PERFECTIONNEMENT A UN PARATONNERRE A DISPOSITIF D'AMORÇAGE
L'invention concerne un paratonnerre à dispositif d'amorçage perfectionné. Depuis que Benjamin Franklin a inventé le premier paratonnerre constitué d'une pointe effilée qui est reliée à la terre pour capter et écouler les courants d'un éclair, on a toujours cherché à rendre cette pointe plus efficace pour augmenter la probabilité que la foudre soit réellement captée par cette pointe, et donc d'assurer une meilleure protection de la zone couverte par le paratonnerre.
D'une manière générale, la foudre est une décharge électrique d'origine atmosphérique entre un nuage orageux et le sol, cette décharge étant accompagnée d'un éclair et d'une détonation. En effet, l'arrivée d'un tel nuage provoque une augmentation du champ électrique ambiant entre le nuage et le sol, qui peut dépasser lOkV/m au niveau du sol alors qu'il n'est de l'ordre de quelques centaines de V/m par temps clair.
Dès que la différence de potentiel créée par ce champ électrique entre le nuage et le sol devient suffisamment importante, le nuage libère des charges électriques qui ionisent l'air ambiant et se propagent en direction du sol en formant un canal conducteur dénommé traceur ou précurseur descendant. Ce traceur descendant provoque une augmentation du champ électrique au sol, notamment au niveau de toute aspérité ou une masse métallique qui va alors libérer des charges électriques par effet corona et créer ainsi un canal conducteur dénommé traceur ou précurseur ascendant qui se propage vers le nuage. La rencontre du traceur descendant et d'un
traceur ascendant crée un canal conducteur privilégie qui sera suivi par la décharge de la foudre.
Dans ces conditions, il est bien évidemment souhaitable que le traceur ascendant le plus propice a la décharge de la foudre soit développe a partir de la pointe du paratonnerre.
On a donc cherché a rendre « active » la pointe du paratonnerre en lui associant un dispositif d'amorçage pour favoriser le développement d'un traceur ascendant à partir de la pointe du paratonnerre par rapport à ceux susceptibles d'être développés a partir de toute autre structure ou objet situe dans la zone protégée par le paratonnerre.
On a tout d'abord incorpore des matériaux radioactifs dans la pointe pour donner naissance à un canal d' ions rayonnes qui était supposé développer un canal ionisé dans le ciel pour capter la foudre. Ensuite, on a isolé la pointe du sol et créé des dispositifs d' amorçage sous la forme de générateurs permettant à la pointe de ne plus être au potentiel du sol mais à un potentiel supposé déterminant quant à l'occurrence de l'éclair. On est ainsi arrivé à réaliser de véritables générateurs THT (Très Haute Tension) avec alimentation par batterie et détecteur électronique de détermination de la probabilité d'un orage. Bien qu'efficaces, ces ensembles se sont vite avérés coûteux et peu fiables quant aux effets du courant de foudre capte.
Enfin, dans les années 1980, on a eu l'idée d'utiliser directement le nuage pour produire l'énergie nécessaire au fonctionnement des dispositifs d'amorçage de manière à les rendre autonomes et supprimer ainsi l'apport d'une source d'alimentation.
En effet, l'apparition d'un champ électrique dans le milieu ambiant situé entre le nuage et le sol est tel que tout corps électriquement conducteur qui est plonge dans ce milieu va tendre à se porter au potentiel de ce milieu, à condition bien entendu que ce corps présente une impédance suffisamment élevée pour ne pas court-circuiter le champ ambiant. Ainsi, lorsque cet objet est la pointe d'un paratonnerre, la montée en potentiel va donner naissance à un courant de charges qui va parcourir la pointe, et ce courant va être avantageusement utilisé par le circuit d' amorçage pour charger un condensateur de faible valeur et de fort isolement. Ensuite, en provoquant une décharge impulsionnelle du condensateur dans le primaire d'un transformateur à impulsions au moyen d'un éclateur reliant la pointe au sol, on obtient au secondaire un signal alternatif ou onde puisée amplifié de haute tension, de l'ordre de plusieurs dizaines de kV, qui est reporté sur la pointe du paratonnerre pour augmenter notablement sa différence de potentiel avec le sol, de manière à favoriser le développement d'un traceur ascendant à partir de cette pointe. Le cycle de charge et de décharge du condensateur est périodique, par exemple toutes les 5 ms, ce qui correspond à une fréquence de 200 Hz.
