Ce sont là quelques questions essentielles, et bien d’autres, qu’aborde dans ce texte, digne d’intérêt, Dr Alhadi Wereme, chargé de recherche à l’Institut de recherches en sciences appliquées et technologies (IRSAT). Un institut qui relève du Centre national de la recherche scientifique et technologique (CNRST).

Chaque année, à partir des mois de mai-juin, et jusqu’en octobre, notre pays est soumis à une intense activité pluvieuse avec des orages associés aux différents systèmes pluvieux, que ce soit à partir des développements nuageux locaux ou des ensembles de plus grandes envergures comme les lignes de grains. Quel que soit le système pluvieux, ces manifestations orageuses sont accompagnées de foudre.

L’objet de notre écrit, c’est une tentative d’explication du phénomène physique de la foudre, ses manifestations, et surtout ses effets et conséquences sur les hommes, les êtres vivants et les biens, et quelles protections possibles.

Le phénomène physique de la foudre

Depuis l’aube de l’humanité, l’homme est fasciné par la foudre. Il attribuait alors au phénomène orageux une dimension mythique qui traduisait la colère des dieux.

C’est à partir du XXe siècle que l’étude de la foudre est devenue une science. On découvre alors que les orages sont indispensables à la vie, qu’ils assurent le maintien du champ électrique de notre planète.

Depuis le milieu du XXe siècle à aujourd’hui, le développement des réseaux de transport et de distribution d’énergie, de l’informatique et de l’électronique motive sérieusement la recherche en matière de protection contre la foudre, et donc sur le phénomène lui-même.

Bien que l’on puisse observer des éclairs dans des tempêtes de sable, de neige ou dans les nuées ardentes des éruptions volcaniques, le principal générateur d’orage est le cumulo-nimbus.

C’est un nuage qui, à partir d’un petit nuage appelé cumulus, se développe en altitude jusqu’à plus de 10 kilomètres. Sa base se situe à environ 2 à 3 kilomètres au-dessus du sol, et il occupe plusieurs dizaines de kilomètres carrés. Il est le siège de très forts vents ascendant et descendant, qui provoquent la collision des particules de glace et d’eau surfondue.

C’est le frottement entre ces particules qui entraîne l’électrisation du nuage et la séparation des charges. Les particules les plus lourdes (gouttes d’eau) chargées négativement se retrouvent dans le bas du nuage, alors que les particules les plus légères (cristaux de glace) chargées positivement sont situées dans le haut du nuage. Parfois un îlot de charges positives est enserré dans la masse négative.

Deux charges électriques opposées sont fortement attirées l’une vers l’autre. Au bout d’un moment, la couche d’air intermédiaire, isolante, ne peut plus empêcher les charges de se rejoindre, et une décharge électrique a lieu (ionisation). Les charges négatives dans la partie basse du nuage se déplacent vers les charges positives de la terre selon un parcours aléatoire en zigzag (invisible) appelé traceur par bonds ou amorce échelonnée (le traceur par bonds met un centième de seconde pour arriver au sol et se déplace à environ 200 km/s).

Par bonds successifs, l’éclair pilote (sorte de boyau rempli d’électrons) descend en direction de la terre en suivant la plus forte intensité de charge. Quand il atteint les derniers décamètres qui le séparent du sol, une décharge (autre boyau similaire) partant d’un point du sol monte à sa rencontre. Lorsque la liaison s’établit entre les deux boyaux, se produit ce qu’on appelle la décharge principale, un courant circulant du sol vers le ciel tantôt suivi de plusieurs post-décharges.

Cette charge positive se propage extrêmement vite. Tout cela se répète rapidement dans le même processus, ce qui donne à l’éclair son apparence vacillante. Le processus continue jusqu’à ce que les charges se soient dissipées.

On distingue deux types d’éclair, les intra (ou inter-nuage) dont la décharge se produit à l’intérieur même du nuage (ou entre deux nuages) et les éclairs nuage-sol, ou dont la décharge se produit entre le nuage et le sol. Ces derniers sont responsables de nombreux dégâts et pertes causés à l’environnement, aux constructions et aux hommes.

