C'est à partir du XXème siècle que l'étude de la foudre est devenue une science. On découvre alors que les orages sont indispensables à la vie, qu'ils assurent le maintien du champs électrique de notre planète.

Depuis le milieu du XXème siècle à aujourd'hui, le développement des réseaux de transport et de distribution d'énergie, de l'informatique et de l'électronique motive sérieusement la recherche en matière de protection contre la foudre et donc sur le phénomène lui-même.

1. Le phénomène
2. La foudre en France
3. Effets et conséquences
4. Règles de sécurité
5. Terminologie

1- Phénomène physique

Bien que l'on puisse observer des éclairs dans des tempêtes de sable, de neige ou dans les nuées ardentes des éruptions volcaniques, le principal générateur d'orage est le cumulo-nimbus.

Ce nuage se développe en altitude jusqu'à plus de 10 kilomètres et sa base, qui se situe à environ 2 à 3 kilomètres au dessus du sol, occupe plusieurs dizaines de kilomètres carrés. Il est le siège de très forts vents ascendant et descendant, qui provoquent la collision des particules de glace, d'eau surfondue en présence. C'est le frottement entre ces particules qui entraîne l'électrisation du nuage et la séparation des charges. Les particules les plus lourdes (gouttes d'eau) chargées négativement se retrouvent dans le bas du nuage, alors que les particules les plus légères (cristaux de glace) chargées positivement sont situées dans le haut du nuage. Parfois un îlot de charges positives est enserré dans la masse négative.

Sous l'influence des charges négatives se trouvant dans le bas du nuage, le champ électrique atmosphérique au sol habituellement de l'ordre de 100 volt/mètre s'inverse et atteint des valeurs de l'ordre de -15 à -20 kV/m : La différence de potentiel entre le nuage et le sol est telle que la décharge est imminente.

On distingue deux types d'éclairs, les intra (ou inter-nuage) dont la décharge se produit à l'intérieur même du nuage (ou entre deux nuages) et les nuages-sol, ou coup de foudre, dont la décharge se produit entre le nuage et le sol. Ces derniers sont responsables de nombreux dégâts et pertes causés à l'environnement, aux constructions et aux hommes.

Dans la majorité des cas, le coup de foudre (ou nuage-sol) est descendant.

Le phénomène de la décharge est initié par une succession de pré-décharges partant

du nuage vers le sol et progressant par bonds (précurseur par bonds).

Dès que l'une des pointes du précurseur s'approche du sol, des

pré-décharges ascendantes (les traceurs) se forment et rejoignent le

précurseur descendant. Il s'établit alors un pont conducteur entre le

nuage et le sol (canal ionisé) qui va permettre le passage d'un courant

de forte intensité. Ce courant est constitué par les charges superficielles

du sol qui en remontant le canal ionisé neutralise les charges provenant du

nuage : c'est l'arc en retour. L'échauffement de l'air provoqué par ce courant

va entraîner sa dilatation et une déflagration va suivre : le tonnerre.
Cette première décharge laisse une trace conductrice qui relie le nuage au sol.

Quelques instants plus tard (de 10 à 70 ms) de nouveaux précurseurs descendants

et arcs en retour vont emprunter cette trace en progressant beaucoup

plus rapidement. On compte en moyenne 4 aller-retour sur cette même trace.

L’œil humain, du fait de la persistance rétinienne, ne perçoit généralement

qu'un seul éclair.
On observe une minorité de cas de coups de foudre ascendants, dans ce

cas le traceur se développe à partir d'une proéminence importante au sol.

On observe le phénomène en montagne ou sur des grands immeubles.

Outre le coup de foudre descendant et ascendant, une autre classification

intervient en fonction de la polarité de l'impact de foudre. Il existe en effet

des coups de foudre négatifs c'est à dire issus d'une charge négative

provenant du nuage et les coups de foudre positifs issus d'une charge positive.

2- La foudre en France en quelques chiffres

« La foudre affecte le territoire de France Métropolitaine à raison d’une

moyenne de 270 jours par an, c’est-à-dire qu’il y a au moins un impact de

foudre, quelque part en France, plus de 2 jours sur 3.

Le mois de juillet reste le mois où l’on recense le plus d’activité en

moyenne ses 20 dernières années, avec un foudroiement supérieur

de l’ordre de 10% par rapport au mois d’août.

Ces 2 mois concentrent la moitié de l’activité annuelle et la période

de mai à septembre représente plus de 90% de l’activité électrique annuelle.

Cependant, bien que l’activité soit prépondérante pendant la période estivale,

les épisodes hivernaux sont moins fréquents mais d’une grande violence en

terme d’intensité électrique.

Ainsi les mois de janvier, février et décembre voient des ampérages moyen

deux fois plus important que lors des épisodes d’été, et plus d’1 impact sur

3 s’avère violent (c’est-à-dire supérieur à 50000 ampères) pendant cette période,

contre 1 sur 15 en été.  

