Brevet FR2799585A1 — publié le 20010413

PERFECTIONNEMENT A UN PARATONNERRE A DISPOSITIF D'AMORÇAGE L'invention concerne un paratonnerre à dispositif d'amorçage perfectionné. Depuis Benjamin Franklin a inventé le premier paratonnerre constitué d'une pointe effilée qui est reliée à la terre pour capter et écouler les courants d'un éclair, on a t 'ours cherché à rendre cette pointe plus efficace pour augmenter la probabilité que la foudre soit réellement captée par cette pointe, et donc d'assurer une meilleure protection de '.a zone couverte par le paratonnerre. D'une manière générale, la foudre est une décharge électrique d'origine atmosphérique entre un nuage orageux et le sol, cette décharge étant accompagnée d'un éclair et d'une détonation. En effet, l'arrivée d'un tel nuage provoque une augmentation du champ électrique ambiant entre le nuage et le sol, qui peut dépasser lOkV/m au niveau du sol alors qu'il n'est de l'ordre de quelques centaines par temps clair. Dès que différence de potentiel créée par ce champ électrique entre le nuage et le sol devient suffisamment importante, le nuage libère des charges électriques qui ionisent l'air ambiant et se propagent en direction du sol en formant un canal conducteur dénommé traceur ou précurseur descendant. Ce traceur descendant provoque une augmentation du champ électrique au sol, notamment au niveau de toute aspérité ou une masse métallique qui va alors libérer des charges électriques par effet corona créer ainsi un canal conducteur dénommé traceur ou précurseur ascendant qui se propage vers le nuage. La rencontre du traceur descendant et d'un ,-raceur ascendant crée un canal conducteur privilégié qui sera suivi par la décharge de la foudre. Dans ces conditions, il est bien évidemment souhaitable que le traceur ascendant le plus propice à la décharge de 1a foudre soit développé à partir la pointe du paratonnerre. On a donc cherché à rendre active la pointe du paratonnerre en lui associant un dispositif amorçage pour favoriser le développement d'un traceur ascendant à partir de la pointe du paratonnerre par rapport à ceux susceptibles d'être développés à partir de toute autre structure ou objet situé dans la zone protégée par le paratonnerre. On a tout d'abord incorporé des matériaux radioactifs dans la pointe pour donner naissance ' un canal d'ions rayonnés qui était supposé développer un canal ionisé dans le ciel pour capter la foudre. Ensuite, on a isolé la pointe du sol et créé des dispositifs d'amorçage sous la forme de générateurs permettant à la pointe de ne plus être au potentiel du sol mais à un potentiel supposé déterminant quant à l'occurrence de l'éclair. On est ainsi arrivé à réaliser de véritables générateurs THT (Très Haute Tension) avec alimentation par batterie et détecteur électronique de détermination de la probabilité d'un orage. Bien qu'efficaces ces ensembles se sont vite avérés coûteux et peu fiables quant aux effets du courant de foudre capté. Enfin, dans les années 1980, on a eu 'idée d'utiliser directement le nuage pour produire l'énergie nécessaire au fonctionnement des dispositifs d'amorçage de manière à les rendre autonomes et supprimer ainsi l'apport d'une source d'alimentation. En effet, l'apparition d'un champ électrique dans milieu ambiant situé entre 1e nuage et le sol est tel tout corps électriquement conducteur qui est olonaé dans ce milieu va tendre à se porter au potentiel de ce milieu, à condition bien entendu que ce corps présente une impédance suffisamment élevée pour ne court-circuiter 1e champ ambiant. Ainsi, lorsque objet est la pointe d'un paratonnerre, 1a montée potentiel va donner naissance à un courant de charges qui va parcourir la pointe, et ce courant va être avantageusement utilisé par le circuit d'amorçage pour charger un condensateur de faible valeur et de fort isolement. Ensuite, en provoquant une décharge impulsionnelle du condensateur dans le primaire d'un transformateur à impulsions au moyen d'un éclateur reliant la pointe au sol, on obtient au secondaire un signal alternatif ou onde pulsée amplifié de haute tension, de l'ordre de plusieurs dizaines de kV, qui est reporté sur la pointe du paratonnerre pour augmenter notablement sa différence de potentiel avec le sol, de mani ère à favoriser le développement d'un traceur ascendant à partir de cette pointe. Le cycle de charge et de décharge du condensateur est périodique, par exemple toutes les 5 ms, ce qui correspond à une fréquence de 200 Hz. Un paratonnerre équipé d'un dispositif d'amorçage qui reporte une onde de tension alternative sur la pointe est notamment décrit dans 1e Brevet Européen n 0 192 000. Le but de l'invention est de perfectionner ce type de paratonnerre à dispositif d'amorçage pour en améliorer l'efficacité, sachant que ce paratonnerre a été également conçu pour satisfaire à la norme