGHT-EMITTING DEVICE WITH GAS-EMITTING DEVICE OR MIXTURE OF GAS WITH LOW STARTING VOLTAGE

Info

Publication number: FR3007901A1
Application number: FR1301550A
Authority: FR
Inventors: Abdellaziz Djermoune
Original assignee: Individual
Current assignee: ABDELLAZIZ DJERMOUNE, FR; Franklin France 2f Fr
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2015-01-02

Abstract

Le brevet concerne un paratonnerre à dispositif d'amorçage dont le principe de fonctionnement est basé sur l'émission d'un gaz ou d'un mélange de gaz ayant la propriété de réduire la tension d'amorçage du traceur ascendant. Dans ce paratonnerre sont intégrées des fonctions qui en font une véritable centrale de protection, notamment, un avertisseur d'orage composé d'un capteur de champ permettant de suivre l'évolution du champ électrique ambiant, indicateur de l'activité orageuse, associé à un dispositif de localisation des coups de foudre survenus dans la région voisine du site protégé par cette centrale et un compteur permettant de numéroter, d'horodater et de caractériser les coups de foudre captés par le paratonnerre. Ainsi, installée sur un site, la centrale assure les fonctions essentielles de prévention, protection et caractérisation des coups de foudre. Elle offre, en outre, une multitude d'autres fonctions, parmi les plus importantes, la balise d'alerte permettant de signaler l'imminence d'un coup de foudre, la communication radio via une interface Ethernet, elle-même, connectée à un réseau local ou global (Internet) permettant le paramétrage à distance des centrales, leur mise en réseau et la centralisation de toutes les données. Cette invention peut trouver son application dans la protection des personnes et des biens contre les coups de foudre et leurs effets.The patent relates to a priming lightning conductor whose operating principle is based on the emission of a gas or a mixture of gases having the property of reducing the starting voltage of the ascending tracer. In this lightning conductor are integrated functions that make it a real protection center, including a storm alarm consisting of a field sensor to monitor the evolution of the ambient electric field, indicator of thunderstorm activity, associated with a device for locating lightning strikes in the region close to the site protected by this plant and a counter for numbering, time stamping and characterizing the lightning strikes captured by the lightning conductor. Thus, installed on a site, the central ensures the essential functions of prevention, protection and characterization of the thunderbolts. It also offers a multitude of other functions, among the most important, the warning beacon to signal the imminence of a thunderbolt, the radio communication via an Ethernet interface, itself, connected to a local or global network (Internet) allowing remote configuration of the plants, their networking and the centralization of all data. This invention can find its application in the protection of people and property against thunderbolts and their effects.

