Brevet FR2543370A1 — publié le 19840928

La présente invention a pour objet un paraton- nerre à dispositif piézoélectrique d'amorçage de l'effet Corona 1 Uln paratonnerre se compose de façon connue d'une tige verticale terminée- par une poisnte métallique et reliée à la terre par un conducteur appelé 'descente de paratonnerre - Le canal par lequel s'écoule le courant de foudre se construit en deun étapes Dans une première étape, un précurseur descendant constitue de particules chargées, qui mont très souvent des, électrons 9 se dirige vers le sol La direction générale de son mouvement est liée au champ électrique local A l'approche de ce pré- curseur, les objets au sol subissent un champ électrique intense qui provoque aux points les plus favorables l'apparition de décharges ascendantes appelées traceurs ascendants Le premier traceur ascendant qui rencontre un précurseur descendant ferme le circuit dans lequel s'écoule le courant de foudre La foudre tombe donc a l'endroit capable d'émettre le traceur ascendant le plus prompt. A l'approche du précurseur, la pointe du para- tonnerre crée un champ électrique qui est normalement d'un ordre très supérieur à celui de son voisinage Elle est ainsi le lieu privilégié o prend naissance le tra- ceur ascendant L'efficacité du paratonnerre, c'est-à- dire l'étendue de la zone protégée, est d'autant plus grande que l'émission du traceur ascendant depuis la pointe est privilégiée par rapport à l'émission d'un- traceur ascendant depuis un autre point. On sait que ce précurseur ascendant est consé- cutif à l'apparition de l'effet Corona qui consiste en une émission intense d'électrons à partir de la pointe sous l'influence d'un champ électrique intense Cette émission d'électrons a lieu avec un retard de l'ordre de quelques dizaines de microsecondes après que le champ électrique ait atteint la valeur nécessaire à l'amorçage de l'effet Corona. Ce retard peut 8 ître réduit si on augmente, au voisinage de la pointe, la population des électrons li- bres L'effet Corona prend alors-naissance à partir d'un électron germe présent dans le voisinage de la pointe, au moment o le champ électrique attei nt une valeur mi- nimale inférieure à la valeur d'amorçage précitée. En diminuant le retard de l'amorçage de l'ef- fet Corona sur la pointe, on engendre un traceur ascen- dant plus tôt qui rencontrera donc un traceur descendant à une altitude plus grande Cet effet Corona déclenché plus tôt augmente donc l'étendue de la zone protégée par le paratonnerre. L'objectif de la présente invention est préci- sémente de produire un effet Corona en portant à un po- tentiel électrique élevé une électrode convenablement située à proximité de la pointe, qui engendrera des électrons libres dans le voisinage de la pointe. De manière plus précise, l'invention a pour objet un paratonnerre à dispositif d'amorçage de l'effet Corona comprenant une tige métallique terminée par une pointe et reliée au sol par un conducteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une électrode dont une extrémité est située près de la poin- te de la tige, au moins un cristal piézoélectrique relié électriquement à au moins une électrode et un moyen pour exercer une pression mécanique sur lesdits cristaux. piézoélectriques. Selon une caractéristique secondaire, le pa- ratonnerre comprend en outre un moyen pour transférer les charges électriques créées autour de chaque électro- de vers la pointe de la tige. Ce moyen peut par exemple être un moyen créant un courant d'air ascendant entre chaque électrode et la pointe. Selon une caractéristique secondaire, le pa- ratonnerre comprend un carrossage pour protéger les cristaux piézoélectriques des intempéries. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustra- tif mais non limitatif, en référence aux figures an- nexées, sur lesquelles: la figure 1 représente une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un paratonnerre selon l'invention, les figures 2 a et 2 b représentent respecti- vement une vue en coupe et une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'un paratonnerre selon l'invention, les figures 3 a et 3 b représentent des vues en coupe de modes de réalisation d'un paratonnerre selon l'invention, dans lesquelles le cristal piézoélectrique est excité par un électroaimant. Sur la figure 1, on a représenté schématique- ment