Notre territoire connaît de fortes disparités en terme de foudroiement,

ainsi Nîmes subit un foudroiement de près de 40 fois supérieur à celui de

Quimper par exemple.

La région PACA est la région la plus touchée en terme de population

d’impacts et c’est le département des Alpes de Haute Provence qui subit

la plus grosse activité en France Métropolitaine.

La Bretagne, région la moins impactée, subit cependant la plus grande 

proportion d’impacts violents en termes d’intensité électrique.

Il faut noter que le nombre d’impacts de foudre varie d’une année sur l’autre :

Quelques records :

• 1995 reste l’année la plus foudroyée des 20 dernières années avec
• une activité largement plus importante que ses 2 dernières années :
• par exemple le double d’activité que 2010 et 50% de plus que 2011
• Juillet 2006 reste le mois le plus foudroyé avec un mois caniculaire
• de triste mémoire
• Le 06/08/1999 est le jour le plus foudroyé avec l’équivalent, en un jour,
• de 15% de l’activité annuelle d’années comme 2008 et 2010 »

3- Effets et conséquences

Les principaux effets de la foudre sont les suivants :

Effets thermiques

Ces effets sont liés aux quantités de charges à écouler lors du coup de foudre.

Ils se traduisent par des points de fusion plus ou moins importants au niveau

des impacts lorsqu'il s'agit de matériaux conducteurs et par une élévation de

température aux endroits de mauvais contact pour des matériaux de grande

résistivité. Sur des matériaux mauvais conducteurs une grande énergie est

libérée sous forme de chaleur, l'humidité qu'ils contiennent provoque alors

une surpression brutale allant jusqu'à l'éclatement. Ce processus peut être

observé par exemple lors du foudroiement direct d'une construction.

Effets acoustiques

Les forces électrodynamiques liées au courant s'écoulant dans l'éclair

créent une dilatation de l'air du canal de foudre et une élévation de pression

dans le canal. Cette surpression et sa disparition brutale crée une onde de choc.

La distance du canal de foudre et son orientation par rapport à l'observateur

déterminent le spectre sonore perçu par l'opérateur.

Effets lumineux

Les effets sur les installations sont limités aux équipements optiques.

Chez l'homme, des lésions oculaires peuvent survenir.

Effets électriques

Surtensions par conduction : lorsqu'un coup de foudre frappe une

ligne électrique, l'onde électrique se propage le long du conducteur,

générant un très fort courant supplémentaire dans la ligne électrique,

qui provoque à son tour une surtension. Ce phénomène entraîne presque

toujours un court circuit.

Les remontées de terre : la résistivité des sols fait que les prises de terres

sont résistantes ce qui provoque lors du passage du courant de foudre

une montée brutale en potentiel de l'installation.

Induction magnétique : l'impact de foudre est accompagné d'un rayonnement

électromagnétique, si ce dernier atteint un conducteur

(une ligne électrique par exemple), le flux électromagnétique est

générateur de tensions induites élevées.

Les conséquences sur les hommes, les êtres vivants et les biens

Sur les hommes et les êtres vivants

Les personnes sont exposées à la foudre par différents types de foudroiement :

• foudroiement direct : la décharge électrique se produit par impact
• direct sur la personne.
• foudroiement par éclair latéral : le courant de foudre descend par un
• élément faiblement conducteur avant de choisir un chemin de moindre
• résistance qui peut être une personne située à proximité.
• foudroiement par tension de pas : lorsque la foudre frappe un point
• au sol, on a alors une différence de potentiel suffisante pour générer
• un courant qui passe dans les membres inférieurs d'une personne
• ou d'un animal.
• foudroiement par tension de toucher : si l'on touche simultanément
• deux objets conducteurs dont l'un subit une surtension liée à la foudre,
• la différence de potentiel entre les deux conducteurs est telle que le corps
• de l'individu est parcouru par le courant de foudre.
• foudroiement par courant induit : foudroiement par captage capacitif
• d'une ramification d'un coup de foudre descendant.

Le risque majeur lors d'un foudroiement est l'arrêt cardio-vasculaire.

Comme dans tous les cas d'électrisation seule la réanimation cardiaque

et respiratoire immédiate peut sauver la victime. D'autres manifestations

sont possibles et doivent faire l'objet d'un diagnostic réalisé par un spécialiste.

Les lésions que l'on peut rencontrer sont des brûlures ou des lésions de

type neurologiques, cardio-vasculaires et pulmonaires, traumatiques,

auditives ou oculaires. Il existe des règles de sécurité à respecter pour

se prémunir de ce type d'accident.

Sur les biens

Le coup de foudre direct peut entraîner :

• des destructions de bâtiments et de matériels par incendies ou explosions,
• des accidents liés à la manipulation de produits inflammables par temps d'orages.

