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Protéger logements et locaux contre les effets de la foudre

Publié le 16 octobre 2017

Se protéger contre les effets de la foudre, c’est avant tout garantir la sécurité des personnes et des biens, tout en assurant la continuité de service des installations électriques. Selon le contexte et le niveau d’exposition, la mise en œuvre de parafoudres ou d’un paratonnerre et de parafoudre(s) doit respecter des règles précises.

La foudre et ses conséquences sur les installations domestiques

Le phénomène foudre et ses conséquences restent encore largement méconnus. Il est utile de rappeler quelques notions de base nécessaires pour mieux percevoir l’intérêt de disposer de protections efficaces.

Les installations domestiques comportent aujourd’hui un grand nombre d'équipements électroniques sensibles liés à nos habitudes de consommation "voix, données, images". L’équipement électroménager embarque en outre de plus en plus souvent des cartes électroniques. L’éclairage LED est lui aussi très sensible aux surtensions.

Le choix des parafoudres à mettre en place dépend de la tenue de ces matériels électriques/électroniques à protéger. Les caractéristiques des parafoudres ont été étudiées pour assurer une protection à tous les niveaux d’une installation électrique.

Il existe 4 catégories de tensions de tenue aux chocs : 1,5 kV, 2,5 kV, 4 kV et 6 kV. L’appartenance à une catégorie dépend de la tenue électrique du matériel aux surtensions. Ces équipements représentent au total une valeur économique élevée qu’il est judicieux de protéger contre les effets de la foudre (mise hors service immédiate ou atteinte à la durée de vie à moyen terme). Dans certains cas, lorsque frappe la foudre, il arrive que ce soit l’installation électrique elle-même (tableau, fils et câbles) qui soit partiellement voire totalement détruite !

La foudre intervient soit :

  • de façon directe sur le bâtiment ;
  • de façon indirecte, en suivant les fils électriques et téléphoniques ou toute autre canalisation métallique (canalisation d'eau, antenne,...) entrant dans les bâtiments, sur plusieurs centaines de mètres, voire jusqu’à un kilomètre.

Halte aux idées reçues : ouvrir le disjoncteur de tête ne change rien !

Ouvrir le disjoncteur de branchement par temps orageux ne change en rien les conséquences potentielles de la foudre du fait de sa tenue aux surtensions qui n’est pas suffisante.
En effet, cette action ne permet pas d'isoler l'ensemble des équipements, car la foudre peut traverser un disjoncteur ouvert du fait d’un faible espacement entre les contacts. Par ailleurs, il ne faut pas négliger la ligne téléphonique ou l’antenne en toiture qui constituent d’autres accès pour les courants de foudre… jusqu’aux appareils.

Comment se protéger ?

En mettant en œuvre des dispositions techniques, l’installateur va limiter les effets de la foudre et diminuer la vulnérabilité du site à protéger. Une étude de risque permet de déterminer précisément le niveau de protection requis et les équipements à protéger.

Faut-il prévoir la mise en œuvre d’un système de parafoudres ou d’un paratonnerre et de ses parafoudres associés?

D'une façon générale, la protection contre la foudre impose de distinguer les coups de foudre directs des effets indirects. La probabilité d'occurrence du phénomène foudre ainsi que ses effets doivent être estimés à l'aide d'une analyse du risque dont la procédure est détaillée dans la norme NF EN 62305-2 et dans le 17-108 (méthode simplifiée) ou encore en utilisant l’utilitaire proposé sur le site de l’APFoudre (www.apfoudre.fr).

Au final, cette analyse permet :

  • de choisir les équipements à protéger en priorité ;
  • de définir le niveau de protection nécessaire pour le paratonnerre (Système de Protection Foudre) et les parafoudres.

Plusieurs pistes pour se protéger

La protection consiste à installer :

  • des paratonnerres pour prévenir les effets directs de la foudre sur des sites particulièrement exposés ; pour rappel un paratonnerre impose la mise en place de parafoudre dit de Type 1 sur les lignes connectées ;
  • des parafoudres pour prévenir les effets indirects sur les installations électriques et de télécommunication.

Les protections doivent être maintenues en état via des contrôles périodiques, de manière à garantir leur efficacité dans le temps et assurer la pérennité du site protégé.