Description

Paratonnerre à dispositif d'amorçage à émission d'un gaz ou d'un mélange de gaz à faible tension d'amorçage. Le brevet concerne un paratonnerre à dispositif d'amorçage dont le principe de fonctionnement est basé sur l'émission d'un gaz ou d'un mélange de gaz ayant la propriété de réduire la tension d'amorçage du traceur ascendant. A cet effet, le paratonnerre (P) est équipé des éléments suivants : Un réservoir à gaz comprimé (RG), le mât du paratonnerre peut être avantageusement utilisé à cet effet. - Une électrovanne (EV) avec son circuit de commande intégré dans le circuit (UC). Ce dispositif permet de contrôler la libération et le débit du gaz dans le volume autour de la pointe du paratonnerre. - Un capteur (CC) qui mesure le champ électrique ambiant et/ou le champ électromagnétique émis par les coups de foudre survenus dans les régions voisines du site protégé par le paratonnerre. Au delà d'un seuil critique, le dispositif (UC) envoie un signal d'ouverture au circuit de commande de l'électrovanne (EV). Ce circuit permet de maintenir l'émission du gaz tant que la menace d'un coup de foudre n'a pas disparu. Le circuit (UC) permet de mesurer la quantité de gaz restant dans le réservoir. Lorsque cette dernière n'est pas suffisante, le circuit (UC) déclenche une alerte pour recharger le réservoir à gaz. - Un circuit permettant de vérifier les fonctions principales du paratonnerre à l'approche d'un nuage orageux est intégré dans le circuit (UC). La fonction principale de protection contre l'impact direct d'un coup de foudre du paratonnerre est de fait complétée par une fonction de prévention « avertisseur d'orage (AO)». Cette fonction est réalisée par le capteur de champ électrique (CC) et le circuit associé se trouvant dans (UC). Le paratonnerre est, en outre, équipé d'un dispositif (DL) permettant une localisation précise des coups de foudre survenus dans la région. La fonction de prévision permet de prendre certaines dispositions qui s'imposent avant l'arrivée d'un coup de foudre. A titre d'exemple, à l'approche d'un coup de foudre, éviter le déplacement de produits hautement inflammables, limiter le mouvement du personnel dans les endroits les plus exposés du site et/ou basculer l'alimentation d'une installation à risque (hôpitaux, sites agricoles avec des animaux, chaînes de fabrication, serveur informatique) sur une source de secours (groupe électrogène, batterie avec onduleur). Le paratonnerre est aussi équipé d'une balise d'alerte constituée de LEDs, haute puissance, placées autour et à proximité de sa pointe pour prévenir de l'imminence d'un coup de foudre. Les fonctions de protection, de prévention du paratonnerre sont complétées par une troisième fonction (CCF). En association avec le capteur de coup de foudre (CF) le circuit (UC) permet de caractériser et d'horodater les coups de foudre captés par le paratonnerre. Toutes ces informations sont collectées et transmises par radio à une base (UT) se trouvant à la portée du paratonnerre. Elle est équipée de trois voyants lumineux (3 niveaux d'alerte), d'un avertisseur sonore (« buzzer ») dont le rôle est d'alerter la personne chargée de la protection du site. Elle est, en outre équipée d'un écran LCD et d'un clavier permettant de contrôler et de configurer le paratonnerre. Cette base est raccordée au secteur via un bloc d'alimentation qui sert aussi à charger une batterie interne. Elle dispose de deux ports entrée/sortie (USB et RJ45) qui lui permettent d'être connectée par une liaison informatique au poste de contrôle, de surveillance et de traitement (PCST) et au réseau internet. Le fonctionnement de tous ces dispositifs nécessite une source d'énergie. A cet effet, le paratonnerre doit être équipé d'un panneau solaire (PS) et/ou d'une petite éolienne (E) en plus d'un dispositif de stockage d'énergie (DSE) permettant d'alimenter le système lorsque la source d'énergie n'est pas suffisante (nuits sans vent). A défaut d'une source d'énergie embarquée dans le paratonnerre, le dispositif doit être alimenté par une source d'énergie indépendante. Cette invention peut trouver son application dans la protection des personnes et des biens contre les coups de foudre et leurs effets. Comme représenté sur la figure 2 et la figure 3 ci-annexées, le paratonnerre (1) qui fait l'objet de cette invention est composé principalement : - D'une tige métallique (13) reliée à la terre, - d'une source d'énergie solaire (7) et/ou éolienne (8), le support des cellules solaire (9) est isolé par rapport à la terre, il peut être utilisé avantageusement comme capteur de champ électrique, - d'un dispositif de stockage de l'énergie (18) muni d'un système électronique de commande et de contrôle (15), - d'un réservoir de gaz comprimé (12), d'une électrovanne (14) permettant l'ouverture ou la fermeture du circuit de libération du gaz (16) et (17), d'une électrode (3) munie d'un ou plusieurs trous (2) d'échappement de gaz à son extrémité, d'un dispositif (5) de mesure et de caractérisation d'un coup de foudre capté par le paratonnerre, d'un dispositif (11) qui en combinaison avec le capteur de champ électrique permet une localisation précise des coups de foudre survenus dans les environs du paratonnerre, d'une antenne (6) permettant la communications radio avec le paratonnerre, d'une balise d'alerte (4) pour prévenir de l'arrivée imminente d'un coup de foudre. D'une base de contrôle du paratonnerre (20), équipée d'une antenne radio (21), de trois voyants lumineux correspondants à trois niveaux d'alerte (22, 23 24), d'un dispositif d'alerte sonore (25), d'un écran LCD (27), d'un clavier (28), d'un point de raccordement au secteur (29) et de deux ports entrée/sortie (30) et (31). Cette base permet de contrôler et de configurer les paramètres du paratonnerre, ces opérations peuvent être effectuées de 3 façons différentes. La première dite « locale », consiste à paramétrer le paratonnerre sur place en utilisant le clavier (28) et l'écran LCD (27) de la base (20), la seconde dite « déportée », consiste à connecter la base (20) à un ordinateur (33) en utilisant soit le port d'entrée/sortie réseau (30) et une liaison informatique (32) avec ou sans routeur (34), soit le port d'entrée/sortie USB (31). Et la dernière dite « à distance » consiste à se connecter sur la base (20) via le réseau internet (35) en passant par le routeur (34) et la liaison informatique (32). Dans cette dernière configuration, la base (20) peut être paramétrée pour transmettre, par courrier électronique, toutes les alertes à la personne chargée de la sécurité du site. La base est pourvue aussi d'une page http qui permet par radio de configurer les paramètres du paratonnerre et de récupérer toutes les données qui y sont stockées. La présente invention trouve son application dans la protection contre l'impact direct de la foudre de toute structure, immeuble, maison, usine, raffinerie, installation agricole, monument, centre de loisir, pylône de télécommunication, centrale électrique, lignes de transport d'énergie, etc. Nous devons le premier dispositif de protection contre la foudre à Mr. J. Benjamin Franklin (1706-1790) qui a proposé le paratonnerre qui porte son nom. Il est composé d'une tige métallique reliée à la terre et pointue dans sa partie supérieure. Son principe de fonctionnement est le suivant : A l'approche d'un nuage orageux, le champ électrique moyen au niveau du sol augmente jusqu'à atteindre des valeurs de l'ordre de 10 kV/m. Pour une telle valeur du champ moyen, le champ local dans la région voisine de la pointe de la tige de Franklin peut, à cause de l'amplification due à l'effet de pointe, atteindre des valeurs suffisamment grandes pour provoquer un effet couronne. Ce dernier correspond à la formation d'un milieu ionisé (plasma) très localisé autour de la pointe. Il est engendré par une multitude d'avalanches électroniques qui se succèdent de façon quasi-autonome. Les électrons germes qui sont à l'origine de ces avalanches peuvent être créés par divers mécanismes, ionisation naturelle due à la radioactivité et aux rayons cosmiques, détachement des électrons des ions négatifs, photo-ionisation du gaz, etc. Durant la phase de maturité du nuage orageux le processus d'électrisation s'amplifie. Il produit une charge d'espace de plus en plus importante et un champ électrique nuage-sol de plus en plus intense. Lorsque le champ électrique devient suffisamment grand, il génère un coup de foudre qui commence par la formation, au sein du nuage, d'un traceur descendant qui se propage par bonds de quelques dizaines de mètres en direction du sol. Pendant cette phase, l'effet couronne sur la pointe de la tige de Franklin s'amplifie et le volume d'expansion du plasma autour de la pointe augmente. Lorsque le traceur descendant atteint des altitudes assez basses (inférieures à 100 m), il développe au voisinage de la pointe de franklin un champ électrique pouvant dépasser quelques centaines de kV/cm. En présence d'un tel champ, des décharges électriques filamentaires, appelées dard ou « streamer », prennent naissance dans le volume ionisé créé par l'effet couronne et se propagent en direction du traceur descendant en laissant chacune derrière elle un canal d'air partiellement ionisé. En fonction de l'énergie dont elles disposent au moment de leur amorçage, énergie électrostatique emmagasinée dans la capacité « pointe de Franklin - traceur descendant », elles peuvent parcourir des distances plus ou moins grandes avant de s'éteindre et de disparaître. Chacune de ces décharges est suivie d'une période sombre qui correspond à la durée nécessaire au rétablissement de la distribution du champ électrique sur la pointe à laquelle s'ajoute le temps aléatoire de formation d'un nouvel électron germe. Celle qui démarre le plus tôt en disposant d'une énergie optimale, peut se transformer en traceur ascendant et aller jusqu'à la jonction avec le traceur descendant, c'est la capture du coup de foudre. Le paratonnerre (tige) de Franklin appelé également pointe inerte (ou sèche) tire son efficacité de l'effet de pointe qui permet d'amplifier suffisamment le champ électrique local pour amorcer le traceur ascendant. L'idée du paratonnerre à dispositif d'amorçage (PDA) découle d'observations expérimentales faites par des chercheurs en essayant de reproduire des décharges atmosphériques dans des laboratoires haute tension. En soumettant une tige simple à une série de chocs de foudre, les chercheurs ont remarqués que le temps d'amorçage varie dans un intervalle [TaPTSMin, TapTsmax] dont la valeur moyenne est TaPTS. L'idée, est donc d'ajouter à la tige un dispositif de façon à ce que l'amorçage se produise dans un intervalle plus petit [TaPTSmin, TaPDAMax] dont la valeur moyenne est TaPDA. On remarquera que l'intervalle d'amorçage d'un PDA est inclus dans l'intervalle d'amorçage d'une tige simple (la borne inférieure TaPTSmin des deux intervalles est la même). Il en découle donc que l'avance à l'amorçage d'un PDA est bornée par (TaPTSTaPTSMin). Le PDA fonctionne donc dans la partie inférieure de l'intervalle d'amorçage d'une tige simple et n'a pas, pour des raisons énergétiques évidentes, la prétention d'amorcer des traceurs ascendants à des temps inférieurs à TaPTSMin. 3 00 7901 En faisant ces tests, les chercheurs ont fait une autre observation importante. La mesure du temps d'amorçage se fait sur l'onde de tension appliquée au plateau supérieur, autrement dit, le temps mesuré correspond, en fait, au temps de claquage, c'est-à-dire, à la jonction du traceur ascendant avec le plateau supérieur. Une décharge qui s'amorce très tôt, dans la partie basse de l'intervalle [TaPTSMin, TaPTSMax.15 se propagera dans un champ électrique relativement faible, et mettra par conséquent plus de temps pour arriver au plateau supérieur. En revanche, une décharge qui s'amorce très tard, dans la partie haute de l'intervalle IT - aPTSMin, TaPTSMax13 se propagera dans un champ électrique relativement fort, et mettra par conséquent moins de temps pour arriver au plateau supérieur. Les mesures réalisées démontrent que ces déductions sont fausses. Cela signifie que la vitesse de propagation du traceur ascendant n'est pas entièrement déterminée par la valeur du champ électrique, sinon tous les traceurs arriveraient au même instant sur le plateau supérieur et le temps mesuré aurait été le même (Tap-rsmin= Tansmax). La conception du dispositif à ajouter à la tige simple pour en faire un PDA ne peut se faire sans la compréhension des phénomènes qui sont à l'origine de la dispersion du temps d'amorçage. Elle fait intervenir essentiellement deux paramètres : Champ électrique Un des mécanismes les plus importants dans la formation de toute décharge électrique est la multiplication des charges par ionisation (avalanche). Ce processus se produit lorsque l'énergie cinétique acquise sous l'effet du champ électrique par une partie non négligeable des électrons libres est suffisante pour qu'ils puissent, lors de leurs collisions avec les molécules neutres de l'air, les ioniser. L'énergie moyenne em que gagne un électron libre entre deux collisions successives est déterminée par le produit du champ électrique E par la distance moyenne entre deux collisions (libre parcours moyen) itn, em = itn E. Cette énergie est exprimée de préférence en fonction du rapport E/N puisque la distance .147, est inversement proportionnelle à la densité de l'air N. Notons que le champ électrique E qui intervient dans ces relations est le champ électrique local, ainsi, dans les configurations où le champ électrique est uniforme (système plan-plan de Rogovski), le champ électrique local est égal au champ électrique moyen. Dans ce type de configuration, la formation de la décharge électrique se produit, dans l'air sous la pression atmosphérique (P = 1 Atm = 760 mm Hg = 760 Torr, N = 2,4 1019 cm-3), lorsque le champ électrique moyen est supérieur à la valeur seuil de 25 kV/cm. Par contre, dans les configurations où le champ électrique n'est pas uniforme (système pointe-plan), le champ électrique local varie dans l'espace et sa valeur en un point donné peut être très différente de celle du champ électrique moyen. A cause de l'effet de pointe (cité plus haut), la valeur du champ électrique peut être extrêmement élevée au voisinage immédiat de la pointe (aspérité) et décroît rapidement en s'éloignant de celle-ci. Très loin de la pointe, elle devient quasiment constante mais très faible. Dans ce type de configuration, on définit en général ce que l'on appelle la région active qui est le volume recouvrant la pointe dans lequel le champ électrique local est supérieur au champ disruptif de l'air (25 kV/cm). Une fraction non négligeable des électrons libres présents dans ce volume peut acquérir suffisamment d'énergie pour provoquer le processus d'ionisation et engendrer des avalanches électroniques. La transition entre ces avalanches et la formation d'une décharge électrique dépend d'un paramètre, déduit directement de la distribution du champ électrique, appelé la longueur de l'avalanche. Celle-ci mesure, sur une ligne du champ électrique, l'épaisseur de la région active. Elle nous renseigne sur la taille de l'avalanche (nombre de charge dans une avalanche) et donc sur la formation de la décharge électrique puisque celle-ci ne peut se produire que si l'avalanche dépasse une taille critique. A cause de l'effet de pointe, dans les configurations à champ non uniforme, la décharge électrique s'amorce pour des champs électriques moyens beaucoup plus faibles que le seuil de 25 kV/cm. Cela dépend des paramètres géométriques du système (rayon de courbure de la pointe, rapport entre la hauteur de la pointe et la distance inter-électrodes, ...). Le choix de ces paramètres revêt par conséquent, toute son importance dans la conception et la réalisation d'un paratonnerre. Electron germe La formation d'une décharge ascendante (leader ascendant) sur une tige simple ne dépend pas uniquement de la valeur du champ électrique sur sa pointe. La distribution aléatoire des temps d'amorçage, obtenus expérimentalement en simulant sur cette tige une série de décharges électriques du type « foudre » dans un laboratoire haute tension, ne peut être expliquée que par la présence de processus stockastiques. Cela signifie que pour une même valeur du champ électrique sur la pointe de la tige, une décharge électrique peut se former mais peut également ne pas se former. La raison en est toute simple, nous savons que toute décharge électrique est provoquée par un électron initial. Si cet électron se trouve dans la région très proche de la pointe (région active) où la valeur du champ électrique est élevée (supérieure au champ disruptif de l'air - 2,5 MV/m), il peut engendrer une avalanche électronique. Pour que cette avalanche se transforme ensuite en décharge électrique, elle doit être de taille suffisante, et pour cela, il faut que l'électron initial soit à l'intérieur de la région active le plus loin possible de la pointe pour lui garantir la longueur de l'avalanche la plus grande possible. Dans l'air atmosphérique, l'électron initial est créé par les rayons cosmiques ou la radioactivité naturelle à raison de 8 à 20 paires « électron-ion positif » par cm3 et par seconde, ce qui veut dire que la probabilité de présence de l'électron dans la région active est très faible compte tenu du très faible volume de