Les surtensions véhiculées par les lignes électriques causent des dommages sur tous les équipements sensibles :

• détérioration de composants électroniques et autres éléments,
• dysfonctionnement des machines automatiques et des équipements informatiques,
• vieillissement prématuré des composants électroniques,
• interruption des chaînes de production en milieu industriel
• pertes de production.

En France toujours, la foudre serait responsable du décès de 20 000 bêtes,

à l’origine de 20000 sinistres dont 15000 incendies, et de la destruction de

50000 compteurs électriques et de 250 clochers chaque année, France

Telecom chiffrant les dégâts à environ 60 millions d’euros sur ses réseaux

télécoms hors G.S.M.

4- Règles et sécurité

La protection contre la foudre est soumise à une réglementation

importante régie par des normes et des arrêtés ou circulaires ministériels.

Les professionnels de la protection contre la foudre sont réunis au sein

d'une association le GIMELEC où il est possible d'obtenir une liste

exhaustive des normes relatives à la protection contre la foudre et

les coordonnées des professionnels membres.

A titre d'information voici un descriptif non exhaustif

des techniques courantes de protection :

Protection associée aux risques de surtensions amenées par les réseaux externes

• Les réseaux externes conducteurs ne véhiculant pasde l'énergie (tuyauteries métalliques) doivent être reliés au réseau de masse afin éviter les risques liés
• aux différences de potentiel.

Protection des réseaux internes

• La condition nécessaire à l'obtention d'une bonne protection contre la foudre est l'équipotentialité, qui est un moyen fiable pour éviter les amorçages ou les destructions de matériels. Pour cela il est nécessaire de procéder à un maillage des masses, toutes les structures métalliques seront interconnectées grâce à ce maillage.
• Cheminement des câbles : séparation des câbles protégés de ceux qui ne le sont pas.
• Réduction des surfaces de boucle : malgré une bonne équipotentialité, il subsiste un risque de surtension du fait des champs magnétiques qui induisent des tensions dans toute boucle de conducteur électrique.
• Le regroupement des équipements sensibles a son intérêt dans la gestion du risque.
• Limiteur de surtension : limitation de l'amplitude en amont de l'installation.
• Parafoudres et parasurtenseurs : leur rôle est de limiter les surtensions transitoires à des valeurs non dangereuses pour le matériel et d'évacuer les courants de décharge vers la terre.

Protection des bâtiments

Le paratonnerre situé sur le sommet d'un bâtiment permet de

capter la foudre, de canaliser et d'évacuer l'énergie vers la terre.

On distingue trois types de paratonnerres :

• Paratonnerres à tige : tige métallique placée en partie
• supérieure du bâtiment. L'énergie sera écoulée vers la terre le long d'une descente verticale (type pointe de Franklin - type à dispositif d'amorçage PDA).
• Paratonnerre à cage maillées : consiste à réaliser un maillage autour du volume du bâtiment. Les conducteurs peuvent être équipés de pointes courtes sur les parties situés au sommet du bâtiment. Chaque conducteur de descente est relié à une prise de terre.
• Paratonnerre à fils tendus : système constitué d'un ou plusieurs fils conducteurs tendus au-dessus des installations à protéger. Cette méthode est utilisée en particulier pour la protection des lignes hautes tensions des réseaux électriques.

La prise de terre permet dans le cadre d'un maillage des masses de

fixer un potentiel invariable des appareils ou des éléments conducteurs,

d'une manière générale d'écouler à la terre l'énergie.

Recommandations pour les personnes voulant se protéger de la foudre

• éviter les activités de plein air.
• éviter l'utilisation du téléphone.
• éviter de courir, de faire de grands pas.
• éviter les abris naturels (grottes...).
• s'abriter dans un bâtiment clos si possible, à défaut dans une voiture.
• ne pas s'abriter sous un arbre isolé.
• s'il n'y a pas d'abris possibles, s'accroupir les pieds joints, les genoux repliés vers le torse.
• éviter de faire de la bicyclette, de monter à cheval.
• en espace ouvert ne pas porter sur soi d'objets métalliques (parapluie, club de golf, fourche...).
• éviter tout contact avec les objets métalliques (conduites d'eau), appareils électriques.
• débrancher les câbles d'antenne et d'alimentation électrique du téléviseur.
• en montagne, ne pas se plaquer contre une paroi rocheuse, mais s'en éloigner.
• en bateau, relier le mât métallique du bateau, soit à la coque si elle est métallique, soit à une chaîne métallique plongeant dans l'eau.

5- Terminologie

LF : technologie Basse Fréquence (Capteurs Vaisala LS7001 installés en France)

VHF : technologie Très Haute Fréquence (Capteurs Vaisala LS800 installés en région parisienne)