NFC 17-102 du mois de juillet 1995 pour la protection des structures et des zones ouvertes contre la foudre par paratonnerre à dispositif d'amorçage. A cet effet, l'invention propose un paratonnerre à dispositif d'amorçage, du type comprenant au moins une pointe métallique reliée à la terre par éclateur pour écouler le courant de foudre d'une part, reliée à un circuit d'amorçage pour recevoir impulsions à haute tension d'autre part, paratonnerre est caracterisé en ce que le circuit d'amorçage est logé dans une enveloppe métallique électriquement solidaire de la pointe. La liaison électrique entre la pointe l'enveloppe permet d'optimiser la hauteur de la pointe paratonnerre en ce sens que l'enveloppe est une partie active qui permet de réduire la hauteur mécanique de la pointe et la ramener à une valeur de l'ordre de 50cm, en lui conferant une hauteur d'efficacité plus importante que sa hauteur mécanique. Ainsi, un paratonnerre selon l'invention est capable d'assurer un volume de protection bien plus important que celui couvert par une pointe passive pointe de Franklin. De manière préférentielle, l'enveloppe comprend deux parties coaxiales, une partie haute sous forme d'une demi-sphère reliée à la pointe et une partie basse sous la forme d'une surface de révolution cylindrique et avantageusement tronconique. D'une manière générale, l'angle a formé par la surface de révolution tronconique avec l'axe passant par la pointe a une valeur comprise entre 10 et 20 , ledit angle (a) ayant avantageusement une valeur de l'ordre de 15 . Le paratonnerre selon 'L'invention comprend également des moyens supporter 1a pointe et 1e circuit d'amorçage, moyens comprenant un socle métallique qui pénètre moins en partie à l'intérieur de la partie basse de 'enveloppe, et l'éclateur est du type à air et formé à 1 intérieur de l'enveloppe entre le socle et ladite enveloppe. D'une mani' générale, un isolant principal est monté à 'L'intérieur de l'enveloppe pour isoler l'un de l'autre le socle et l'enveloppe. I1 est important de noter que cet isolant principal est situé à 'intérieur de l'enveloppe ce qui permet de le protéger poussières de l'environnement extérieur, alors que même isolant principal dans les paratonnerres selon l'art antérieur est soumis à ces poussières qui, avec temps, peuvent constituer un dépôt légèrement conducteur qui peut affecter le fonctionnement du paratonnerre. Selon un exemple de réalisation, le socle des moyens de support est relié à la pointe du paratonnerre par une pièce métallique solidaire du socle, et par des moyens de fixation montés entre ladite pièce et la pointe. Les moyens fixation sont avantageusement constitués par une vis, et la base de la pointe du paratonnerre fait saillie à l'intérieur de l'enveloppe et est percée d'un trou borgne taraudé pour recevoir l'extrémité de la vis, par exemple. Selon un autre avantage de l'invention, le nombre des pièces constitutives du paratonnerre est en nombre réduit, aucune de ces pièces n'étant montée à la presse, c'est-à-dire sans aucune précontrainte, qui garantit une fabrication beaucoup plus simple et régulière sans avoir recours à un outillage spécifique, à des joints d'étanchéité,... Ainsi, un paratonnerre selon l'invention est plus compact, plus efficace, notamment en atmosphère polluée, plus simple à fabriquer, d'un prix de revient moindre et d'une durée de vie plus longue les paraLonnerres de l'art antérieur. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront du complément de description qui va suivre en référence à une figure unique annexée qui est une coupe axiale d'un exemple de réalisation d'un paratonnerre selon l'invention. En se référant à la figure unique annexee, le paratonnerre 10 selon l'invention comprend au moi une pointe métallique P qui est reliée à la terre par un éclateur 12 pour écouler le courant de foudre et à un circuit d'amorçage 14 qui génère des impulsions à haute tension d'une façon connue en soi. La pointe P du paratonnerre est électriquement solidaire d'une enveloppe métallique 16 qui participe ainsi à la captation du champ électrostatique au même titre que la pointe P pour recueillir le courant nécessaire au fonctionnement du circuit d'amorçage d'une part et pour capter le courant de foudre en l'amenant à la terre via l'éclateur 12 d'autre part. Cette enveloppe 16 comprend deux parties coaxialement alignées avec la point P, à savoir . une partie haute 16a qui se présente sous la forme d'une demi-sphère reliée à la base de 1a pointe P, et une parie basse 16b qui se présente sous la forme d'une surLace de révolution cylindrique mais de préférence tronconique. L'angle a formée par cette partie haute 16b de l'enveloppe 16 et l'axe X-X passant par 1 pointe P a une valeur comprise entre 10 et 20 , et préférence une valeur de l'ordre de 15 . A titre d'exemple, la pointe P