Brevet FR2943858A1 — publié le 20101001

DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE L'EFFET D'UN EVENEMENT PHYSIQUE TEL QUE LA FOUDRE La présente invention a pour objet un dispositif de protection contre l'effet d'un évènement physique, tel que la foudre. Plus précisément, l'invention concerne un tel dispositif à alimentation optique. Elle trouve notamment son application aux dispositifs appelés paratonnerres. La foudre est effectivement une décharge de haute intensité avec 1 o une grande capacité destructrice. Ce phénomène naturel reste aujourd'hui difficilement prévisible. Pour faire face à cette situation, les systèmes connus de protection contre la foudre cherchent à guider la décharge vers la terre de façon contrôlée, afin d'éviter les dégâts dans les installations industrielles et 15 noyaux de population. Le paratonnerre reste un des éléments fondamentaux dans ces systèmes de protection contre la foudre. On connaît ainsi en effet des dispositifs de type paratonnerre, disposés par exemple sur le toit de certains bâtiments, dont le but est de 20 capter la foudre pour que celle-ci soit canalisée et évacuée à la terre, et ainsi ne frappe pas n'importe où. Un tel paratonnerre comprend de façon classique un mât conducteur relié à la terre par un conducteur électrique. Le mât reçoit le coup de foudre, ce qui crée une surintensité dans le conducteur électrique 25 qui se décharge dans la terre. De tels dispositifs ne nécessitent généralement pas d'alimentation en énergie, tant qu'ils fonctionnent de façon passive pour évacuer la décharge électrique vers la terre. Cependant, des dispositifs perfectionnés existent, et notamment 30 ceux dénommés paratonnerres à dispositif d'amorçage (PDA), qui cherchent par exemple à anticiper activement le phénomène en créant un traceur ascendant à la pointe du paratonnerre par anticipation, avant que la foudre frappe effectivement. Le principe de certains de ces dispositifs perfectionnés consiste dans le fait de favoriser la création d'une avalanche électronique par une ionisation de l'air autour de la pointe du mât du dispositif sensée être frappée par la foudre, par l'intermédiaire d'un moyen approprié. De tels dispositifs sont donc actifs, et nécessitent généralement une alimentation en énergie électrique. 1 o Par ailleurs, de tels dispositifs, actifs ou passifs, qui sont avant tout des dispositifs de sécurité et de protection, nécessitent que l'on garantisse leur bon fonctionnement. Ainsi, il est important de savoir par exemple combien de fois un dispositif a été frappé par la foudre, et éventuellement avec quelle 15 intensité, dans un but de maintenance préventive du dispositif. Plus généralement, certains de ces dispositifs intègrent des fonctions de test, d'auto-diagnostic et de communication avec l'extérieur. De telles fonctions, particulièrement utiles notamment en termes de maintenance, nécessitent également une alimentation en énergie 20 électrique. Pour alimenter en énergie ces dispositifs, on utilise classiquement des piles, des batteries, des panneaux photovoltaïques, des éoliennes, ou encore des dispositifs plus compliqués basés par exemple sur l'effet piezoélectrique. 25 Tous ces dispositifs présentent cependant des inconvénients. Les dispositifs alimentés par des piles présentent une durée de vie très limitée et nécessite la dépose de l'ensemble pour changer les piles, avec un fonctionnement dont la fiabilité varie notamment en fonction des conditions de température. 30 Les dispositifs alimentés par batteries présentent également une durée de vie limitée, notamment en raison de l'effet thermique inhérent à l'utilisation de batteries. Par ailleurs, dans ces dispositifs, se pose le problème du rechargement, avec un courant de recharge et/ou un temps de recharge bien souvent insuffisants. Les dispositifs alimentés par des panneaux photovoltaïques ou des éoliennes nécessitent respectivement la présence de soleil et de vent, et sont donc fortement dépendants des conditions climatiques. Ils sont ainsi généralement couplés avec une alimentation par batteries, pour qu'ils puissent fonctionner par tous les temps, avec les inconvénients 1 o mentionnés ci-dessus relativement à l'alimentation par batterie. Les dispositifs dans lesquels l'alimentation est basée sur l'effet piezo-électrique sont également dépendants des conditions climatiques puisqu'ils ne fonctionnent qu'en cas de vent fort engendrant des vibrations dans le moyen piezo-électrique suffisantes pour générer l'énergie 15 d'alimentation souhaitée. Le problème qui se pose est donc de disposer d'un dispositif de protection contre l'effet d'un évènement physique, tel qu'un paratonnerre, qu'il soit actif, ou passif et intégrant des fonctions complémentaires liées notamment à la maintenance, qui soit simple d'utilisation et qui fonctionne 20 de façon fiable quelque soient les conditions climatiques. L'objet de l'invention est donc d'apporter une solution au problème précité parmi d'autres