Paratonnerres PDA: quels critères doivent-ils respecter ?

Les paratonnerres, qu’ils soient passifs comme les pointes Franklin, ou actifs comme le dispositif d’amorçage (PDA), font partie des mesures permanentes de protection contre la foudre, conjointement avec les dispositifs de protection contre les surtensions ou parafoudres1. Ils sont installés de façon permanente sur les structures et les équipements à protéger des effets destructeurs de la foudre. Qu’il s’agisse de pointe Franklin ou de PDA, les normes spécifiques doivent être respectées afin de garantir une installation et un fonctionnement corrects.

La foudre est une décharge électrostatique atmosphérique qui provient de l’accumulation de charges électriques dans les nuages. Lorsque la charge dépasse un seuil de champ électrique, des décharges électriques peuvent se produire lorsque le leader ou le traceur descendant sort du nuage et s’approche suffisamment du sol pour qu’un ou plusieurs points reliés à la terre produisent des décharges corona qui deviennent le leader ou traceur ascendant. En connectant les deux, on crée un chemin de décharge le long duquel le courant de foudre passera du nuage au sol.

Les paratonnerres à dispositif d’amorçage (PDA) représentent une innovation technologique importante dans la protection contre la foudre en comparaison aux paratonnerres passifs ou pointes Franklin. Ils émettent le traceur ascendant en continu avant tout autre objet se trouvant dans leur rayon de protection, couvrant ainsi une plus grande zone de couverture.

Le paramètre définissant les PDA est leur temps d’avance (ΔT), c’est-à-dire la différence entre le temps d’émission du leader ascendant par rapport à celui d’une pointe Franklin, mesurée dans un laboratoire haute tension dans les conditions décrites dans les normes strictes de protection contre la foudre pour les PDA (UNE 21186:2011 et NF C 17-102). Plus le PDA anticipe la formation du traceur ascendant, plus grande sera la distance à laquelle il capturera le traceur descendant. Ainsi, le temps d’avance à l’amorçage détermine le rayon de protection du paratonnerre. Ce temps d’avance permet d’obtenir un volume de protection plus élevé, applicable même aux zones ouvertes et aux objets situés sur les toits et autour des bâtiments.

Le paratonnerre smart à dispositif d’amorçage DAT CONTROLER® REMOTE est un développement technologique novateur du département R&D&I d’Aplicaciones Tecnológicas S.A. Il contient un générateur électropulsant qui émet des impulsions électriques de haute tension, pour lequel il est alimenté uniquement par le champ électrique atmosphérique. Ce générateur est en mode veille en l’absence d’orages. Lorsque les conditions orageuses apparaissent, le générateur se met en marche et reste dans un état de pré-contrôle jusqu’à ce que le traceur descendant soit dans son rayon d’action. Il émet alors le traceur ascendant qui formera le chemin pour la décharge électrique de la foudre. Le courant de la foudre passe par l’extérieur de l’armature et par le gap pour être conduit au sol, sans endommager le circuit interne.

Contrairement à d’autres PDA, le DAT CONTROLER® REMOTE est un dispositif entièrement autonome, ne nécessitant aucune maintenance et doté d’un système d’autodiagnostic et d’une connectivité par le biais de IoT (Internet of Things)..

Conditions requises pour les paratonnerres PDA

Tous les paratonnerres à dispositif d’amorçage doivent au minimum être conformes aux normes en vigueur. La dernière édition des normes UNE 21186, NF C 17-102 et NP 4426 exige que les essais soient effectués consécutivement et sur le même échantillon. En d’autres termes, il n’est pas valable d’utiliser un paratonnerre différent pour chaque essai, sachant qu’il est essentiel de garantir l’inaltérabilité des éléments face aux différents agents environnementaux et aux conditions d’utilisation extrêmes.

Pour ce faire, quatre essais sont effectués :

  1. Essai en atmosphère saline : le paratonnerre est soumis à des conditions environnementales corrosives comme celles qui peuvent être présentes dans les zones côtières, industrielles ou les grandes zones urbaines.

On effectue ensuite l’essai suivant sur le même échantillon:

  1. Essai en atmosphère sulfureuse: une atmosphère humide avec du dioxyde de soufre est générée, ce qui simule la pollution industrielle (effet de pluie acide), particulièrement pertinent pour les environnements industriels.

Une fois le test réussi, on poursuit sur le même échantillon:

  1. Essai de courant : les normes de protection contre la foudre supposent comme onde de décharge directe une double exponentielle avec un temps de montée de 10 µs (jusqu’à 90 % de sa valeur de crête), une valeur de crête de 100 kA et un temps de queue de 350 μs (jusqu’à 50 % de sa valeur de crête). Ainsi, lors de l’essai de courant, 3 impulsions de 100 kA avec une onde de 10/350 μs sont appliquées au paratonnerre. Cela permet de garantir le bon fonctionnement du paratonnerre après des courants de foudre répétés.
  1. Essai de temps d’avance : cet essai est effectué après les essais précédents, pour s’assurer que le produit conserve sa caractéristique principale (le temps d’avance), même après avoir subi des conditions environnementales corrosives et des décharges de haute énergie. Ce facteur ΔT détermine le rayon de protection du paratonnerre PDA. Pour être considéré comme un PDA, le temps d’avance doit être supérieur à 10 µs. De plus, il faut veiller à ce que la déviation des résultats obtenus pour le PDA soit inférieure à 0,8 multiplié par la déviation d’une pointe Franklin.

