Le système de détection d’orages ATSTORM®, géré à distance par les experts d’Aplicaciones Tecnológicas S.A., utilise la double technologie des capteurs se basant sur le champ électrostatique et des capteurs se basant sur le champ électromagnétique. La lecture de tout capteur environnemental peut être perturbée par n’importe quel élément extérieur. La redondance des unités de détection ATSTORM® permet d’obtenir une alerte homogène valable pour toute la zone cible, grâce à l’autocompensation équilibrée des valeurs obtenues qui garantit une précision exceptionnelle.
La norme IEC 62793:2020 « Protection contre la foudre – Système d’alerte aux orages « 1 porte sur la nécessité d’installer un système de détection d’orages pour prévenir les pertes liées aux impacts de la foudre (pertes ou dommages aux personnes, pertes économiques dues aux dommages aux biens et à l’absence de continuité des services, et pertes et dommages environnementaux). La norme couvre deux catégories de détecteurs d’orages : les capteurs se basant sur le champ électromagnétique et ceux se basant sur le champ électrostatique.
Dans les deux cas, il s’agit de capteurs environnementaux dont la lecture peut être perturbée par tout élément extérieur, proche ou non, sans rapport avec le paramètre à mesurer. Les fabricants doivent donc intégrer les filtres et les méthodes d’installation adaptés pour minimiser ces interférences et accroître la fiabilité et la précision des mesures. Les capteurs de champs électromagnétiques et électrostatiques utilisés dans les systèmes de détection d’orages ne font pas exception. L’installation d’unités de détection redondantes est nécessaire pour garantir le bon fonctionnement des capteurs et peut également servir à améliorer les critères d’alerte en termes d’exactitude et de précision.
Interférences électromagnétiques et électrostatiques dans la détection d’orages
Les capteurs se basant sur le champ électromagnétique mesurent le rayonnement électromagnétique produit par la foudre, ce qui permet de détecter et de localiser de manière fiable des coups de foudre survenus. Ces capteurs font généralement partie de grands réseaux de détection, avec des capteurs répartis sur de vastes zones, y compris dans le monde entier2. La redondance de leurs unités est nécessaire pour détecter les décharges provenant des orages électriques, en les distinguant des autres rayonnements électromagnétiques présents dans l’environnement, qu’ils soient d’origine naturelle ou anthropogénique. Les signaux de radiofréquence provenant d’éléments proches (radiocommunications, moteurs électriques, lignes de transmission d’énergie, commutations, etc.) peuvent brouiller les lectures et générer de fausses détections. Des capteurs redondants permettent de filtrer tout ce bruit électromagnétique qui n’est pas causé par les orages électriques.
L’excès de signaux dans le spectre électromagnétique nécessite que les détecteurs se basant sur le champ électromagnétique les filtrent pour qu’ils puissent différencier les signaux produits par la foudre.
De plus, les différentes unités redondantes de capteurs se basant sur le champ électromagnétique assurent le fonctionnement global du réseau de détection même si, à un endroit donné, les capteurs ne sont pas opérationnels à ce moment-là. La distance entre ces capteurs peut être de 200 à 400 km, de sorte qu’il n’y aura pas toujours des capteurs locaux à un endroit spécifique, et qu’ils peuvent être situés à de longues distances (plus de 200 km).
Contrairement aux détecteurs de champ électromagnétique, les capteurs de champ électrostatique sont locaux, c’est-à-dire qu’ils sont situés dans la zone à protéger. Ces capteurs se basent sur la mesure du champ électrostatique ambiant qui subit une variation ponctuelle de +100-150 V/m à des dizaines de kV/m lors du passage du beau temps à des conditions orageuses3. Les fausses détections ou l’absence d’alerte des capteurs de champ électrostatique peuvent être dues à des sources de champ électrostatique autres que les nuages d’orage, comme des nuages de poussière ou des objets proches qui deviennent statiquement chargés, déformant ou protégeant le champ. Ces éléments proches qui peuvent être chargés statiquement doivent être pris en compte dans l’installation des capteurs de champ électrostatique pour éviter leur interférence. Dans le cas des nuages de poussière, ils n’émettront une alerte que si le champ qu’ils génèrent est très élevé, une situation dans laquelle des décharges électriques peuvent être générées, comme c’est le cas dans les déserts ou même dans les nuages de cendres des volcans en éruption. Pour cette raison, il n’est pas exact de les considérer comme une fausse alerte. Les sources de bruit électrostatique sont plus petites que celles du bruit électromagnétique, de sorte que les signaux mesurés nécessitent moins de filtrage que dans les détecteurs à champ électromagnétique. De plus, les fausses alarmes peuvent être évitées en ayant plusieurs unités de détection dans la zone.