s'étend sur une hauteur optimisée de l'ordre de 50cm, alors que l'enveloppe 16 s'étend sur une hauteur de l'ordre de 20cm. D'une manière générale, 1e paratonnerre comprend également des moyens pour supporter la pointe P et le circuit d'amorçage 14. Ces moyens comprennent un socle :métallique 20 qui pénètre au moins en partie à l'intérieur de la partie basse 16a de l'enveloppe 16, de manière à délimiter un éclateur 12 du type à air entre l'enveloppe 16 et le socle 20, cet éclateur 12 étant circulaire et centré sur l' X-X de 1a pointe P. L'enveloppe 16 et le socle 20 sont isolés l'un de 'autre par un isolant principal 22 qui a la forme d'un anneau qui repose sur la face supérieure 20a du socle, et dont 1a surface périphérique 22b est de forme tronconique pour venir au contact de la paroi interne de la partie basse 16a de l'enveloppe 16 en épousant la forme de celle-ci. Cet isolant principal 22 ainsi logé à l'intérieur de l'enveloppe 16 est protégé des agressions diverses (pollution,...) de l'environnement extérieur. Le socle 20 est relié à la pointe P par une pièce métallique intermédiaire 25 et par des moyens de fixation 27. La pièce intermédiaire 25 a par exemple la forme d'un étrier ou en U avec deux parois latérales réunies par une paroi de base 25b. Les deux extrémites 'fibres des parois latérales 25a sont solidarisées à la face supérieure 20a de socle 20 par soudage sertissage, par exemple. On délimite ainsi un volume à l'interieur de cette pièce intermédiaire, qui est utilise pour loger le circuit d'amorçage 14. Ce circuit 14 connu en soi et il n'est donc cas nécessaire de décrire en détail, sachant qu'il fonctionne dès que champ électrostatique ambiant dépasse une valeur de seuil qui correspond au risque minimum de foudroiement. Les moyens de fixation 27 entre fia pièce intermédiaire 25 et la pointe P sont constitués par une vis V traverse une ouverture 30 ménagée dans la paroi de base 25b de la pièce 25, avec interposition d'une bague manchon isolant 32. L'extrémité filetée de 1 vis V s'engage dans un trou taraudé 34 usinée à la base de la pointe P. Enfin, la partie inférieure du socle est fixée à l'extrémité d'un mât (non représenté), 1a fixation pouvant être assurée en usinant dans ledit socle un filetage 36 à pas "gaz" pour un mât à filetage universel. REVENDICATIONS 1. Paratonnerre à dispositif d'amorçage, du type comprenant au moins une pointe métallique (P) reliee à la terre par un éclateur (12) pour écouler le courant de foudre d'une part, et reliée à un circuit d'amorçage (14) pour recevoir des impulsions à haute tension d'autre part, caractérisé en ce que le circuit d'amorçage (14) est logé dans une enveloppe métallique (16) électriquement solidaire de la pointe (P), de mari' à optimiser la hauteur de la pointe (P). 2. Paratonnerre selon 1a revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (16) comprend deux parties coaxiales, une partie haute (16a) sous la forme d'une demi-sphère reliée à la pointe (P) et une partie basse (16b) sous la forme d'une surface de révolution tronconique. 3. Paratonnerre selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle (a) formée par la surface de révolution tronconique avec l'axe (X-X)passant par la pointe (P) a une valeur comprise entre 10 et 20 . 4. Paratonnerre selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit angle (a) a une valeur de l'ordre de 15 . 5. Paratonnerre selon rune quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour supporter la pointe (P) et le circuit d'amorçage (14), ces moyens comprenant un socle métallique (20) qui pénètre au moins en partie l'intérieur de la partie basse (16b) de l'enveloppe, en aue 'L'éclateur (12) est du type à air et formé l'inL-érieur de l'enveloppe (16) entre le socle (20) ladite enveloppe (16). 6. Paratonnerre selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un isolant principal (22) monte à l'intérieur de l'enveloppe ( pour isoler l'un de 1 autre le socle (20) et l'enveloppe (16), ledit isolant (22) étant protégé de l'environnemenL extérieur. 7. Paratonnerre selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le socle (20) des moyens de support est relié à la pointe (P) du oaratonnerre une pièce métallique (25) solidaire du socle (20), par des moyens de fixation (27) montés entre ladite pièce (25) et la pointe (P). 8. Paratonnerre selon 1a revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation (27) sont constitués par une vis (V). 9. Paratonnerre selon la revendication 8, caractérisé en ce que la base de la pointe (P) du paratonnerre fait saillie à l'intérieur de l'enveloppe (16) et est percée d'un trou borgne taraudé (34) pour recevoir l'extrémité de la vis (V). 10. Paratonnerre selon l'une auelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que 1a hauteur la pointe (P) est optimisée à une valeur de l'ordre 50cm.