un paratonnerre selon l'invention, dans lequel les cristaux piézoélectriques sont excités par une force d'origine éolienne Ce paratonnerre se compose d'une ti- ge 2 reliée par une connexion 6 à la terre et terminée à son extrémité supérieure par une pointe 4 Une ou plu- sieurs électrodes à sont disposées près de la pointe 4. Elles sont fixées sur un support isolant 12 s'appuyant sur la tige 2 Pour les porter à un potentiel suffisant pour amorcer le phénomène Corona, chaque électrode 8 est électriquement reliée à un cristal piézoélectrique 10, lui aussi fixé sur le support isolant 12 sur lequel est exercée une force de pression Cette force est créée par une pièce 14 munie d'un bossage 15 venant s'appuyer sur le cristal piézoélectrique 10 sous l'action de la force de pression éolienne Cette pièce 14 est munie d'un axe 16 placé de telle sorte qu'il fasse levier et amplifie la force de pression éolienne O La forme de la pièce 14 est par ailleurs étu- diée pour favoriser les courants d'air ascendant et pour que ces courants d'air ascendant, 4 aussi bien qu'une pression éolienne transversale, puissent exercer sur la pièce 14 une forte pression transmise au cristal piézo- électrique 10 Outre l'action sur la pièce 14, les cou- rants d'air ascendant favorisent le transfert des élec- trons libres, créés par l'effet Corona autour de l'élec- trode 8, vers la pointe 4 du paratonnerre Enfin, la pièce 14 a aussi pour fonction de protéger le ou les cristaux piézoélectriques 10 des intempéries. Il est avantageux d'isoler la pièce 14 de la masse, par exemple, en fixant l'axe 16 de cette pièce 14 sur le support isolant 12, de telle sorte que l'électro- de 8 est portée au potentiel atmosphérique du moment considéré, ce qui augmente son potentiel Sur la figure 1, on a associé à une électrode 8 un cristal piézoélec- trique 10 et une pièce 14 Il est clair que d'autres associations sont possibles Par exemple, un cristal piézoélectrique 10 peut être relié électriquement à plu- sieurs électrodes 8 D'autre part, le nombre d'électro- des peut être quelconque Cependant, compte tenu de la surface de la pièce 14 nécessaire pour créer la force de pression sur le cristal piézoélectrique 10, le nombre d'ensembles formés par les pièces principales 8, 10, 14 est en pratique réduit à quelques unités. La figure 1 représente un mode de réalisation d'un paratonnerre selon l'invention dans lequel l'éner- gie éolienne est transmise par l'intermédiaire d'une pièce formant levier au cristal piézoélectrique D'au- tres moyens de transmission de cette force sont possi- bles A titre d'exemple, les figures 2 a et 2 b illustrent un paratonnerre selon l'invention, dans lequel l'énergie éolienne est récupérée par l'intermédiaire d'une turbine pour être transformée en une force de pression appliquée aux cristaux piézoélectriques. Le paratonnerre représenté en coupe sur la fi- gure 2 a -comprend une tige 2 terminée par une pointe 4 près de laquelle sont disposées une ou plusieurs élec- trodes 8 Comme sur la figure précédente, ces électrodes 8 sont électriquement reliées à un ou plusieurs cristaux piézoélectriques 10 Ces électrodes 8 et ces cristaux piézoélectriques 10 sont fixés sur le paratonnerre par l'intermédiaire d'un support isolant 12 s'appuyant sur la tige 2 Ce paratonnerre comprend en outre une turbine 22 montée sur une couronne 19 Celle-ci est surmontée d'un ou plusieurs bossages 20 qui, par rotation, vien- nent exercer une pression sur les cristaux piézoélectri- ques 10 qui transmettent ainsi un potentiel électrique élevé aux électrodes 8 L'ensemtble des éléments de ce paratonnerre, et plus particulièrement les cristaux piézoélectriques 107 sont protégés par un carrossage 180 Sur la figure 2 b, on voit de manière plus pré- cise la forme de la couronne 19 et des bossages 20 Sur cette figure, on a représenté trois cristaux piézoélec- triques 10 et une couronne 19 surmontée de trois bossa- ges 20 Ceci n'est bien entendu qu'un exemple On peut imaginer de disposer sur la couronne 19 plusieurs bossa- ges 20, de telle sorte que les différents cristaux pié- zoélectriques 10 soient excités séquentiellement et non pas simultanément comme illustré sur la figure On peut aussi envisager d'utiliser une couronne 19 surmontée d'un seul bossage 20 La vitesse de rotation des bossa- ges 20, donc la fréquence d'excitation des cristaux piézoélectriques 10, dépend de la vitesse de la turbine 22 entraînée par le vent En fait, il est possible de modifier la vitesse de rotation des bossages 20 en insé- rant une démultiplication entre la turbine 22 et ces bossages 20. 