problèmes. L'invention se rapporte ainsi à un dispositif de protection contre l'effet d'un évènement physique, par exemple de type paratonnerre, 25 comprenant une unité de protection alimentée en énergie par une source d'alimentation. De façon caractéristique la source d'alimentation comprend une source d'émission d'un signal lumineux située à distance de l'unité de protection et reliée, par au moins une liaison optique apte à transporter le 30 signal lumineux, à un module de conversion apte à convertir le signal lumineux en signal électrique d'alimentation et situé dans ou à proximité de l'unité de protection. Ainsi, le dispositif de l'invention présente une alimentation qui offre une disponibilité de puissance indépendante des conditions climatiques ou du moment de la journée ou de la nuit, donc une autonomie énergétique totale face à ces conditions climatiques ou période du jour ou de la nuit. Ceci conduit à une plus grande fiabilité du dispositif. En outre, la liaison optique permet une séparation galvanique totale entre les éléments, et une liaison immune au rayonnement électromagnétique engendré par l'évènement physique, par exemple la foudre, contribuant ainsi également à l'augmentation de la fiabilité du dispositif. L'unité de protection peut comprendre un certain nombre de modules ou d'unités : - un module d'amorçage apte à amorcer la protection lorsque l'approche de l'évènement physique est détectée, - un ou plusieurs modules complémentaires, tels qu'un module de test, aptes à réaliser des fonctions complémentaires à la protection, par exemple des fonctions de test et/ou de détection de données environnementales, - un module de mise en forme du signal électrique généré par le module de conversion, - un module de réception de données apte à recevoir des données transportées par le signal électrique généré par le module de 25 conversion, - un module d'émission de données apte à émettre un signal lumineux représentatif de données, notamment des données de fonctionnement du dispositif, - une unité de contrôle apte à contrôler le fonctionnement de l'unité de 30 protection et éventuellement à commander le module d'amorçage et/ou le ou les modules complémentaires et/ou le module d'émission et/ou le module de réception de données. Ainsi, dans le cas où l'unité de protection comprend un module de réception de données tel que présenté ci-dessus, le signal lumineux émis par la source lumineuse puis transporté par la liaison optique jusqu'au module de conversion, transporte à la fois l'énergie pour l'alimentation de l'unité de traitement et de tout ou partie de ses modules fonctionnels ainsi que des données. De telles données sont par exemple utiles pour la réalisation d'un 1 o certain nombre de fonctions, telles que des fonctions de test réalisées par un module complémentaire de type module de test. Par ailleurs, dans le cas où l'unité de protection comprend un module d'émission de données, il est possible de récupérer à l'extérieur du dispositif des données représentatives par exemple de son 15 fonctionnement. De préférence, ce module d'émission est relié à l'extérieur de l'unité de protection à un dispositif de réception distant de l'unité de protection, par l'intermédiaire d'une liaison optique, qui peut ou non être la même que la liaison optique reliant la source lumineuse de la source 20 d'alimentation au module de conversion. De préférence également, le dispositif de réception et la source d'alimentation sont intégrés à un même boîtier distant de l'unité de protection. De préférence encore, l'unité de contrôle et/ou le module 25 d'amorçage et/ou le ou les modules complémentaires et/ou le module d'émission et/ou le module de réception de données, sont électriquement alimentés par le signal électrique d'alimentation généré par le module de conversion. Le signal électrique d'alimentation généré par le module de 30 conversion peut être préalablement mis en forme par un module de mise en forme du signal électrique situé dans ou à proximité de l'unité de protection. De la sorte, l'unité de contrôle et/ou le module d'amorçage et/ou le ou les modules complémentaires et/ou le module d'émission et/ou le module de réception de données, sont électriquement alimentés par le signal électrique mis en forme généré par le module de mise en forme. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière complète à la lecture de la description ci-après des variantes préférées de réalisation, lesquelles sont données à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés suivants : - figure 1 : représente schématiquement un exemple du dispositif de l'invention, - figure 2 : représente schématiquement un exemple de source 15 d'alimentation du dispositif de l'invention. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, le dispositif de l'invention comprend une unité de protection 1 dont la fonction de base est de protéger, par exemple un bâtiment ou encore un autre dispositif, contre l'effet d'un évènement physique. 