cette région. Cette rareté des électrons dans la région active fait que lorsque la valeur du champ électrique sur la pointe est suffisante pour provoquer un amorçage, celui-ci peut ne pas avoir lieu simplement parce qu'il n'y a pas d'électron germe initial (ou s'il y en a, il est mal placé). Ceci se traduit par un temps de retard à l'amorçage aléatoire. Plus la densité des charges libres (électrons) dans le voisinage du paratonnerre est grande, plus faible est le temps de retard à l'amorçage. Ce principe est à la base du fonctionnement d'un paratonnerre à dispositif d'amorçage « PDA ». Il consiste à équiper une tige simple (tige de Franklin) d'un dispositif qui permet de créer les conditions optimales pour réduire le temps de retard à l'amorçage.Lightning conductor with emission device for emission of a gas or gas mixture with a low ignition voltage. The patent relates to a priming lightning conductor whose operating principle is based on the emission of a gas or a mixture of gases having the property of reducing the starting voltage of the ascending tracer. For this purpose, the lightning rod (P) is equipped with the following elements: A compressed gas tank (GR), the mast of the lightning rod can be advantageously used for this purpose. - A solenoid valve (EV) with its integrated control circuit in the circuit (UC). This device controls the release and flow of gas in the volume around the tip of the lightning rod. - A sensor (CC) that measures the ambient electric field and / or the electromagnetic field emitted by the lightning strikes occurring in the neighboring regions of the site protected by the lightning rod. Beyond a critical threshold, the device (UC) sends an opening signal to the control circuit of the solenoid valve (EV). This circuit keeps the emission of gas until the threat of a thunderbolt has not disappeared. The circuit (UC) is used to measure the amount of gas remaining in the tank. When the latter is not sufficient, the circuit (UC) triggers an alert to reload the gas tank. - A circuit to check the main functions of the lightning rod when approaching a storm cloud is integrated into the circuit (UC). The main function of protection against the direct impact of a lightning strike at the lightning conductor is in fact complemented by a prevention function "thunderstorm warning (AO)". This function is performed by the electric field sensor (CC) and the associated circuit located in (UC). The lightning rod is also equipped with a device (DL) for precise localization of lightning strikes occurring in the region. The prediction function makes it possible to take certain necessary steps before the arrival of a thunderbolt. For example, when approaching a lightning strike, avoid the movement of highly flammable products, limit the movement of personnel in the most exposed areas of the site and / or switch the power supply of an installation to risk (hospitals, agricultural sites with animals, production lines, computer server) on a backup source (generator, battery with inverter). The lightning rod is also equipped with a warning beacon consisting of LEDs, high power, placed around and near its tip to prevent the imminence of a thunderbolt. The functions of protection, prevention of the lightning rod are supplemented by a third function (CCF). In association with the lightning strike (CF) sensor, the circuit (UC) is used to characterize and time stamp the lightning strikes captured by the lightning rod. All this information is collected and transmitted by radio to a base (UT) within range of the lightning rod. It is equipped with three indicator lights (3 levels of alert), a buzzer (buzzer) whose role is to alert the person in charge of the protection of the site. It is also equipped with an LCD screen and a keyboard to control and configure the lightning rod. This base is connected to the mains via a power supply which also serves to charge an internal battery. It has two input / output ports (USB and RJ45) that allow it to be connected via a computer link to the control station, monitoring and processing (PCST) and the Internet. The operation of all these devices requires a source of energy. For this purpose, the lightning rod must be equipped with a solar panel (PS) and / or a small wind turbine (E) in addition to an energy storage device (DSE) to feed the system when the source of energy is not enough (nights without wind). In the absence of a power source embedded in the lightning rod, the device must be powered by an independent power source. This invention can find its application in the protection of people and property against thunderbolts and their effects. As shown in FIG. 2 and FIG. 3 appended hereto, the lightning rod (1) which is the subject of this invention is composed mainly of: - a metal rod (13) connected to the earth, - a source of solar energy (7) and / or wind energy (8), the support of the solar cells (9) is isolated with respect to the earth, it can advantageously be used as an electric field sensor, - a storage device for the energy (18) provided with an electronic control and monitoring system (15), - a compressed gas reservoir (12), a solenoid valve (14) allowing the opening or closing of the release of the gas (16) and (17), an electrode (3) provided with one or more gas exhaust holes (2) at its end, a device (5) for measuring and characterizing the a lightning strike captured by the lightning conductor, a device (11) which in combination with the electric field sensor allows a precise location of shots foud re in the vicinity of the lightning rod, an antenna (6) allowing radio communication with the lightning rod, an alert beacon (4) to warn of the imminent arrival of a lightning strike. A lightning conductor control base (20), equipped with a radio antenna (21), three corresponding warning lights with three warning levels (22, 23 24) and an audible warning device (25). ), an LCD (27), a keyboard (28), a mains connection point (29) and two input / output ports (30) and (31). This base makes it possible to control and configure the parameters of the lightning rod, these operations can be carried out in 3 different ways. The first so-called "local", consists in setting the lightning rod on the spot using the keyboard (28) and the LCD screen (27) of the base (20), the second called "deported", consists of connecting the base (20). ) to a computer (33) using either the network input / output port (30) and a computer link (32) with or without a router (34), or the USB input / output port (31). And the last so-called "remote" is to connect to the base (20) via the Internet network (35) through the router (34) and the computer link (32). In this latter configuration, the base (20) can be set to transmit, by electronic mail, all the alerts to the person responsible for the security of the site. The base is also provided with an http page which allows by radio to configure the parameters of the lightning rod and to recover all the data stored there. The present invention finds its application in the protection against the direct impact of lightning of any structure, building, house, factory, refinery, agricultural installation, monument, leisure center, telecommunication pylon, power station, transmission lines. energy, etc. We owe the first lightning protection device to Mr. J. Benjamin Franklin (1706-1790) who proposed the lightning rod that bears his name. It consists of a metal rod connected to the ground and pointed in its upper part. Its operating principle is as follows: At the approach of a storm cloud, the average electric field at ground level increases to reach values of the order of 10 kV / m. For such a mean field value, the local field in the region adjacent to the Franklin rod tip may, due to the peak effect amplification, reach values large enough to cause a corona effect. The latter corresponds to the formation of a highly localized ionized (plasma) medium around the tip. It is generated by a multitude of electronic avalanches which succeed one another in a quasi-autonomous way. The germ electrons that cause these avalanches can be created by various mechanisms, natural ionization due to radioactivity and cosmic rays, detachment of electrons from negative ions, photo-ionization of gas, etc. During the storm cloud's maturation phase, the electrification process is amplified. It produces a growing load of space and an electric field cloud-ground more and more intense. When the electric field becomes large enough, it generates a thunderbolt that begins with the formation, within the cloud, of a descendant tracer that spreads by jumps a few tens of meters towards the ground. During this phase, the corona effect on the tip of the Franklin stem increases and the plasma expansion volume around the tip increases. When the descending tracer reaches relatively low altitudes (less than 100 m), it develops near the franklin point an electric field that can exceed a few hundred kV / cm. In the presence of such a field, filamentous electric discharges, called darts or "streamers", originate in the ionized volume created by the corona effect and propagate towards the descending tracer leaving each behind an air channel partially ionized. Depending on the energy available to them at the moment of their initiation, electrostatic energy stored in the capacity of "Franklin - downward tracer", they can travel more or less large distances before going out and disappearing. Each of these discharges is followed by a dark period that corresponds to the time required to restore the distribution of the electric field on the tip to which is added the random time of formation of a new seed electron. The one that starts at the earliest with optimal energy, can turn into an ascending plotter and go to the junction with the descending plotter, it is the capture of love at first sight. The Franklin rod (rod) also known as the inert (or dry) tip is effective from the peak effect that amplifies the local electric field enough to prime the ascending tracer. The idea of the priming lightning conductor (PDA) stems from experimental observations made by researchers trying to reproduce atmospheric discharges in high voltage laboratories. By subjecting a single rod to a series of lightning strikes, the researchers noted that the boot time varies in a range [TaPTSMin, TapTsmax] whose average value is TaPTS. The idea, therefore, is to add to the rod a device so that the ignition occurs in a smaller interval [TaPTSmin, TaPDAMax] whose average value is TaPDA. It should be noted that the boot interval of a PDA is included in the priming interval of a single rod (the lower bound TaPTSmin of the two intervals is the same). It follows that the advance to the boot of a PDA is limited by (TaPTSTaPTSMin). The PDA therefore operates in the lower part of the priming interval of a single rod and does not have, for obvious energy reasons, the claim of priming ascending tracers at times below TaPTSMin. 3 00 7901 In doing these tests, the researchers made another important observation. Measurement of the firing time is done on the voltage wave applied to the upper platen, that is, the measured time corresponds, in fact, to the breakdown time, i.e., at the junction of the ascending tracer. with the top tray. A discharge that starts very early, in the lower part of the interval [TaPTSMin, TaPTSMax.15 will propagate in a relatively weak electric field, and will therefore take longer to reach the upper plateau. On the other hand, a discharge that starts very late, in the upper part of the IT - aPTSMin, TaPTSMax13 interval will propagate in a relatively strong electric field, and will therefore take less time to reach the upper plateau. The measurements made show that these deductions are false. This means that the propagation speed of the ascending tracer is not entirely determined by the value of the electric field, otherwise all tracers would arrive at the same time on the upper plate and the measured time would have been the same (Tap-rsmin = Tansmax) . The design of the device to add to the simple rod to make a PDA can not be done without understanding the phenomena that are causing the dispersion of the priming time. It involves essentially two parameters: Electric field One of the most important mechanisms in the formation of any electric shock is the multiplication of charges by ionization (avalanche). This process occurs when the kinetic energy acquired under the effect of the electric field by a non-negligible part of the free electrons is sufficient so that they can ionize them during their collisions with the neutral molecules of the air. The average energy em that a free electron gains between two successive collisions is determined by the product of the electric field E by the average distance between two collisions (mean free path) itn, em = itn E. This energy is expressed preferably according to of the ratio E / N since the distance .147, is inversely proportional to the density of the air N. Note that the electric field E which intervenes in these relations is the local electric field, thus, in the configurations where the electric field is uniform (Rogovski plan-plane system), the local electric field is equal to the average electric field. In this type of configuration, the formation of the electric discharge occurs in air under atmospheric pressure (P = 1 atm = 760 mm Hg = 760 torr, N = 2.4 1019 cm-3), when the field average electric current is above the threshold value of 25 kV / cm. On the other hand, in configurations where the electric field is not uniform (point-plane system), the local electric field varies in space and its value at a given point can be very different from that of the average electric field. Because of the peak effect (cited above), the electric field value can be extremely high in the immediate vicinity of the peak (asperity) and decreases rapidly as it moves away from it. Far from the point, it becomes almost constant but very weak. In this type of configuration, it is generally defined what is called the active region which is the volume covering the tip in which the local electric field is greater than the disruptive field of air (25 kV / cm). A significant fraction of the free electrons present in this volume can acquire enough energy to cause the ionization process and generate electronic avalanches. The transition between these avalanches and the formation of an electric discharge depends on a parameter, deduced directly from the distribution of the electric field, called the length of the avalanche. This measures, on a line of the electric field, the thickness of the active region. It tells us about the size of the avalanche (number of charge in an avalanche) and therefore about the formation of the electric shock since it can only occur if the avalanche exceeds a critical size. Due to the peak effect, in non-uniform field configurations, the electric discharge starts at much lower average electric fields than the threshold of 25 kV / cm. It depends on the geometric parameters of the system (radius of curvature of the tip, ratio between the height of the tip and the inter-electrode distance, ...). The choice of these parameters is therefore of great importance in the design and construction of a lightning conductor. Electron germ The formation of an ascending discharge (ascending leader) on a single rod does not depend solely on the value of the electric field on its tip. The random distribution of the priming times, obtained experimentally by simulating on this rod a series of "lightning" type electric discharges in a high voltage laboratory, can only be explained by the presence of the storage process. This means that for the same value of the electric field on the tip of the rod, an electric discharge may be formed but may also not be formed. The reason is simple, we know that any electric shock is caused by an initial electron. If this electron is in the region very close to the tip (active region) where the value of the electric field is high (higher than the disruptive field of the air - 2,5 MV / m), it can generate an electronic avalanche. In order for this avalanche to become an electrical discharge, it must be of sufficient size, and for this, it is necessary that the initial electron is inside the active region as far as possible from the tip to ensure the length the largest possible avalanche. In atmospheric air, the initial electron is created by cosmic rays or natural radioactivity at 8 to 20 "positive electron-ion" pairs per cm3 and per second, which means that the probability of presence of the electron in the active region is very low given the very low volume of this region. This scarcity of electrons in the active region makes that when the value of the electric field on the tip is sufficient to cause a priming, it may not take place simply because there is no initial germ electron ( or if there is, it is misplaced). This results in a delay time at random boot. The higher the density of free charges (electrons) in the vicinity of the lightning rod, the lower the delay time at initiation. This principle is the basis of the operation of a lightning rod with "PDA" starting device. It consists of equipping a single rod (Franklin's rod) with a device that creates the optimal conditions to reduce the delay time for priming.

