Foudre et protection des bâtiments

Lorsque Benjamin Franklin inventa, en 1753, le paratonnerre à tige, il pensait que, par son effet de pointe, celui-ci était capable d’écouler à la terre le « fluide électrique » contenu dans le nuage orageux, et, par là, d’empêcher la foudre de tomber.

Cette hypothèse, encore admise par certains il n’y a pas si longtemps, ne résiste pas à l’analyse que permet la connaissance moderne des phénomènes d’ionisation. D’ailleurs, cette façon de voir fut rapidement infirmée, déjà du temps de Franklin : parmi les nombreuses tiges qu’il fit élever, cinq furent frappées par la foudre dès la première année de leur mise en place.

La seconde façon d’expliquer le rôle protecteur des paratonnerres consiste alors à considérer leur pouvoir d’attraction sur la foudre. On a cependant assez rapidement reconnu que ce pouvoir était limité à un volume relativement réduit, ce qui permet néanmoins d’assurer une certaine zone de protection autour du paratonnerre. Diverses définitions de cette zone, toutes empiriques, ont été données, généralement sous la forme d’un cône de section circulaire, d’axe vertical, et dont le sommet coïncide avec la pointe du paratonnerre. On a longtemps admis que le demi-angle au sommet de ce cône devait être de l’ordre de 45 ou 60˚. On a également représenté le contour de la zone protégée par une surface de révolution dont la génératrice était un arc de cercle tangent à la fois à la tige du paratonnerre en son sommet et à la surface au sol.

Malheureusement, ces divers modèles de protection sont encore imparfaits, car ils ne prévoient pas certains cas extrêmes. On connaît, en effet, de nombreux cas où la foudre est tombée au pied même du paratonnerre ou d’une tour élevée, ou a frappé cette tour à mi-hauteur. Ces observations ont notamment été faites auprès de tours de télévision et semblent même montrer que la concentration d’impacts est, à leur voisinage, supérieure à la moyenne de la région.

Ces exemples montrent qu’une protection parfaite contre la foudre est illusoire. Le risque encouru doit être maîtrisé. Nous montrerons dans cet article que, dans le cas où une protection absolue est nécessaire, la seule solution consiste à entourer l’objet à protéger par une cage de Faraday, à moins que l’objet ne soit lui-même en métal conducteur. Cependant, l’application qui est faite de la cage de Faraday pour la protection directe contre la foudre, la cage maillée, a une efficacité qui varie en fonction de la dimension des mailles. Parallèlement, ces dernières années ont vu apparaître de nouveaux paratonnerres [appelés PDA (paratonnerre...