Les sources de bruit électrostatique ne sont pas aussi abondantes que celles présentes dans le spectre électromagnétique. Les fausses alarmes sont évitées grâce à la redondance des unités de détection de champ électrostatique.
Les unités de détection redondantes permettent non seulement d’éviter les fausses alertes aux orages électriques, mais également d’améliorer les performances globales du système et d’accroître sa précision, comme c’est le cas avec le système expert de détection locale d’orages ATSTORM®.
Système de détection d’orages ATSTORM®
Le système expert de détection locale d’orages ATSTORM® pour la prévention du risque d’impact de la foudre est doté de capteurs se basant sur le champ électromagnétique et de capteurs de champ électrostatique. Cette double technologie de détection, associée à la connectivité de l’Internet des objets (IoT ou Internet of Things), fait de ce système le plus complet des systèmes de détection d’orages actuellement disponibles, résultat de plus de 15 ans d’expérience accumulée.
Les alertes à la formation ou à l’approche d’orages dans un rayon de 20 km sont basées exclusivement sur la mesure du champ électrostatique ambiant, unique protection préventive solide car elle détecte toutes les phases de l’orage, dès le début jusqu’au beau temps, comme le définit la norme IEC 62793:2020. Les capteurs de champ électrostatique sont les seuls capables de déterminer le risque réel de coup de foudre avant qu’une décharge ne se produise. Il convient de souligner que les capteurs de champ électrostatique de l’ATSTORM® sont entièrement électroniques et ne comportent aucune pièce mobile, ce qui constitue un avantage certain par rapport aux autres capteurs conventionnels.
Le système expert ATSTORM® intègre également un capteur électromagnétique qui étend la zone de surveillance jusqu’à un rayon de 40 kilomètres, permettant de définir un état de pré-alerte en cas d’orages actifs lointains s’approchant de la cible à protéger
Les capteurs des différentes unités redondantes sont connectés en permanence à Aplicaciones Tecnológicas, où leur signal est traité, leur fonctionnement est surveillé et des alertes sont envoyées aux clients par de multiples canaux. Le contrôle à distance garantit l’élimination des fausses alarmes, ainsi qu’une grande précision. Toutes les informations collectées et traitées sont fournies de manière centralisée pour les clients disposant de plusieurs sites.
L’installation de plusieurs unités de capteurs ATSTORM® dans une « zone cible » fournit une alerte homogène valable pour l’ensemble de la zone cible et pas seulement pour le point où les capteurs individuels sont installés, ce qui garantit une précision sans précédent.
Comme pour les réseaux de détecteurs se basant sur les champs électromagnétiques et les capteurs de champs électrostatiques, la stratégie d’installation du système ATSTORM® consiste à disposer de plusieurs unités de détection, dont le nombre et l’emplacement sont déterminés en fonction du lieu à protéger, en tenant compte de ses dimensions et du calcul du risque. Ces unités de détection redondantes fournissent une alerte homogène dans toute la zone à protéger, garantissant une précision exceptionnelle grâce à l’autocompensation équilibrée des valeurs mesurées. Comme il est géré par des experts, le bon fonctionnement du système ATSTORM® est garanti en toute situation, ce qui permet de prendre des décisions objectives en cas de coups de foudre.
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Références
- International Electrotechnical Commission (IEC). IEC 62793:2020 Protection against lightning – Thunderstorm warning systems. International Standard (2020).
- Rakov, V. A. Electromagnetic Methods of Lightning Detection. Surv. Geophys. 34, 731–753 (2013).
- Martinez-Lozano, M. Medición del campo eléctrico atmosférico en la ciudad de León. Establecimiento de límites para prevención ante la ocurrencia de descargas atmosféricas. (2014) doi:10.13140/2.1.3635.2323.