Densité de foudroiement :

  • en France métropolitaine, la valeur varie localement et la valeur de Ng est disponible sur le site de Météorage.
  • hors Métropole, on utilisera les valeurs suivantes :
DOM-TOMNg
Mayotte4,7
Guyane4,0
Tahiti3,7
Guadeloupe3,6
Martinique3,1
Réunion1,2
Nouvelle Calédonie0,9
Saint Pierre et Miquelon0,6

Il est à noter que la notion la plus précise actuellement pour l’analyse du risque est celle de densité de points de contact Nsg. Si en métropole Météorage donne directement la valeur de Nsg sur son site, il convient de multiplier les valeurs ci-dessus par 2 hors Métropole pour obtenir la valeur de Nsg.

Dans le cas d'un bâtiment équipé d'un paratonnerre, la mise en œuvre d'un parafoudre est systématiquement obligatoire, quelle que soit la densité de foudroiement du lieu.

En l'absence de paratonnerre et dès lors que l'alimentation électrique depuis le poste source s'effectue par une ligne entièrement souterraine, aucun parafoudre n'est imposé.

En présence de paratonnerre, le parafoudre placé à l'origine de l'installation est obligatoirement de Type 1, de courant de choc minimal Iimp de 12,5 kA et de tension Up <2,5 kV.

En l'absence de paratonnerre, le parafoudre placé à l'origine de l'installation est de Type 2, de courant nominal de décharge In au moins égal à 5 kA et de tension Up 2,5 kV.

L’évaluation du risque sur de bonnes bases

L’analyse du risque foudre ne peut se faire qu’en appliquant au choix la norme NF EN 62305-2 ed.2 selon la méthode complète, ou le guide UTE C 17-108 via une méthode simplifiée (une méthode adaptée aux seuls réseaux électriques est en cours de révision dans le guide 15-443 pour être compatible avec la méthode complète).

Se protéger avec un parafoudre

Parafoudre : une action contre les effets indirects

Les parafoudres couvrent les risques de surtensions car les effets indirects sont pris en compte et maîtrisés.

En plus de frapper les bâtiments de plein fouet, la foudre peut également tomber au voisinage des réseaux d'énergie et de communication en y générant des surtensions. Il s’agit là des effets indirects de la foudre. La protection contre ces effets indirects consiste à installer des parafoudres.

Il existe principalement deux types de parafoudres :

  • le parafoudre de Type 1 : il se raccorde en tête d'installation, il est conçu pour des installations où le risque foudre est important (obligatoire en présence de paratonnerre) ;
  • le parafoudre de type 2 : il est conçu pour les installations où le risque de coup de foudre direct est peu probable (site sans paratonnerre ou moins exposé), il se raccorde en tête d’installation. Ce parafoudre peut aussi être raccordé à proximité d'équipements particulièrement sensibles ou dans le cas d'une installation très étendue, dans le cadre d'une protection de type "cascade".

Quand doit-on installer un parafoudre ?

Quelques règles simples permettent de comprendre si l’installation d’un parafoudre est rendue obligatoire par la norme d’installation.

Le tableau 44B de l'amendement 1 à la norme NF C 15-100 précise dans quels cas la mise en œuvre de parafoudres est obligatoire. Cela dépend :

  • de la densité de foudroiement Ng du lieu, d'une part (voir carte à droite) ;
  • des caractéristiques du bâtiment et de son alimentation électrique, d’autre part.
carte

Continuité de service : ajuster la sélectivité

Le déclenchement des dispositifs de protection à l'origine de l'installation (AGCP) lors du fonctionnement des parafoudres est préjudiciable et peut avoir des conséquences économiques. D’où l’importance de prendre en compte la continuité de service…

La continuité de service doit être assurée par la parfaite coordination entre les parafoudres et les dispositifs de protection de l'installation électrique afin d'obtenir une sélectivité satisfaisante.

En schéma TT, un dispositif différentiel de type "S" doit être installé en amont du parafoudre placé à l'origine de l'installation. Ce dispositif dit "sélectif" (en général le disjoncteur de branchement dans le cas d'un branchement à puissance limitée) est en effet immunisé contre les risques de déclenchements indésirables dus à la foudre pour des courants jusqu’à 5 kA.

Pas de différentiel 30 mA en amont du parafoudre !

Attention : conformément à l'amendement 3 à la norme NF C 15-100, le circuit du parafoudre installé à l'origine de l'installation ne doit pas être protégé par un dispositif différentiel à haute sensibilité (30 mA), sous peine de déclenchement intempestif.