Champ électrique de stabilisation Lorsque les deux conditions ci-dessus sont satisfaites, une décharge électrique très localisée « glow » peut se former sur la pointe du paratonnerre. Avant de devenir un traceur ascendant, cette décharge passe d'abord par une étape dite dard « streamer » qui correspond à la formation sur la pointe du paratonnerre d'un ou de plusieurs filaments ionisés (1014 à 1015 charges/cm) se propageant dans toutes les directions à des vitesses variant de 10 à 2.10 m/s. Seul le filament disposant des conditions optimales de propagation peut parcourir des distances importantes éliminant du coup, par répulsion électrostatique, tous les autres concurrents. Comme pour l'amorçage, la propagation de la décharge dard « filament », est conditionnée par la valeur du champ électrique et le nombre d'électrons germes au voisinage de sa tête. La valeur du champ électrique entre la tête de la décharge dard et le traceur descendant est déterminée par leur différence de potentiel et par la distance qui les sépare. Par ailleurs, le filament de la décharge présente une résistance ohmique au passage du courant de la décharge. Il engendre, de ce fait, une chute de tension. Si l'on suppose que la conductivité électrique dans le canal de décharge est constante, cette chute de tension est d'autant plus grande que la distance parcourue par la décharge est plus importante. En réalité, les échanges d'énergie entre les particules chargées ou excitées et les particules neutres de l'air induisent une augmentation de la température de l'air contenue dans le canal de décharge. Cette élévation de température conduit, par un processus hydrodynamique complexe, à la reprise de l'ionisation et par conséquent à l'augmentation de la conductivité électrique. Pour un paratonnerre à tige simple, la propagation du traceur ascendant se maintient tant que la diminution de la valeur du champ électrique due à la chute de tension totale (résistance de terre + résistance du canal de décharge) est au moins compensée par l'amplification apportée par le rapprochement du leader descendant, on dit alors qu'il tire son énergie de l'atmosphère. Dans le cas contraire, la décharge ascendante meurt avant d'atteindre le traceur descendant. Pour un paratonnerre à dispositif d'amorçage PDA, le maintient de cet équilibre est critique puisque, à cause de l'avance à l'amorçage, la décharge ascendante amorce dans un champ électrique plus faible. Deux solutions sont alors envisageables. La première consiste à minimiser, voir empêcher, toute décharge couronne intempestive de façon à garantir une énergie maximale au traceur ascendant. Dans ce cas, le choix de l'instant d'amorçage de celui-ci est crucial. La seconde consiste à équiper le PDA d'un élément de stockage de l'énergie (condensateur) dont le rôle est de compenser la chute de tension engendrée par le courant de décharge. L'entretien d'une décharge électrique et sa transformation en traceur ascendant sont donc complètement déterminés par des critères énergétiques qui pourraient être exprimés, comme le suggèrent des études récentes, en fonction de la valeur du champ électrique moyen. Selon ces études, l'entretien d'une décharge électrique et sa transformation en traceur ascendant se produit lorsque la valeur du champ électrique moyen est supérieure à une valeur seuil appelée « champ de stabilisation », c'est la valeur du champ électrique moyen au delà de laquelle toute décharge électrique qui s'amorce sur la pointe d'un paratonnerre se transforme automatiquement en traceur ascendant suffisamment énergétique pour se propager jusqu'au traceur descendant.Electric Stabilization Field When both of the above conditions are met, a very localized "glow" electrical discharge may form on the tip of the lightning conductor. Before becoming an ascending tracer, this discharge first passes through a so-called "streamer" stage which corresponds to the formation on the tip of the lightning conductor of one or more ionized filaments (1014 to 1015 charges / cm) propagating in all directions at speeds ranging from 10 to 2.10 m / s. Only the filament with optimum propagation conditions can travel considerable distances eliminating, by electrostatic repulsion, all other competitors. As for priming, the propagation of the discharge dard "filament", is conditioned by the value of the electric field and the number of electrons germs in the vicinity of its head. The value of the electric field between the head of the discharge and the descending tracer is determined by their potential difference and the distance between them. On the other hand, the filament of the discharge has an ohmic resistance at the passage of the current of the discharge. As a result, it causes a voltage drop. If it is assumed that the electrical conductivity in the discharge channel is constant, this voltage drop is greater the greater the distance traveled by the discharge. In reality, the energy exchanges between the charged or excited particles and the neutral particles of the air induce an increase in the temperature of the air contained in the discharge channel. This rise in temperature leads, by a complex hydrodynamic process, to the resumption of the ionization and consequently to the increase of the electrical conductivity. For a single-rod lightning rod, propagation of the ascending tracer is maintained as long as the decrease in the value of the electric field due to the total voltage drop (earth resistance + discharge channel resistance) is at least compensated by the amplification brought by the rapprochement of the descending leader, it is said that he derives his energy from the atmosphere. In the opposite case, the ascending discharge dies before reaching the descending tracer. For a PDA initiator lightning rod, maintaining this equilibrium is critical since, because of the priming advance, the upward discharge starts in a weaker electric field. Two solutions are then possible. The first is to minimize, or prevent, any untimely crown discharge so as to guarantee maximum energy to the ascending tracer. In this case, the choice of the boot time of this one is crucial. The second is to equip the PDA with an energy storage element (capacitor) whose role is to compensate for the voltage drop generated by the discharge current. The maintenance of an electrical discharge and its transformation into an ascending tracer are thus completely determined by energy criteria that could be expressed, as recent studies suggest, as a function of the value of the average electric field. According to these studies, the maintenance of an electric discharge and its transformation into an ascending tracer occurs when the value of the average electric field is greater than a threshold value called "stabilization field", it is the value of the average electric field at beyond which any electric discharge that starts on the tip of a lightning rod is automatically transformed into an ascending tracer sufficiently energetic to propagate down to the descending tracer.