20 Dans le cas où l'évènement physique est la foudre, il s'agit de protéger classiquement contre la décharge électrique en attirant le traceur descendant de la foudre vers un élément généralement de type tige métallique, en sorte de permettre l'évacuation de la décharge électrique vers la terre. 25 Ces détails de réalisation, dans l'exemple d'un dispositif de type paratonnerre, ne sont pas représentés à la figure 1, par souci de simplification. L'unité de protection 1 comprend une unité de contrôle 2, dont le rôle est de contrôler l'ensemble de son fonctionnement, et de commander 30 les éventuels modules fonctionnels compris dans l'unité de protection 1. Ainsi, l'unité de protection 1 comprend dans cet exemple un module d'amorçage 3, dont le rôle est de rendre la protection active. Un tel module d'amorçage permet donc d'activer la protection, par exemple, dans le cas d'un paratonnerre, en favorisant la formation d'un traceur ascendant qui va rejoindre le traceur descendant de la foudre, par opposition avec une protection passive dans laquelle le dispositif se contente d'attendre que l'évènement se produise. L'unité de protection 1 comprend également un module de détection 5 de données environnementales, dont le rôle peut être 1 o notamment de déclencher, sous contrôle de l'unité de contrôle 2, l'amorçage par le module d'amorçage 3. Parmi les données environnementales détectées par le module de détection 5, on peut citer par exemple, dans le cas où l'évènement physique en question est la foudre, les phénomènes d'ionisation ou de 15 variation du champ électrique environnant à l'approche de la foudre. L'unité de protection 1 comprend également un module de test 4, commandé par l'unité de contrôle 2, qui permet notamment de réaliser des tests de maintenance sur l'ensemble du dispositif, et en particulier sur l'unité de contrôle 2 elle-même et sur le module d'amorçage 3. 20 Un module de réception 7 de données est également prévu dans l'unité de protection 1, destiné à recevoir des données provenant de l'extérieur du dispositif, telles que des ordres de test. De tels ordres de test sont transmis par le module de réception 7 à l'unité de contrôle 2 qui, à son tour, commande le module de test 4 pour 25 l'exécution dudit test. L'unité de traitement 1 comprend également un module d'émission 6 de données vers l'extérieur du dispositif. Ce module d'émission 6 permet de transmettre vers l'extérieur, sous contrôle de l'unité de contrôle 2, des données. Il est ainsi possible de récupérer ces données émises par le module d'émission 6 à l'extérieur du dispositif. De telles données peuvent être par exemple des données représentatives du fonctionnement du dispositif, utilisées notamment à des fins de maintenance, ou encore de statistiques d'utilisation et de fonctionnement. L'unité de protection 1 nécessite, pour pouvoir fonctionner, une alimentation en énergie électrique. En particulier, les différents modules tels que présentés plus haut, tout comme l'unité de contrôle 2, doivent être alimentés en énergie 1 o électrique pour pouvoir fonctionner. Ainsi, une source d'alimentation 8 en énergie est prévue, qui comprend une source lumineuse 13 située à distance de l'unité de protection et reliée à celle-ci par une liaison optique 9. Ainsi, la puissance transportée par le signal lumineux émis par la 15 source lumineuse 13 est transportée vers l'unité de protection 1 pour l'alimenter en énergie électrique après conversion comme il sera expliqué un peu plus loin. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, il est également prévu, à distance de l'unité de protection 1, un dispositif de 20 réception 16 chargé notamment de recevoir les données émises par le module d'émission 6 présenté plus haut. De préférence, le module d'émission 6 émet les données sous forme d'un signal lumineux. Ce signal lumineux est alors transporté vers le dispositif de réception 16 au moyen d'une liaison optique 12, et le 25 dispositif de réception 16 est alors un dispositif de réception apte à recevoir et traiter un signal lumineux. Comme représenté à la figure 1, le dispositif de réception 16 et la source d'énergie 8 sont intégrés au même boîtier 17 distant de l'unité de protection. Toutefois, il est possible de séparer ces deux éléments, de sorte que la source d'énergie 8 et le dispositif de réception 16 ne sont pas nécessairement placés au même endroit. Le signal lumineux émis par la source d'émission d'un signal lumineux 13 dans la source d'alimentation 8 est ainsi transporté jusqu'à l'unité de protection 1, par l'intermédiaire de la liaison optique 9. Précisément, le signal lumineux est reçu par un module de conversion 10 dont le rôle est de convertir le signal lumineux, par exemple l'intensité lumineuse, en un signal électrique, par exemple une tension électrique. Ceci peut par exemple être réalisé par un ou plusieurs moyens de conversion photovoltaïques. Le module de conversion est placé dans ou à proximité de l'unité de protection 