Comment fonctionne un paratonnerre ?

Le coup de foudre, il y en a des plus agréables que d'autres. Ce cher Benjamin Franklin a failli en faire la mauvaise expérience en testant le paratonnerre. Comment ça marche ?

Vous êtes bien plus à l'abri dans un avion en plein vol que sur la terre ferme, lorsqu'un orage éclate. Non, non, ce n'est pas une blague, la physique n'est pas d'humeur rieuse.
La foudre est un phénomène purement naturel qui frappe les régions de hautes altitudes et les objets proéminents. Comment éviter de recevoir une décharge ? Des règles élémentaires sont à connaître comme ne jamais s'abriter sous un arbre ou s'isoler du sol. En ce qui concerne les infrastructures comme les maisons, Benjamin Franklin a trouvé la solution à ses risques et périls : le paratonnerre. Mais le progrès scientifique passe aussi par un don de sa personne. Comment un tel objet protège de la foudre ?

	L'intensité du courant généré s'echelonne entre 10 000 et 50 000 ampères. ©  Vincent Minet

De l'électricité dans l'air

Les orages offrent un magnifique spectacle lumineux et sonore. Des éclairs rouges, violets, bleus zèbrent le ciel mais il ne faut pas pour autant oublier le danger existant. Ces éclairs consistent en des impacts de foudre de plusieurs millions de volts, de quoi terrasser plus d'un homme.

Prenez de gros nuages tels que les cumulonimbus, faites-y régner une grande différence de température entre la base et le sommet, vous obtiendrez une véritable cocotte minute. Des courants d'air vont alors s'opérer au sein de ces formations atmosphériques polarisant au passage les particules positivement en haut du nuage, et négativement à sa base.

Cette différence de charges crée une électricité dite statique car les charges ne circulent pas, elles restent sur place. Ce phénomène se produit lorsque vous vous frottez les cheveux avec un pull, ils se dressent sur la tête.

Une décharge de plusieurs millions de volts

Que devient cette électricité ? Le nuage gonfle de plus en plus et se charge de plus en plus négativement à sa base et inversement au sommet. Le sol est lui chargé positivement ; ce qui ne va pas laisser de marbre les particules négatives du nuage.

Première chose à savoir en physique : les contraires s'attirent et tendent à se rencontrer. C'est pareil dans ce cas sauf que  la masse d'air sert d'isolant jusqu'à un certain point. Et là, c'est l'explosion : une décharge électrique de forte intensité s'opère. Elle se visualise sous forme d'un éclair mais la foudre vient de frapper.

Protéger des impacts de foudre

Le seul moyen de se prémunir des effets dévastateurs de la foudre est de la conduire le plus rapidement possible à la Terre. Le paratonnerre va jouer le rôle de capteur et de conducteur de cette énergie électrique. Il se compose :

 D'un système de capture qui se présente sous différentes formes : une simple tige métallique (comme le modèle de Franklin), une cage de maille (modèle de Faraday)...Leur taille doit être telle qu'elle permette de protéger la structure dans sa totalité et non une partie. Cela forme comme une sphère bouclier.

 Des conducteurs de descente qui acheminent l'électricité au sol.

 De conducteurs enfouis dans le sol ce qui permet une meilleure dispersion de l'énergie et évite une concentration. On parle vulgairement de prise de terre.

Malgré plusieurs types de paratonnerres, il n'est pas rare d'observer des dégâts collatéraux, Il faut y apporter d'autres solutions pour protéger au maximum les constituants de l'installation électrique de l'infrastructure. Plus de deux millions d'impact de foudre sont enregistrés chaque année sur le sol français.