Fin de vie sous contrôle

Dans tous les cas, la défaillance du parafoudre ne doit pas produire une liaison directe entre le neutre et la terre de l'installation. En fin de vie, le parafoudre doit assurer sa mise hors service de façon contrôlée.

Pour cela, le parafoudre doit être équipé d'un dispositif de déconnexion incorporé (protection contre les emballements thermiques) et être associé à des fusibles ou à un disjoncteur (protection contre les courants de court-circuit) connectés en aval du parafoudre.

Ces deux dispositifs de sécurité doivent être munis de voyants de fonctionnement ou de départ d'alarme sonore et visuelle pour indiquer à l'usager l'état permanent du parafoudre.

Se protéger avec un paratonnerre

Paratonnerre : il agit contre les effets directs

Le paratonnerre agit pour protéger le bâtiment contre les coups de foudre directs, grâce à un dispositif placé en toiture. Le coup de foudre direct désigne l'impact d'un courant de foudre sur une structure de plein fouet. Les installations ou structures sont alors protégées au moyen d'un système extérieur de protection contre la foudre. Celui-ci comprend au minimum : un dispositif de capture, des conducteurs de descente et une prise de terre foudre. Pour des raisons d’équipotentialité des réseaux de terre, cette prise de terre foudre sera reliée au reste de l’installation électrique par un conducteur de terre. L’installation d’un paratonnerre induit automatiquement le recours à une solution de protection par parafoudre de l’installation électrique et des tous les réseaux filaires connectés (téléphone…).

Le dispositif de capture est par exemple constitué d'un paratonnerre à tige simple, d'un paratonnerre à dispositif d'amorçage, de fils tendus ou d'une cage maillée. Dans tous les cas, quel que soit le système installé, les échecs à la protection sont rarissimes (sachant aussi qu'aucune solution ne garantit 100 % de protection). Le véritable intérêt d'un paratonnerre, au cas où la foudre passerait à proximité d’un bâtiment et risquerait de le toucher, est bien de capter et d’écouler la décharge dans les conducteurs de descente, afin de protéger le bâtiment.

Paratonnerre : cage maillée, la meilleure protection

La cage maillée constitue la meilleure des protections contre les effets directs de la foudre, mais elle est difficilement réalisable pour un bâtiment existant. En revanche, elle doit être privilégiée dans le cadre d’un bâtiment neuf et utilisée pour protéger des bâtiments très sensibles (risque d'explosion ou d'incendie, bâtiments classés).

Il est possible de combiner le principe de la cage maillée avec d’autres techniques de paratonnerres, en fonction de l'environnement de l'installation à protéger. Les conducteurs de descente doivent être dimensionnés pour supporter les contraintes qu'impose la tenue au passage d'un courant de foudre, dont l'écoulement vers la prise de terre doit être le plus direct possible.

Primordial : la qualité de la prise de terre

Pour écouler le plus facilement possible le courant de foudre, les prises de terre des paratonnerres sont de préférence constituées par au moins 2 conducteurs d'environ 8 m de longueur, de même nature et de même section que les conducteurs de descente, et enfouis horizontalement à une profondeur d'au moins 0,5 m.

La solution consistant en un triangle avec des piquets aux 3 extrémités du triangle est généralement encore plus efficace. Il s’agit alors d’ensemble d'au moins trois piquets verticaux d'au moins 2 m de longueur, espacés entre eux d'une distance au moins égale à leur longueur.

Ces prises de terre, d'une valeur inférieure à 10 ohms, sont reliées à la prise de terre du bâtiment. Pour rappel, lorsqu'un bâtiment ou une structure est équipé d'un paratonnerre, la mise en œuvre de parafoudre(s) est obligatoire.

Paratonnerre à dispositif d’amorçage

Les paratonnerres à dispositifs d’amorçage (PDA) génèrent un amorçage de façon plus précoce qu’un paratonnerre à tige simple dans les mêmes conditions.

Un PDA est constitué d’une pointe captrice, d’un dispositif d’amorçage, d’un élément de fixation et d’une connexion au conducteur de descente.

Ces dispositifs à pointes actives reposent sur la théorie de l'avance à l'amorçage : le dispositif permet d'accroître la distance d'amorçage en générant un traceur ascendant précoce (par rapport au traceur ascendant naturellement émis par une pointe simple).