Depuis longtemps, en combinaison avec l'effet de pointe de la tige de Franklin, des moyens ont été mis en oeuvre pour augmenter le rayon de protection du paratonnerre. Parmi ces moyens, on distingue trois types : 1) Electrons germes initiaux Ces moyens agissent sur le milieu environnant le paratonnerre et le préparent à un éventuel coup de foudre en y augmentant la densité des charges libres et donc des électrons germes initiaux. Pour créer des charges libres dans l'air, plusieurs solutions ont été proposées parmi lesquelles on peut citer : - Des moyens utilisant une source radioactive qui consistent à installer directement sur le paratonnerre des pastilles d'éléments radioactifs qui émettent des rayons énergétiques « a ». Par ionisation, ce rayonnement permet d'augmenter la fréquence de production des paires électrons/ionspositifs dans l'air. Cette solution ne peut être envisagée compte tenu des restrictions réglementaires de l'utilisation des radio-éléments dans la plupart des pays et notamment, en France, leur interdiction définitive dans la fabrication des paratonnerres (Journal Officiel de la République Française du 20 octobre 1983) Des Moyens faisant appel à une source électrique extérieure, telle une batterie ou un générateur haute tension, connectée entre la pointe du paratonnerre et la terre. Cette solution implique des opérations de maintenance qui la rendent onéreuse et peu pratique. Des moyens utilisant une source piézo-électrique qui consistent à équiper le paratonnerre d'un dispositif mécanique qui, sous l'action du vent, exerce une pression sur des éléments en céramique piézo-électrique, lesquels délivrent une tension qui est appliquée sur la pointe du paratonnerre. Pour protéger les cellules piézo-électriques de l'impact direct de la foudre, la pointe du paratonnerre est placée dans une coque (tête) conductrice reliée à la terre. Un système d'orifices est réalisé dans les parties supérieure et inférieure de cette coque de telle sorte que les charges qui y sont créées par la pointe soient expulsées par effet Venturi. Bien que tout nuage orageux soit accompagné d'un vent plus ou moins intense, n'étant pas équipé de dispositif de stockage et de contrôle de l'énergie, ce système est conditionné par la présence du vent dans les quelques instants qui précédent le coup de foudre. 2) Zone active Ces moyens visent à générer une impulsion haute tension sur la pointe du paratonnerre de façon à augmenter, pendant la durée de cette impulsion, le volume de la zone active. Le choix de l'instant où l'impulsion est générée revêt ici une importance critique (ni trop tôt ni trop tard). Pour qu'elle soit efficace, l'impulsion doit être appliquée juste au moment où les conditions de champ électrique pour l'amorçage du traceur ascendant sont satisfaites. Une légère avance ou un léger retard peut avoir une conséquence contraire au but recherché. Parmi les moyens utilisant ce principe, nous pouvons citer : 9 3007901 - Des moyens équipés d'une électrode pour capter le champ électrique ambiant et/ou sa variation temporelle. Le système formé par cette électrode et la partie du paratonnerre connectée à la terre se comporte comme un condensateur dont la capacité est très faible (moins d'une dizaine de pF). Dans certains de ces paratonnerres, ce condensateur permet de charger un autre condensateur dont la capacité est plus grande (quelque pF). Lorsque la valeur du champ électrique et/ou sa variation temporelle, dépasse un seuil donné, caractéristique de l'approche du traceur descendant, le condensateur est déchargé via un dispositif de façon à générer une impulsion haute tension sur la pointe du paratonnerre provoquant l'amorçage du traceur ascendant. Les paratonnerres équipés de ce système ne peuvent concilier l'avance à l'amorçage et le besoin énergétique nécessaire à la propagation du traceur ascendant. La capacité du condensateur entre la pointe du paratonnerre et la terre doit être à la fois suffisamment petite pour permettre une avance à l'amorçage mais suffisamment grande pour entretenir la propagation du traceur. - Des moyens équivalents à ceux décrits ci-dessus sauf qu'au lieu d'utiliser l'énergie électrostatique présente lors d'un nuage orageux pour charger le condensateur formé par la pointe et la terre, le paratonnerre est équipé d'une source d'énergie indépendante. L'avantage évident est de pouvoir augmenter la valeur du condensateur et donc la valeur de l'énergie qui y est stockée sans altérer la valeur de la tension à ces bornes. L'énergie de l'impulsion haute tension générée dans ces conditions n'est plus limitée par la géométrie du paratonnerre. Ces moyens utilisent, en outre, un organe de capture du champ électrique et/ou de sa variation temporelle pour déclencher la décharge du condensateur via un dispositif permettant de générer une impulsion haute tension. - Des moyens résultants de la combinaison des deux premiers ci-dessus. Ces moyens sont équipés de deux dispositifs. En utilisant un capteur de champ électrique, le premier dispositif déclenche l'amorçage d'une décharge électrique sur la pointe du paratonnerre en déchargeant un condensateur préalablement par le nuage orageux (énergie électrostatique) via un dispositif permettant de générer une impulsion haute tension sur celle-ci. Le courant engendrée par cette décharge électrique est mesuré par un capteur de courant, lorsque celui-ci est supérieur à un seuil de 1 A, seuil au dessus duquel la décharge électrique est du type traceur, le deuxième dispositif décharge un second condensateur de forte capacité via L'énergie stockée dans le condensateur est mise à la disposition du traceur ascendant pour entretenir sa propagation. Cette fois, le condensateur est chargé par une source d'énergie indépendante (cellules photovoltaïques ou éolienne). 3) Zone active et champ de stabilisation Les efforts qui ont été effectués jusqu'à aujourd'hui pour augmenter le rayon d'action des paratonnerres ont porté, sur le plan normatif, principalement sur l'amélioration du temps d'amorçage du précurseur ascendant. Cependant, l'efficacité d'un paratonnerre ne dépend pas uniquement de l'instant d'amorçage d'une étincelle (« streamer ») sur sa pointe. Encore faut-il 10 3007901 s'assurer que cette étincelle puisse se transformer en traceur (« leader ») ascendant capable de se propager sur une grande distance pour accrocher éventuellement le traceur descendant. Lors de sa propagation, le traceur ascendant tire l'essentiel de son énergie du champ électrique rayonné par le traceur descendant. Toutefois, la valeur de celui-ci peut être insuffisante lorsque l'amorçage du traceur ascendant se produit très tôt, le traceur descendant est alors très loin. Dans ces conditions, la propagation du traceur ascendant nécessite un apport minimal d'énergie extérieure pendant sa phase de démarrage. Cette énergie est d'autant plus grande que l'amorçage se produit plus tôt. Ce constat nous a amené à repenser entièrement le principe du paratonnerre à dispositif d'amorçage et à définir de nouveaux moyens de le concevoir. Ces moyens donnent naissance à une nouvelle génération de paratonnerres qui visent à palier les inconvénients des paratonnerres précités et à disposer d'un moyen sûr et efficace de protection contre l'impact direct de la foudre. Ces nouveaux moyens consistent à équiper le paratonnerre d'un réservoir contenant un gaz comprimé ayant une très faible tension d'amorçage (champ électrique disruptif). A l'approche d'un nuage orageux, ce gaz est libéré au voisinage de la pointe du paratonnerre par une électrovanne. En plus de sa tension d'amorçage très faible, le gaz doit impérativement avoir une densité plus faible que celle de l'air atmosphérique. Ainsi, poussé par la pression au niveau de l'échappement et par sa faible densité par rapport à l'air, le gaz s'élève au dessus de la pointe en créant un canal dans lequel les propriétés du gaz prédominent. La longueur du canal dépend de la durée d'échappement du gaz. Elle est d'autant plus importante que l'ouverture de l'électrovanne s'est produite tôt. Quant au rayon du canal, à proximité de la pointe, il est déterminé par le débit imposé à l'électrovanne, le rayon de l'orifice d'échappement et la pression dans le réservoir. En s'éloignant de la pointe, à cause de la diffusion du gaz dans l'air, le rayon du canal croit de façon parabolique avec une concentration de moins en moins importante. Dans le canal ainsi formé, deux parmi les trois paramètres décrits plus haut qui sont à la base de la conception de tout paratonnerre à dispositif d'amorçage sont combinés. D'une part, la tension d'amorçage étant beaucoup plus faible que celle de l'air, le volume de la zone active est plus important. D'autre part, pour la même raison, le champ de stabilisation décrit plus haut est très faible comparé à celui de l'air atmosphérique (5 kV/cm pour une décharge positive et 8 kV/cm pour une décharge négative). La compréhension et la réalisation de la présente invention se fera à l'aide de la description qui va suivre en référence aux dessins ci-annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs. Figure 1 : Le schéma bloc du circuit électronique général qui permet de réaliser le procédé selon l'invention. Figure 2: Le schéma de principe du paratonnerre montrant l'emplacement des ses divers éléments selon l'invention. Figure 3: Le schéma de principe de la base de contrôle du paratonnerre qui permet de réaliser le procédé selon l'invention.For a long time, in combination with the advanced effect of the Franklin rod, means have been implemented to increase the protection radius of the lightning rod. Among these means, there are three types: 1) Initial germ electrons These means act on the surrounding environment lightning rod and prepare for a possible lightning stroke by increasing the density of the free charges and thus the initial electrons germs. To create free charges in the air, several solutions have been proposed among which we can mention: - Means using a radioactive source which consist of installing directly on the lightning rod pellets of radioactive elements that emit energy rays "a" . By ionization, this radiation makes it possible to increase the frequency of production of the electron / positive ion pairs in the air. This solution can not be considered given the regulatory restrictions on the use of radio-elements in most countries, and in particular in France, their definitive ban on the manufacture of lightning rods (Official Journal of the French Republic of 20 October 1983) Means using an external power source, such as a battery or a high voltage generator, connected between the tip of the lightning rod and the earth. This solution involves maintenance operations that make it expensive and impractical. Means using a piezoelectric source which consist in equipping the lightning conductor with a mechanical device which, under the action of the wind, exerts pressure on piezoelectric ceramic elements, which deliver a voltage which is applied to the tip lightning rod. To protect piezoelectric cells from the direct impact of lightning, the tip of the lightning rod is placed in a conductive hull (head) connected to the ground. A system of orifices is made in the upper and lower parts of this shell so that the charges created by the tip are expelled by Venturi effect. Although any stormy cloud is accompanied by a more or less intense wind, not equipped with energy storage and control, this system is conditioned by the presence of the wind in the few moments preceding the blow. lightning. 2) Active area These means aim to generate a high voltage pulse on the tip of the lightning rod so as to increase, during the duration of this pulse, the volume of the active area. The choice of the moment when the impulse is generated is of critical importance here (neither too soon nor too late). For it to be effective, the pulse must be applied just when the electric field conditions for ascending tracer priming are satisfied. A slight advance or a slight delay may have an inconvenient consequence. Among the means using this principle, we can mention: 3007901 - Means equipped with an electrode for sensing the ambient electric field and / or its temporal variation. The system formed by this electrode and the part of the lightning rod connected to the earth behaves like a capacitor whose capacity is very low (less than a dozen pF). In some of these lightning conductors, this capacitor makes it possible to charge another capacitor whose capacitance is larger (some pF). When the value of the electric field and / or its temporal variation, exceeds a given threshold, characteristic of the downward tracer approach, the capacitor is discharged via a device so as to generate a high voltage pulse on the tip of the lightning rod causing the priming the ascending tracer. Lightning rods equipped with this system can not reconcile the priming advance and the energy requirement necessary for propagation of the ascending tracer. The capacity of the capacitor between the tip of the lightning conductor and the ground must be both small enough to allow an advance to the boot but large enough to maintain the propagation of the tracer. - Means equivalent to those described above except that instead of using the electrostatic energy present during a storm cloud to charge the capacitor formed by the tip and the earth, the lightning rod is equipped with a source of independent energy. The obvious advantage is to be able to increase the value of the capacitor and therefore the value of the energy stored therein without altering the value of the voltage at these terminals. The energy of the high voltage pulse generated under these conditions is no longer limited by the geometry of the lightning conductor. These means use, in addition, an electric field capture member and / or its temporal variation to trigger the discharge of the capacitor via a device for generating a high voltage pulse. - Means resulting from the combination of the first two above. These means are equipped with two devices. Using an electric field sensor, the first device triggers the initiation of an electric discharge on the tip of the lightning rod by discharging a capacitor previously by the storm cloud (electrostatic energy) via a device for generating a high voltage pulse on the -this. The current generated by this electric discharge is measured by a current sensor, when it is greater than a threshold of 1 A, threshold above which the electric discharge is of the tracer type, the second device discharges a second capacitor of high capacity. The energy stored in the capacitor is made available to the ascending tracer to maintain its propagation. This time, the capacitor is charged by an independent energy source (photovoltaic cells or wind turbine). 3) Active Zone and Stabilization Field Efforts to date to increase the range of lightning rods have been normatively focused mainly on improving the precursor priming time. . However, the effectiveness of a lightning rod does not depend solely on the moment of initiation of a spark ("streamer") on its tip. Still, it is necessary to ensure that this spark can be transformed into an ascending leader capable of spreading a great distance to possibly catch the downward tracer. During its propagation, the ascending tracer draws most of its energy from the electric field radiated by the descending tracer. However, the value of this one may be insufficient when the starting of the ascending tracer occurs very early, the downward tracer is then very far. Under these conditions, propagation of the ascending tracer requires a minimum external energy input during its start-up phase. This energy is all the greater as priming occurs earlier. This observation has led us to completely rethink the principle of the lightning conductor and to define new ways to design it. These means give birth to a new generation of lightning conductors that aim to overcome the drawbacks of the above-mentioned lightning conductors and to have a safe and effective means of protection against the direct impact of lightning. These new means consist in equipping the lightning rod with a reservoir containing a compressed gas having a very low starting voltage (disruptive electric field). At the approach of a storm cloud, this gas is released near the tip of the lightning rod by a solenoid valve. In addition to its very low priming voltage, the gas must necessarily have a lower density than that of atmospheric air. Thus, pushed by the pressure at the exhaust and its low density relative to air, the gas rises above the tip creating a channel in which the properties of the gas predominate. The length of the channel depends on the gas escape time. It is even more important that the opening of the solenoid valve occurred early. As for the channel radius, near the tip, it is determined by the flow imposed on the solenoid valve, the radius of the exhaust port and the pressure in the tank. By moving away from the tip, because of the diffusion of the gas into the air, the radius of the channel increases parabolically with a concentration less and less important. In the channel thus formed, two of the three parameters described above which are the basis of the design of any lightning conductor with priming device are combined. On the one hand, since the starting voltage is much lower than that of the air, the volume of the active zone is larger. On the other hand, for the same reason, the stabilization field described above is very small compared to that of atmospheric air (5 kV / cm for a positive discharge and 8 kV / cm for a negative discharge). The understanding and embodiment of the present invention will be made with the aid of the following description with reference to the accompanying drawings given by way of non-limiting examples. FIG. 1: The block diagram of the general electronic circuit which makes it possible to carry out the method according to the invention. Figure 2: The basic diagram of the lightning rod showing the location of its various elements according to the invention. Figure 3: The schematic diagram of the control base of the lightning rod which allows to carry out the method according to the invention.