6 2543370 La turbine 22 sera, de manière préférée, cons- truite pour créer lors de sa rotation un courant d'air ascendant favorisant le transfert des électrons libres, créés par effet Corona autour des électrodes 8, vers la tige 4. L'exemple de réalisation d'un paratonnerre selon l'invention donné sur la figure 3 a diffère de ceux donnés sur les figures précédentes par le fait que la pression exercée sur les cristàux piézoélectriques 10 a pour origine une énergie électrique et non plus éolien- ne Sur la figure 3 b, on a représenté un mode de réali- sation dans lequel l'action du vent crée un courant électrique qui est à l'origine de la force de pression. Sur la figure 3 a, on a représenté une tige 2 de paratonnerre reliée à la terre par une connexion 6 et terminée par une pointe 4 Ce paratonnerre comprend en outre une ou plusieurs électrodes 8 reliées à un ou plu- sieurs cristaux piézoélectriques 10 firés sur un support isolant 12 s'appuyant sur la tige 2 Ce paratonnerre comprend en outre un carrossage 18 pour protéger les cristaux piézoélectriques 10 des intemp 4 ries il com- prend enfin au moins un électroaimant 24 fixé sur la face interne du carrossage 18 et placé en regard de cha- que cristal piézoélectrique 10 Cet électroaimant 24 est muni de fils d'alimentation 26 reliés à une source de courant. Le dispositif fonctionne de la façon suivan- te: lorsque les fils électriques 26 sont alimentés par un courant électrique, l'électroaimant 24 exerce une pression sur le cristal piézoélectrique 10, ce qui porte l'électrode 8 correspondante au potentiel suffisant pour créer des électrons libres par effet Corona - Dans le cas o une alimentation électrique actionne le cristal piézoélectrique, le circuit électri- que comprend des moyens pour le protéger des surtensions possibles dues à la foudre Dans ce cas, il peut en outre être intéressant de commander l'application du courant d'alimentation par un dispositif capteur de champ électrique De cette façon les cristaux piézoélec- triques ne sont actionnés que lorsque survient une forte probabilité de coup de foudre Ce capteur peut être sim- plement un dispositif constatant que la différence de potentiel entre la masse du paratonnerre et l'électrode isolée 18 est supérieure à une valeur prédéterminée. La figure 3 b représente une coupe d'un para- tonnerre selon l'invention qui ne diffère de celui de la figure précédente que par le moyen d'alimentation de l'électroaimant 24 En effet, dans ce mode de réalisa- tion, les fils électriques 26 sont reliés à une dynamo 30 commandée par une turbine 28 actionnée par le vent. Sur cette figure et sur la figure précédente, le carrossage 18 a, de manière préférée, une forme favo- risant l'apparition d'un courant ascendant entre les électrodes 8 et la pointe 4 du paratonnerre. Dans les trois figures représentées, la force de pression sur les cristaux piézoélectriques est réali- sée par une énergie électrique ou une énergie éolienne. Il-est bien clair que d'autres types d'énergies peuvent être employés pour engendrer une force de pression sur les cristaux piézoélectriques, par exemple une énergie magnétique, une énergie thermique ou autre. REVENDICATIONS 1 o Paratonnerre à dispositif d'amorçage de l'effet Corona comprenant une tige ( 2) métallique termi- née par une pointe ( 4) et reliée au sol par un conduc- teur électrique ( 6), caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une électrode ( 8) dont une extrémité est située près de la pointe ( 4) de la tige ( 2), au moins un cristal piézoeélectrique ( 10)D reliée électriquement à au moins une électrode ( 8)e et un moyen ( 15, 20, 24) pour l exercer une pression mécanique sur ledit cristal piézo- électrique ( 10) 2 Paratonnerre selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce quail comprend en outre un moyen ( 14) pour transférer les particules chargées créées autour de chaque électrode ( 8) vers la pointe ( 4) de la tige ( 2). 3 Paratonnerre selon l Uune quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce quail comprend en outre un carrossage ( 14, 18) pour protéger les cristaux piézoélectriques ( 10) des intempéries.