Un paratonnerre équipé d'un dispositif d'amorçage qui reporte une onde de tension alternative sur la pointe est notamment décrit dans le Brevet Européen n° 0 192 000. Le but de l'invention est de perfectionner ce type de paratonnerre à dispositif d'amorçage pour en améliorer l'efficacité, sachant que ce paratonnerre a été
également conçu pour satisfaire à la norme NFC 17-102 du mois de juillet 1995 pour la protection des structures et des zones ouvertes contre la foudre par paratonnerre à dispositif d'amorçage. A cet effet, l'invention propose un paratonnerre à dispositif d'amorçage, du type comprenant au moins une pointe métallique reliée à la terre par un éclateur pour écouler le courant de foudre d'une part, et reliée à un circuit d'amorçage pour recevoir des impulsions à haute tension d'autre part, paratonnerre qui est caractérisé en ce que le circuit d'amorçage est logé dans une enveloppe métallique électriquement solidaire de la pointe.
La liaison électrique entre la pointe et l'enveloppe permet d'optimiser la hauteur de la pointe du paratonnerre en ce sens que l'enveloppe est une partie active qui permet de réduire la hauteur mécanique de la pointe et de la ramener à une valeur de l'ordre de 50cm, en lui conférant une hauteur d'efficacité plus importante que sa hauteur mécanique.
Ainsi, un paratonnerre selon l'invention est capable d'assurer un volume de protection bien plus important que celui couvert par une pointe passive ou -pointe de Franklin. De manière préférentielle, l'enveloppe comprend deux parties coaxiales, une partie haute sous la forme d'une demi-sphère reliée à la pointe et une partie basse sous la forme d'une surface de révolution cylindrique et avantageusement tronconique. D'une manière générale, l'angle α formé par la surface de révolution tronconique avec l'axe passant par la pointe a une valeur comprise entre 10° et 20°, ledit
angle (α) ayant avantageusement une valeur de l'ordre de 15°.
Le paratonnerre selon l'invention comprend également des moyens pour supporter la pointe et le circuit d'amorçage, ces moyens comprenant un socle métallique qui pénètre au moins en partie à l'intérieur de la partie basse de l'enveloppe, et l'éclateur est du type à air et formé à l'intérieur de l'enveloppe entre le socle et ladite enveloppe. D'une manière générale, un isolant principal est monté à l'intérieur de l'enveloppe pour isoler l'un de l'autre le socle et l'enveloppe.
Il est important de noter que cet isolant principal est situé à l'intérieur de l'enveloppe ce qui permet de le protéger des poussières de l'environnement
•extérieur, alors que ce même isolant principal dans les paratonnerres selon l'art antérieur est soumis à ces poussières qui, avec le temps, peuvent constituer un dépôt légèrement conducteur qui peut affecter le fonctionnement du paratonnerre.
Selon un exemple de réalisation, le socle des moyens de support est relié à la pointe du paratonnerre par une pièce métallique solidaire du socle, et par des moyens de fixation montés entre ladite pièce et la pointe.
Les moyens de fixation sont avantageusement constitués par une vis, et la base de la pointe du paratonnerre fait saillie à l'intérieur de l'enveloppe et .est percée d'un trou borgne taraudé pour recevoir l'extrémité de la vis, par exemple.
Selon un autre avantage de l'invention, le nombre des pièces constitutives du paratonnerre est en
nombre réduit, aucune de ces pièces n'étant montée à la presse, c'est-à-dire sans aucune précontrainte, ce qui garantit une fabrication beaucoup plus simple et régulière sans avoir recours à un outillage spécifique, à des joints d' étanchéité, ...
Ainsi, un paratonnerre selon l'invention est plus compact, plus efficace, notamment en atmosphère polluée, plus simple à fabriquer, d'un prix de revient moindre et d'une durée de vie plus longue que les paratonnerres de l'art antérieur.