Figure 5-a : Le schéma de l'organe de capture du champ électrique et de son circuit de calibrage selon l'invention. Figure 9-a : Le schéma de l'organe de capture du courant de foudre et de son circuit de calibrage selon l'invention. Dans l'application au paratonnerre, un résultat de l'invention est de définir et réaliser, en référence aux figures ci-dessus la séquence des quatre phases suivantes : Phase 1 : En période hors orage, on transforme l'énergie naturelle solaire ou éolienne, par le dispositif approprié (cellules photovoltaïques (7), petite éolienne tangentielle (8)) en énergie électrique et on emmagasine celle - ci dans une batterie de grande capacité (18). Pendant cette phase, la valeur du champ électrique au voisinage du paratonnerre est mesurée de façon continue par l'organe de capture (9). Cette valeur est calibrée par le circuit (9-a) associé au capteur du champ électrique avant d'être traitée par un convertisseur analogique/digital intégré dans le circuit (15) lequel est équipé d'une mémoire pour stocker de façon cyclique les résultats obtenus. Pendant cette phase, la valeur du champ électrique étant relativement faible, la mesure de celui-ci se fait avec une fréquence d'une «mesure » toutes les 10 secondes. La mémoire implantée dans le circuit (15) est prévue pour un nombre limité de mesures (5 minutes), lorsque celle-ci est remplie le circuit (15) se charge de transmettre par radio son contenu à la base (20) se trouvant à portée du paratonnerre. Le début de chaque trame transmise à la base (20) contient les paramètres du paratonnerre (pression du gaz dans le réservoir (12), état de la batterie (18), température, tension fournie par les cellules photovoltaïques (7) et/ou éolienne (8), etc.). Cette base (20) est équipée d'une mémoire plus importante (24 heures), de trois voyants lumineux (22, 23, 24), d'un dispositif d'alerte sonore (25) et de deux ports entrée/sortie, un port réseau (30) et un port USB (31). Lors de la réception des données transmise par le circuit (15), le circuit de la base (20) se charge de les horodater avant de les enregistrer dans sa mémoire. Phase 2 : A l'approche d'un nuage orageux, la valeur du champ électrique augmente progressivement. Nous avons défini 3 niveaux ou paliers d'alerte qui peuvent être paramétrés en fonction de la configuration du site sur lequel est installé le paratonnerre. Par défaut, les seuils d'activation du champ électrique correspondant aux 3 niveaux sont 4, 8 et 12 kV/m. Lorsque la valeur du champ électrique franchit le premier ou le deuxième palier, le circuit (15) envoie un signal à la base (20) pour activer respectivement le premier (22) ou les deux premiers voyants lumineux (22) et (23). Lorsqu'il franchit le troisième palier, le circuit (15) envoie un signal pour activer les trois voyants lumineux (22), (23) et (24) ainsi que le dispositif d'alerte sonore (25). A ce niveau d'alerte, certaines dispositions doivent être prises : - éviter le déplacement de produits hautement inflammables. - limiter le mouvement du personnel dans les endroits les plus exposés du site. - basculer l'alimentation d'une installation à risque (hôpitaux, sites agricoles avec des animaux, chaînes de fabrication, serveur informatique) sur une source de secours (groupe électrogène, batterie avec onduleur). Pendant cette phase, l'augmentation de la valeur du champ électrique peut être accompagné de coups de foudre lointains. Le cas échéant, ces coups de foudre sont captés et mesurés par le capteur de champ électrique, ils se traduisent par des petites impulsions caractéristiques qui apparaissent sur la courbe du champ électrique. A chacune de ces impulsions, le circuit (15) se met en attente des signaux provenant du dispositif de localisation (11). Ce dispositif est constitué de 3 microphones disposés à 120° autour du paratonnerre. Un de ces microphones est placé sur le point cardinal « Nord ». Lors de son installation, le paratonnerre doit être positionné, en utilisant par exemple une boussole, de sorte que le microphone « Nord » soit orienté vers le nord. Chacun des trois microphones est équipé d'un filtre passe bande ne laissant passer que la fréquence caractéristique d'un tonnerre. En mesurant le temps de retard, par rapport à l'impulsion détectée par le capteur de champ électrique, des signaux en provenance de ces microphones, le circuit (15) détermine la position et la distance, par rapport au paratonnerre, du point d'impact du coup de foudre correspondant à l'impulsion du champ électrique. Pendant cette phase, dès que le champ électrique franchit le deuxième niveau d'alerte, la mesure de celui-ci se fait avec une fréquence plus grande d'une mesure toutes les secondes, les échanges d'informations entre le circuit (15) et la base (20) deviennent plus importantes. L'activation d'un niveau d'alerte n'est effectif qu'après un temps appelé « temps de pré-activation », afin de s'assurer que la valeur du champ électrique ne dépasse pas le seuil d'activation correspondant au niveau, à cause des impulsions engendrées par les impacts de foudre lointains. Ce temps doit tenir compte du temps caractéristique de ces impulsions (« seconde), de la fréquence des mesures (1 mesure/seconde) et du temps moyen de régénération de la charge dans une cellule orageuse (10 secondes). Ce temps est défini pour chacun des niveaux d'alerte. C'est un paramètre configurable, séparément pour chaque niveau, sur la base (20), sa valeur par défaut est de 10 s. Phase 3 : Cette phase correspondant à la phase qui précède de quelques secondes à quelques minutes le déclenchement d'un coup de foudre dans la zone protégée par le paratonnerre. Pendant cette phase, la valeur du champ électrique peut être extrêmement élevée (> 25 kV/m). Nous avons fixé un seuil d'activation pour le champ électrique au-delà duquel le circuit (15) envoie au même temps un signal d'ouverture au circuit de commande de l'électrovanne (14) pour libérer le gaz au niveau de la pointe du paratonnerre, un deuxième pour activer le capteur de courant (5) dont le circuit est représenté sur la figure (5-a) et un troisième pour signaler l'arrivée imminente d'un coup de foudre en activant la balise d'alerte (4). Là aussi, ce seuil d'activation est accompagné de son « temps de pré-activation ». La valeur de ce seuil d'activation ainsi que son « temps de pré-activation » sont paramétrables via la base (20), par défaut, leurs valeurs sont fixées respectivement à 25 kV/m et 10 s. Sachant que la quantité de gaz dans le réservoir (12) et l'énergie stockée dans la batterie (18) sont limitées, le choix de cette valeur est très important, elle doit être optimisée de façon à minimiser les dépenses en gaz et en énergie tout en garantissant au paratonnerre une efficacité maximale. Si cette valeur est trop haute, la quantité de gaz libérée et l'énergie électrique consommée vont être minimes mais le paratonnerre sera moins efficace puisque la longueur du canal formé par le gaz sur sa pointe est plus petite. En revanche, si elle est trop basse, l'efficacité du paratonnerre est maximale mais on aura dépensé une importante quantité de gaz et d'énergie.Figure 5-a: The diagram of the capture member of the electric field and its calibration circuit according to the invention. Figure 9-a: The diagram of the lightning current capture member and its calibration circuit according to the invention. In the application to the lightning conductor, a result of the invention is to define and carry out, with reference to the figures above, the sequence of the following four phases: Phase 1: In the stormy period, the natural solar or wind energy is transformed by the appropriate device (photovoltaic cells (7), small tangential wind turbine (8)) into electrical energy and stored in a large capacity battery (18). During this phase, the value of the electric field in the vicinity of the lightning rod is measured continuously by the capture member (9). This value is calibrated by the circuit (9-a) associated with the electric field sensor before being processed by an analog / digital converter integrated in the circuit (15) which is equipped with a memory for cyclically storing the results. obtained. During this phase, the value of the electric field being relatively small, the measurement of it is done with a frequency of a "measurement" every 10 seconds. The memory implanted in the circuit (15) is provided for a limited number of measurements (5 minutes), when it is full the circuit (15) is responsible for transmitting by radio its contents to the base (20) located at Lightning rod range. The beginning of each frame transmitted to the base (20) contains the parameters of the lightning rod (gas pressure in the tank (12), state of the battery (18), temperature, voltage supplied by the photovoltaic cells (7) and / or wind turbine (8), etc.). This base (20) is equipped with a larger memory (24 hours), three indicator lights (22, 23, 24), an audible warning device (25) and two input / output ports, one network port (30) and a USB port (31). When receiving the data transmitted by the circuit (15), the circuit of the base (20) is responsible for the time stamp before saving them in its memory. Phase 2: At the approach of a storm cloud, the value of the electric field increases gradually. We have defined 3 levels or levels of alert that can be set according to the configuration of the site where the lightning rod is installed. By default, the activation thresholds of the electric field corresponding to the 3 levels are 4, 8 and 12 kV / m. When the value of the electric field crosses the first or the second bearing, the circuit (15) sends a signal to the base (20) to activate respectively the first (22) or the first two lights (22) and (23). When it passes the third step, the circuit (15) sends a signal to activate the three indicator lights (22), (23) and (24) and the audible warning device (25). At this level of alert, certain measures must be taken: - avoid the movement of highly flammable products. - limit the movement of personnel in the most exposed places of the site. - switch the supply of a hazardous installation (hospitals, agricultural sites with animals, production lines, computer server) to a backup source (generator, battery with inverter). During this phase, the increase in the value of the electric field can be accompanied by distant lightning strikes. If necessary, these lightning strikes are captured and measured by the electric field sensor, they result in small characteristic pulses that appear on the curve of the electric field. At each of these pulses, the circuit (15) waits for signals from the localization device (11). This device consists of 3 microphones arranged at 120 ° around the lightning rod. One of these microphones is placed on the cardinal point "North". During installation, the lightning rod must be positioned, for example using a compass, so that the "North" microphone is facing north. Each of the three microphones is equipped with a bandpass filter allowing only the characteristic frequency of a thunder. By measuring the delay time, with respect to the pulse detected by the electric field sensor, signals from these microphones, the circuit (15) determines the position and the distance, relative to the lightning rod, from the point of contact. impact of the lightning strike corresponding to the pulse of the electric field. During this phase, as soon as the electric field crosses the second alert level, the measurement thereof is made with a greater frequency of one measurement every second, the exchange of information between the circuit (15) and the base (20) become larger. The activation of an alert level is effective only after a time called "pre-activation time", to ensure that the value of the electric field does not exceed the activation threshold corresponding to the level. because of the impulses generated by far-off lightning strikes. This time must take into account the characteristic time of these pulses ("second"), the frequency of the measurements (1 measurement / second) and the average time of regeneration of the charge in a storm cell (10 seconds). This time is set for each alert level. It is a configurable parameter, separately for each level, on the base (20), its default value is 10 s. Phase 3: This phase corresponds to the phase which precedes from a few seconds to a few minutes the triggering of a lightning strike in the zone protected by the lightning rod. During this phase, the value of the electric field can be extremely high (> 25 kV / m). We set an activation threshold for the electric field beyond which the circuit (15) sends at the same time an opening signal to the control circuit of the solenoid valve (14) to release the gas at the tip lightning rod, a second to activate the current sensor (5) whose circuit is shown in figure (5-a) and a third to signal the imminent arrival of a lightning strike by activating the alert beacon ( 4). Here too, this activation threshold is accompanied by its "pre-activation time". The value of this activation threshold as well as its "pre-activation time" can be parameterized via the base (20), by default, their values are respectively fixed at 25 kV / m and 10 s. Knowing that the amount of gas in the tank (12) and the energy stored in the battery (18) are limited, the choice of this value is very important, it must be optimized so as to minimize gas and energy costs. while guaranteeing the lightning conductor maximum efficiency. If this value is too high, the amount of gas released and the electrical energy consumed will be minimal but the lightning rod will be less effective since the length of the channel formed by the gas on its tip is smaller. On the other hand, if it is too low, the effectiveness of the lightning rod is maximum but one will have spent a large quantity of gas and energy.