La zone protégée par un PDA est déterminée en fonction de son efficacité. Toutefois, un PDA doit être installé de préférence au niveau de la partie la plus élevée de la structure. Le haut du PDA doit être installé au moins à 2 mètres au-dessus de la zone à protéger (y compris les antennes). Il doit lui-même constituer le point le plus élevé de la zone à protéger.

Pour l’installation de chaque système de protection contre la foudre, une évaluation des risques doit être réalisée.

Deux fiches d’interprétation à la norme

Publiées en novembre 2014, deux fiches d’interprétation à la norme NF C 17-102 de septembre 2011 (Protection contre la foudre – Protection des structures et des zones ouvertes contre la foudre par paratonnerre à dispositif d’amorçage) apportent des précisions sur leur mise en œuvre :

  • Fiche NF C 17-102 F9
    Question : peut-on utiliser des conducteurs multibrins conformes à la norme NF EN 50164-2 comme conducteurs de descente ou de prises de terre ?
    Réponse : non, compte tenu du fait que généralement il n’y a que deux conducteurs de descente associés à chaque paratonnerre.
  • Fiche NF C17-102 F10

Question : quelle est la distance minimale entre une ligne HT et un PDA ?
Réponse : pour des raisons de sécurité, les distances minimales lignes / PDA sont : HTA : 5 m ; HTB : 20 m. En ce qui concerne l’efficacité du PDA, se rapporter aux indications complémentaires éventuelles du fabricant.

Protection des installations photovoltaïques

Les installations photovoltaïques sont particulièrement sensibles aux effets de la foudre. Par ailleurs, une installation hors-service est une installation qui ne produit plus d’électricité, d’où un manque à gagner important. Autant de raisons pour lesquelles il convient d’appliquer les règles en vigueur.

D'application obligatoire depuis 2011, le guide UTE C 15-712-1, dédié aux installations photovoltaïques raccordées au réseau public de distribution succède au guide UTE C 15-712. Concernant les dispositions à prendre contre le risque foudre dans ce contexte, quatre points introduits par le guide UTE C 15-712-1 méritent d'être soulignés :

  • la section minimale obligatoire du conducteur d'équipotentialité, destiné à minimiser les surtensions induites au niveau des structures métalliques des modules, est passée de 4 à 6 mm² ;
  • côté AC : que l'alimentation électrique soit aérienne, aérosouterraine ou souterraine, la mise en œuvre de parafoudres est obligatoire en présence de paratonnerre ou dès que la densité de foudroiement Ng est supérieure à 2,5 ;
  • côté DC, en présence d'un paratonnerre, le parafoudre de type 2 est obligatoire. En l'absence de paratonnerre, une règle simplifiée est introduite, basée sur la distance (L) cumulée entre l'onduleur et les points les plus éloignés des modules photovoltaïques constituant la chaîne ;
  • côté AC et DC, la longueur de canalisations électriques de 30 m au maximum (qui prévalait initialement entre un parafoudre et un matériel électrique à protéger), est désormais réduite à 10 m. En d'autres termes, une canalisation électrique d'une longueur supérieure à 10 m entre un disjoncteur de branchement et un onduleur nécessitera la mise en œuvre de 2 parafoudres : un à l'origine de l'installation et un second à proximité de l'onduleur. Il en va de même côté continu entre le champ photovoltaïque et l'onduleur.

Protection des réseaux courants faibles

En marge de l’installation électrique basse tension, il existe d’autres vecteurs de propagation des coups de foudre indirects, via les entrées de lignes pour le téléphone ou l’antenne…
Il existe des parafoudres dédiés spécifiquement à la protection :

  • des entrées de lignes téléphoniques analogiques ou numériques ;
  • des matériels informatiques ;
  • des entrées de câbles coaxiaux ; 
  • des systèmes de vidéosurveillance.

Généralement situées à l’extérieur des bâtiments, les lignes de vidéosurveillance et les caméras peuvent être soumises à des surtensions transitoires causées par la foudre. Des parafoudres adaptés permettent d’anticiper les risques de pannes. De la même façon, il existe des parafoudres coaxiaux conçus pour protéger les équipements connectés à des liaisons coaxiales type vidéotransmission.

D’autres parafoudres concernent la protection des entrées de liaisons téléphoniques classiques.

Afin de protéger les équipements électroniques alimentés en énergie selon la technologie PoE (Power over Ethernet), c’est-à-dire via un câble à paires torsadées, là aussi il est possible d’adjoindre des parafoudres spécifiques, pour des équipements disposés en intérieur comme en extérieur.

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