D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront du complément de description qui va suivre en référence à une figure unique annexée qui est une coupe axiale d'un exemple de réalisation d'un paratonnerre selon l'invention.
En se référant à la figure unique annexée, le paratonnerre 10 selon l'invention comprend au moins une pointe métallique P qui est reliée à la terre par un éclateur 12 pour écouler le courant de foudre et à un circuit d'amorçage 14 qui génère des impulsions à haute
'tension d'une façon connue en soi.
La pointe P du paratonnerre est électriquement solidaire d'une enveloppe métallique 16 qui participe ainsi à la captation du champ électrostatique au même titre que la pointe P pour recueillir le courant nécessaire au fonctionnement du circuit d'amorçage d'une part, et pour capter le courant de foudre en l'amenant à la terre via l'éclateur 12 d'autre part.
D'une manière générale, l'enveloppe 16 permet de réduire la hauteur de la pointe P tout en conservant l'efficacité de l'ensemble pointe-enveloppe pour capter le champ électrique, et la forme de cette enveloppe 16
est optimisée afin de permettre de maîtriser l'effet couronne produit par la pointe P par diminution du champ électrique à la pointe P.
Cette enveloppe 16 comprend deux parties coaxialement alignées avec la point P, à savoir : une partie haute 16a qui se présente sous la forme d'une demi-sphère reliée à la base de la pointe P, et une partie basse 16b qui se présente sous la forme d'une surface de révolution cylindrique mais de préférence tronconique. L'angle α formée par cette partie haute 16b de l'enveloppe 16 et l'axe X-X passant par la pointe P a une valeur comprise entre 10° et 20°, et de préférence une valeur de l'ordre de 15°.
A titre d'exemple, la pointe P s'étend sur une hauteur optimisée de l'ordre de 50cm, alors que l'enveloppe 16 s'étend sur une hauteur de l'ordre de 20cm.
D'une manière générale, le paratonnerre comprend également des moyens pour supporter la pointe P et le circuit d'amorçage 14.
Ces moyens comprennent un socle métallique 20 qui pénètre au moins en partie à l'intérieur de la partie basse 16a de l'enveloppe 16, de manière à délimiter un éclateur 12 du type à air entre l'enveloppe 16 et le socle 20, cet éclateur 12 étant circulaire et centré sur l'axe X-X de la pointe P.
L'enveloppe 16 et le socle 20 sont isolés l'un de l'autre par un isolant principal 22 qui a la forme d'un anneau qui repose sur la face supérieure 20a du socle, et dont la surface périphérique 22b est de forme tronconique pour venir au contact de la paroi interne de
la partie basse 16a de l'enveloppe 16 en épousant la forme de celle-ci.
Cet isolant principal 22 ainsi logé à -l'intérieur de l'enveloppe 16 est protégé des agressions diverses (pollution,...) de l'environnement extérieur.
Le socle 20 est relié à la pointe P par une pièce métallique intermédiaire 25 et par des moyens de fixation 27.
La pièce intermédiaire 25 a par exemple la forme d'un étrier ou en U avec deux parois latérales 25a réunies par une paroi de base 25b. Les deux extrémités libres des parois latérales 25a sont solidarisées à la face supérieure 20a de socle 20 par soudage ou sertissage, par exemple. On délimite ainsi un volume à l'intérieur de cette pièce intermédiaire, qui est utilisé pour y loger le circuit d'amorçage 14. Ce circuit 14 est connu en soi et il n'est donc pas nécessaire de le décrire en détail, sachant qu'il fonctionne dès que le champ électrostatique ambiant dépasse une valeur de seuil qui correspond au risque minimum de foudroiement.
Les moyens de fixation 27 entre la pièce intermédiaire 25 et la pointe P sont constitués par une vis V qui traverse une ouverture 30 ménagée dans la paroi de base 25b de la pièce 25, avec interposition d'une bague ou manchon isolant 32. L'extrémité filetée de la vis V s'engage dans un trou taraudé 34 usinée à la base de la pointe P.
Enfin, la partie inférieure du socle est fixée à l'extrémité d'un mât (non représenté), la fixation pouvant être assurée en usinant dans ledit socle un filetage 36 à pas "gaz" pour un mât à filetage universel .