DAT CONTROLER® REMOTE, au-delà des exigences normatives

Cependant, il ne suffit pas d’effectuer les essais requis par les normes si l’on veut garantir le bon fonctionnement d’un paratonnerre PDA à tout moment et dans les conditions les plus exigeantes. Par exemple, bien que seulement 3 impulsions de 100 kA soient exigées dans les essais normatifs, la même norme définit le Niveau I de Protection comme étant capable de résister à 99 % des coups de foudre, ce qui, selon les statistiques, correspond à un courant de pointe de 200 kA.

De plus, des conditions de fortes pluies pourraient court-circuiter le dispositif d’amorçage, transformant le paratonnerre PDA en une pointe Franklin coûteuse. Ceci est dû au fait qu’un PDA nécessite deux électrodes isolées : une à potentiel atmosphérique et l’autre à potentiel de terre. L’alimentation du dispositif d’amorçage est assurée par la différence de potentiel élevée qui se produit entre ces électrodes en conditions d’orage. Si l’isolation est défaillante, il en résultera un court-circuit du dispositif d’amorçage qui perdra sa caractéristique principale (le temps d’avance, ΔT). La zone de protection sera donc considérablement réduite par rapport à celle fournie par une pointe Franklin classique, laissant des zones non protégées. Pour éviter ces effets, il est nécessaire de garantir l’isolation des bornes des paratonnerres PDA en cas de pluie, neige, glace, grêle, etc. susceptibles de rendre le circuit interne inutilisable.

C’est pourquoi le paratonnerre PDA DAT CONTROLER® REMOTE d’Aplicaciones Tecnológicas S.A. non seulement réussit tous les essais exigeants des normes avec les plus hauts contrôles de qualité, mais possède également une série de caractéristiques supplémentaires qui font de lui un paratonnerre PDA unique et le plus complet actuellement disponible sur le marché.

      • Certificat de produit avec le label N d’AENOR, le plus haut organisme de contrôle d’Espagne. Cette marque garantit que le paratonnerre DAT CONTROLER® REMOTE est conforme à la réglementation spéciale RP 058 d’AENOR pour les paratonnerres à dispositif d’amorçage. Les essais sont effectués dans des laboratoires officiels indépendants et, de plus, les techniciens d’AENOR vérifient périodiquement que les paramètres de contrôle requis sont respectés dans les échantillons de production.
      • Essai prolongé de stress par courant de foudre. Alors que l’essai actuel de la norme exige de soumettre le paratonnerre à 3 impulsions de 100 kA avec une onde de 10/350 μs, le DAT CONTROLER® REMOTE est en plus soumis à 20 impulsions de 200 kA et 5 impulsions de 250 kA avec une onde de 10/350 μs. En utilisant 20 impulsions de 200 kA (le courant de crête pour le niveau de protection I), il est démontré que le DAT CONTROLER® REMOTE est un paratonnerre adapté au niveau de protection le plus restrictif. De plus, sur les 20 impulsions, 10 sont de polarité positive et 10 de polarité négative, ce qui garantit le fonctionnement de DAT CONTROLER® REMOTE contre toutes les manifestations possibles de la foudre.
      • Fonctionnement en conditions de pluie (isolation supérieure à 95%), conformément à la norme UNE-EN 60060-1:2012. Le design du paratonnerre DAT CONTROLER empêche la pluie et d’autres éléments météorologiques défavorables de mettre la carcasse métallique (à potentiel électrique atmosphérique) en contact avec la tige métallique (à potentiel de terre)..
      • Autodiagnostic et connectivité IoT: le paratonnerre Smart DAT CONTROLER® REMOTE dispose d’un autodiagnostic de la tête captrice, dont les résultats sont envoyés par communication M2M à l’utilisateur. Cette innovation permet non seulement de surveiller l’élément de capture, mais également de réduire le temps et les coûts de maintenance de l’installation.

L’autodiagnostic quotidien élimine la nécessité d’accéder et de démonter le paratonnerre, ce qui permet d’optimiser la maintenance préventive et corrective de l’installation. Le système smart permet la centralisation de l’état en temps réel de tous les dispositifs installés par le biais d’une page web personnalisée, où l’on peut surveiller tous les paratonnerres installés et gérer les alarmes, les notifications et les rapports.

En plus des fonctionnalités avancées de DAT CONTROLER® REMOTE, l’installation peut être complétée par le compteur de foudre smart ATLOGGER REMOTE, qui surveille l’activité électrique sur le conducteur de descente du paratonnerre, enregistrant l’amplitude, la polarité, la charge et l’énergie spécifique de l’impulsion de courant, ainsi que la date et l’heure de l’impact. Grâce à la communication IoT, il envoie les données obtenues, fournissant des informations et des alertes en temps réel sur les impacts de foudre à plusieurs endroits.

Le paratonnerre intelligent DAT CONTROLER® REMOTE est doté de la dernière technologie en matière de PDA, au-delà des normes en vigueur. De plus, la connectivité IoT garantit une efficacité maximale de l’installation. Le DAT CONTROLER® REMOTE et le ATLOGGER REMOTE appartiennent tous deux à la gamme Smart Earthing and Lightning Solutions d’Aplicaciones Tecnológicas S.A. Cette gamme révolutionne la maintenance des installations de systèmes de protection contre la foudre grâce à un contrôle global et une surveillance continue et automatisée.

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Références

    1. Tamborero, J. M. & Polo, S. NTP-1.084: Prevención de riesgos laborales originados por la caída de rayos. (2017).