Lors d'un coup de foudre, deux situations peuvent être envisagées. Si celui-ci est capté par le paratonnerre, le courant de foudre traversant le paratonnerre est mesurée par l'organe de capture (5) et il est calibrée par le circuit (5-a) associé au capteur du courant avant d'être échantillonné et traité par un convertisseur analogique/digital intégré dans le circuit (15). La fréquence d'échantillonnage est fixée à 2 ps. Les valeurs obtenues sont transmises par radio à la base (20) dans laquelle elles sont numérotées, horodatées et enregistrées. Pour discriminer les coups de foudre capté par le paratonnerre de ceux qui ne le sont pas, seuls ceux dont l'amplitude dépasse 1 kA sont considérés par le capteur de courant. Aussitôt le coup de foudre capté, le circuit (15) envoie un signal de fermeture au circuit de commande de l'électrovanne (18) et un autre pour désactiver la balise d'alerte (4) sauf si la menace d'un autre coup de foudre est présente autrement dit la valeur du champ électrique reste à un niveau très élevé comme décrit dans la phase 4. Si le coup de foudre n'est pas capté par le paratonnerre, le circuit (15) en association avec le dispositif de localisation (11) se charge de déterminer la position du point d'impact, l'enregistre et le transmet à la base (20) pour son horodatage et sa mémorisation comme décrit dans la phase 2. Dans ce dernier cas, l'électrovanne (18) doit rester ouverte. Phase 4 : C'est la phase de relaxation et de retour aux conditions sans risque. Lorsque les nuages orageux commencent à se dissiper, le champ électrique entame sa décroissance. De la même manière que pour les seuils d'activation décrits dans les phases précédentes, nous avons défini des seuils de désactivation avec leurs « temps de prè-désactivation ». Tous ces paramètres sont configurables séparément via la base (20). Lorsque la valeur du champ électrique passe en dessous du seuil de désactivation de l'électrovanne et si elle le reste au bout du « temps de prè-désactivation » alors le circuit (15) envoie au même temps un signal de fermeture au circuit de commande de l'électrovanne (18), un deuxième pour désactiver le capteur de courant (5) et un troisième pour désactiver la balise d'alerte (4). Par souci d'économie de gaz et d'énergie, le seuil de désactivation de l'électrovanne doit être le haut possible. Par défaut, la valeur de celui-ci est fixée à 15 kV/m, le « temps de prè-désactivation » correspondant est fixé à 10 s. par défaut, les seuil de désactivation du troisième, deuxième et premier niveau d'alerte sont respectivement 8, 4 et 2 kv/m, les « temps de prè-désactivation » correspondants sont de 10 s.During a thunderbolt, two situations can be envisaged. If it is picked up by the lightning rod, the lightning current passing through the lightning rod is measured by the capture member (5) and is calibrated by the circuit (5-a) associated with the current sensor before being sampled and processed by an analog / digital converter integrated in the circuit (15). The sampling frequency is set at 2 ps. The values obtained are transmitted by radio to the base (20) in which they are numbered, timestamped and recorded. To discriminate lightning strikes captured by the lightning rod from those who are not, only those whose amplitude exceeds 1 kA are considered by the current sensor. As soon as the lightning strike has been sensed, the circuit (15) sends a closing signal to the control circuit of the solenoid valve (18) and another to deactivate the warning beacon (4) unless the threat of another blow This means that the value of the electric field remains at a very high level as described in phase 4. If the lightning strike is not picked up by the lightning rod, the circuit (15) in association with the localization device (11) is responsible for determining the position of the point of impact, records it and transmits it to the base (20) for its time stamping and storage as described in phase 2. In the latter case, the solenoid valve (18 ) must remain open. Phase 4: This is the relaxation phase and return to safe conditions. When the storm clouds begin to dissipate, the electric field begins to decay. In the same way as for the activation thresholds described in the previous phases, we have defined deactivation thresholds with their "pre-deactivation times". All these parameters can be configured separately via the base (20). When the value of the electric field falls below the threshold of deactivation of the solenoid valve and if it remains at the end of the "pre-deactivation time" then the circuit (15) sends at the same time a closing signal to the control circuit the solenoid valve (18), a second to deactivate the current sensor (5) and a third to deactivate the alert beacon (4). For the sake of saving gas and energy, the deactivation threshold of the solenoid valve must be as high as possible. By default, the value of this is fixed at 15 kV / m, the corresponding "pre-deactivation time" is fixed at 10 s. by default, the deactivation thresholds for the third, second and first alert level are respectively 8, 4 and 2 kv / m, the corresponding "pre-deactivation times" are 10 s.