L’échauffement de l’air provoqué par ce courant va entraîner sa dilatation, et une déflagration va suivre : c’est le tonnerre.

Ainsi, il y a des milliards de coups de foudre par an à travers le monde, et qui sont responsables de dégâts et pertes. Malheureusement, au Burkina, il n’y a pas de dispositifs de suivi statistiques des coups de foudre ainsi que les dégâts causés. Par exemple, en France, on a les chiffres suivants :

 une moyenne de 1 000 000 de

coups de foudre par an ;

 le coût annuel des dommages causés par la foudre se chiffre en milliards de francs ;

 entre 8 et 15 morts par an ;

 20 000 animaux foudroyés ;

 20 000 sinistres dus à la foudre dont 15 000 incendies ;

 50 000 compteurs électriques détruits ;

 250 clochers détruits.

Effets et conséquences de la foudre

Les principaux effets de la foudre sont les suivants :

 effets thermiques : ils sont liés aux quantités de charges à écouler lors du coup de foudre. Ils se traduisent par des points de fusion plus ou moins importants au niveau des impacts lorsqu’il s’agit de matériaux conducteurs, et par une élévation de température aux endroits de mauvais contact pour des matériaux de grande résistance. Sur des matériaux mauvais conducteurs, une grande quantité d’énergie est libérée sous forme de chaleur, l’humidité qu’ils contiennent provoque alors une surpression brutale allant jusqu’à l’éclatement.

 effets acoustiques : les forces électrodynamiques liées au courant dans l’éclair créent une dilatation de l’air du canal de foudre et une élévation de pression dans le canal. Cette surpression et sa disparition brutale créent une onde de choc. La distance du canal de foudre et son orientation par rapport à un observateur quelconque déterminent le spectre perçu par ce dernier.

 effets lumineux : les effets sur les installations sont limités aux équipements optiques. Chez l’homme, des lésions oculaires peuvent survenir.

 effets électriques :

1 - les surtensions par conduction : lorsqu’un coup de foudre frappe une ligne électrique, l’onde électrique se propage le long du conducteur, générant un très fort courant supplémentaire dans la ligne électrique, qui provoque à son tour une surtension. Ce phénomène entraîne presque toujours un court-circuit ;

2 - les remontées de terre : la résistivité des sols fait que les prises de terre sont résistantes, ce qui provoque lors du passage du courant de foudre une montée brutale de tension de l’installation ;

3 - l’induction magnétique : l’impact de foudre est accompagné d’un rayonnement électromagnétique, si ce dernier atteint un conducteur (une ligne électrique par exemple), le flux électromagnétique est générateur de tensions induites élevées.

Effets sur les hommes et les autres êtres vivants

Les personnes sont exposées à la foudre par différents types de foudroiements :

 foudroiements directs : la décharge électrique se produit par impact direct sur la personne ;

 foudroiement par éclair latéral : le courant de foudre descend par un élément faiblement conducteur avant de choisir un chemin de moindre résistance qui peut être une personne située à proximité ;

 foudroiement par tension de pas : lorsque la foudre frappe un point au sol, on a alors une tension électrique suffisante pour générer un courant qui passe dans les membres d’une personne ou d’un animal ;

 foudroiement par tension de toucher : si l’on touche simultanément deux objets conducteurs dont l’un subit une surtension liée à la foudre, la différence de tension entre les deux conducteurs est telle que le corps de l’individu est parcouru par le courant de foudre ;

 foudroiement par courant induit : foudroiement par captage d’une ramification d’un coup de foudre descendant.

Le risque majeur lors d’un foudroiement est l’arrêt cardio-vasculaire. Comme dans tous les cas d’électrocution, seule la réanimation cardiaque et respiratoire immédiate peut sauver la victime. D’autres manifestations sont possibles et doivent faire l’objet d’un diagnostic réalisé par un spécialiste.

Les lésions que l’on peut rencontrer sont des brûlures ou des lésions de type neurologiques, cardio-vasculaires et pulmonaires, traumatiques, auditives ou oculaires. Il existe des règles de sécurité à observer pour se prémunir de ce type d’accident.