Claims

REVENDICATIONS1. A priming lightning rod whose operating principle is based on the emission of a gas or a mixture of gases having the property of reducing the triggering voltage of the tracer. For this purpose, the lightning rod is equipped with a gas tank, a solenoid valve controlled by a circuit in which are incorporated, a device for testing and checking the most important parameters of the lightning rod, a thunderstorm with a device to locate distant lightning strikes, a counter to characterize and time stamp the lightning strikes captured by the lightning rod and a warning beacon to warn of the imminence of a lightning strike . It is embellished with a control base placed within reach with which it is in permanent radio communication. This base is connected to a computer via a network or USB connection to, firstly, configure the lightning rod parameters and secondly to recover the data stored in its memory (lightning rod parameters, electric field evolution, location of blows distant lightning, characterization of the lightning strikes captured by the lightning rod). It is also equipped with indicator lights that fix and provide more precision on the level of the alert and a sound alert that activates when the storm cloud reaches maturity or the amount of gas in the tank is insufficient.

2. A lightning rod according to claim 1 wherein the gas flow rate and optimized to ensure maximum efficiency.

3. A lightning rod according to claims 1 and 2 wherein is integrated a storm alarm which permanently monitors the evolution of the electric field in the vicinity of the lightning rod.

4. A lightning rod according to claims 1 to 3 wherein the electric field capture member is a conductive metal part isolated from the earth, the support of photovoltaic cells can be advantageously used for this purpose. This piece is connected to a capacitor whose value is optimized so that the voltage at its terminals is an image of an ambient electric field.

5. A lightning rod according to claims 1 to 4 wherein the thunderstorm is equipped with a device for locating lightning strikes occurring in the region. This device consists of three microphones arranged at 120 ° around the para-thunder. The analysis of the delay times of the signals from these microphones and filtered to let only the frequency of the thunder allows a precise location of the point of impact.

6. A lightning rod according to claims 1 to 5 wherein is integrated a counter whose role is to number, characterize and timestamps of lightning captured by the one.

7. A lightning rod according to claims 1 to 6, wherein the lightning current capture member consists of a toroidal coil placed around the lightning rod and connected to an integrator RC composed of a resistor R in series with a capacitor C. The values of R and C are set so that the voltage across C is the image of the lightning current passing through the lightning conductor.

8. A lightning rod according to claims 1 to 7 equipped with an alert beacon whose role is to alert the entire neighborhood of the site on which it is installed.

9. A lightning rod according to claims 1 to 8 with a control base placed within range and with which it is permanent radio communication.

10. A lightning rod according to claims 1 to 9 wherein the control base is equipped with 3 indicator lights corresponding to the three alert levels and an audible warning device.

11. A lightning rod according to claims 1 to 10 wherein the control base is equipped with 2 input / output ports, a network port and a USB port. Using these ports, the control base can be connected to a computer to take control of the remote lightning rod.

12. A lightning rod according to claims 1 to 11 wherein the control base allows, if it is connected to a computer network, to transmit all alerts by e-mail to the person responsible for the security of the site.

13. A lightning rod according to claims 1 to 12 equipped with a solar and / or wind autonomous energy source. This lightning rod is also equipped with a battery to ensure its power when the source of solar energy and wind is not sufficient. The power supply consisting of the power source and the battery is dimensioned so that the lightning rod can operate for 48 hours without sun or wind.

14. A lightning rod according to claims 1 to 13 wherein the control base is provided with a mains connection point and an internal battery. In the event of a fault on the energy network, it is the battery that provides power to the base.