Effets sur les biens

Le coup de foudre direct peut entraîner :

 des destructions de bâtiments et de matériels par incendies ou explosions ;

 des accidents liés à la manipulation de produits inflammables par temps d’orages ;

 les surtensions véhiculées par les lignes électriques causent des dommages sur tous les équipements sensibles :

• détériorations de

composants électroniques et

autres éléments ;

• dysfonctionnement des machines automatiques et des équipements informatiques ;

• vieillissement prématuré des composants électroniques ;

• interruption des chaînes de production en milieu industriel et perte de production.

Les protections possibles contre la foudre

Dans certains pays, notamment ceux développés, la protection contre la foudre est soumise à une réglementation importante régie par des normes et des arrêtés ou circulaires ministériels. Il existe même une association des professionnels de la protection contre la foudre.

Quelques techniques courantes de protection

 Protection associée aux risques de surtensions amenées par les réseaux externes : réseaux externes conducteurs ne véhiculant pas de l’énergie (tuyauteries métalliques) doivent être reliés au réseau de masse afin d’éviter les risques liés aux différences de tension.

 Protection des réseaux internes :

1) la condition nécessaire à l’obtention d’une bonne protection contre la foudre est l’équipotentialité, qui est un moyen fiable pour éviter les amorçages ou les destructions de matériels. Pour cela, il est nécessaire de procéder à un maillage des masses, toutes les structures métalliques seront interconnectées grâce à ce maillage ;

2) le cheminement des câbles : séparation des câbles protégés de ceux qui ne le sont pas ;

3) la réduction des surfaces de boucle : malgré une bonne équipotentialité, il subsiste un risque de surtension du fait des champs magnétiques qui induisent des tensions dans toute boucle de conducteur électrique ;

4) le regroupement des équipements sensibles a son intérêt dans la gestion du risque ;

5) le limiteur de surtension : limitation de l’amplitude en amont de l’installation ;

6) les parafoudres et parasurtenseurs : leur rôle est de limiter les surtensions transitoires à des valeurs non dangereuses pour le matériel, et d’évacuer les courants de décharge vers la terre.

Protection des bâtiments

Le paratonnerre situé sur le sommet d’un bâtiment permet de capter la foudre, de canaliser et d’évacuer l’énergie vers la terre. On distingue trois types de paratonnerres :

 paratonnerre à tige : tige métallique placée à la partie supérieure du bâtiment. L’énergie sera écoulée vers la terre le long d’une descente verticale (pointe de Franklin) ;

 paratonnerre à cage maillée : consiste à réaliser un maillage autour du volume du bâtiment. Les conducteurs peuvent être équipés de pointes courtes sur les parties situées au sommet du bâtiment. Chaque conducteur de descente est relié à une prise de terre ;

 paratonnerre à fils tendus : système constitué d’un ou plusieurs fils conducteurs tendus au-dessus des installations à protéger. Cette méthode est utilisée en particulier pour la protection des lignes hautes tensions des réseaux électriques.

La prise de terre permet dans le cadre d’un maillage des masses de fixer une tension invariable des appareils ou des éléments conducteurs, d’une manière générale, d’écouler à la terre l’énergie.

Recommandations pour se protéger de la foudre

 Eviter les activités de plein air ;

 Eviter l’utilisation du téléphone ;

 Eviter de courir, de faire de grands pas ;

 Eviter les abris naturels (grottes...) ;

 S’abriter dans un bâtiment clos si possible, à défaut, dans une voiture ;

 Ne pas s’abriter sous un arbre isolé ;

 S’il n’y a pas d’abris possibles, s’accroupir les pieds joints, les genoux repliés vers le torse ;

 Eviter de faire de la bicyclette, de monter à cheval ;

 En espace ouvert ne pas porter sur soi d’objets métalliques ;

 Eviter tout contact avec des objets métalliques (conduites d’eau), appareils électriques ;

 Débrancher les câbles d’antenne et d’alimentation électrique de tout appareil électrique ;

 En montagne et colline, ne pas se plaquer contre une paroi rocheuse, mais s’en éloigner.

Dr Alhadi Wereme

Chargé de recherche Institut de recherches en sciences appliquées et technologies/CNRST