1. En particulier, si l'unité de protection 1 a été conçue au départ pour être alimentée par une source d'alimentation optique 8 distante, on prévoira généralement que le module de conversion 10 soit bien situé à l'intérieur de l'unité de protection 1. Par contre, si l'unité de protection 1 a été conçue au départ pour être alimentée par une autre source d'alimentation qu'une source d'alimentation optique 8, ou si l'alimentation optique est une simple option d'utilisation, on pourra prévoir que le module de conversion 10 soit connecté à l'unité de protection 1 par l'extérieur, comme un module rajouté. Si le signal lumineux émis par la source d'émission 13 a été modulé, par exemple pour transporter également de l'information, le module de conversion 10 permet également d'extraire cette information superposée à la puissance optique dans le signal lumineux, pour la transmettre au module de réception de données 7 tel que présenté plus haut. Le signal lumineux, une fois converti en signal électrique par le module de conversion 10, est de préférence mis en forme par un module de mise en forme 11 aux fins de former un signal adéquat, notamment par suppression du bruit dans le signal, pour l'alimentation électrique des différents modules de l'unité de protection 1 nécessitant d'être alimentés. On notera que dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, on prévoit deux liaisons optiques distinctes, l'une, référencée 9, pour l'alimentation en énergie de l'unité de protection 1 et éventuellement l'envoi de données vers cette unité de protection 1, et l'autre, référencée 12, pour l'envoi de données vers l'extérieur de l'unité de protection 1. Il est toutefois envisageable d'utiliser une liaison optique bidirectionnelle unique au lieu des deux liaisons optiques distinctes 9 et 12, sous réserve de modifier les interfaces d'émission/réception aux deux extrémités. Dans ce cas, en particulier, le module de conversion 10 et le module d'émission 6 seront intégrés à une même interface d'émission/réception. Ce sera bien sûr également le cas de la source d'alimentation 8 et du dispositif de réception 16 à distance de l'unité de protection 1. A titre d'exemple, la figure 2 représente la source d'alimentation 8, dans laquelle on retrouve la source d'émission 13 d'un signal lumineux. Cette source d'émission 13 peut être une ou plusieurs simples ampoules, ou tout autre moyen plus ou moins complexe tel qu'un laser. On prévoit de préférence un collimateur 15, telle qu'une lentille 15 par exemple, dans le but de collimater le faisceau lumineux émis par la source lumineuse vers l'entrée de la liaison optique 9. Cette liaison optique 9 est de préférence une fibre optique 9 classique, par exemple une fibre de verre. Toutefois, tout autre vecteur de la lumière que le verre pourrait être utilisé, tel que le vide dans un tube adéquat par exemple. Cette remarque quant à la liaison optique 9 vers l'unité de protection 1 est bien sûr applicable à la liaison optique 12 vers l'extérieur de l'unité de protection 1. La source lumineuse 13 est par ailleurs alimentée en énergie par une source d'alimentation 14, et peut être contrôlée par un circuit de commande. La source d'alimentation 14 peut comprendre une ou plusieurs piles, des batteries rechargées par le réseau électrique ou par des moyens éoliens ou photovoltaïques, ou une combinaison quelconque de ces moyens. La source lumineuse 13 étant placée à distance de l'unité de protection 1, donc hors de la zone immédiate dans laquelle sont subis les 1 o effets de l'évènement physique, comme le rayonnement de la foudre, peut en effet être alimenté sans problèmes par des moyens d'alimentation électriques classiques. Ainsi, le dispositif de l'invention est alimenté en permanence en énergie, indépendamment des conditions climatiques. Cette présence 15 continue d'énergie permet au dispositif de remplir également d'autres fonctions que la protection directe contre l'évènement physique, tel que la foudre, comme des tests à distance du bon fonctionnement du dispositif, l'autodiagnostic ou la communication avec l'extérieur. La présente description est donnée à titre d'exemple et n'est donc 20 pas limitative de l'invention. En particulier, l'unité de protection 1 peut ne comprendre aucun des modules mentionnés plus haut, autres que le module de conversion 10. Lorsqu'elle comprend de tels modules, la liste de ces modules telle que présentée plus haut n'est pas exhaustive, d'autres fonctions 25 complémentaires non listées pouvant également être mises en oeuvre par d'autres modules complémentaires. REVENDICATIONS1. Dispositif de protection contre l'effet d'un évènement physique, par exemple de type paratonnerre, comprenant une unité de protection (1) alimentée en énergie par une source d'alimentation (8) caractérisé en ce que ladite source d'alimentation (8) comprend une source d'émission d'un signal lumineux (13) située à distance de ladite unité de protection (1) et reliée, par au moins une liaison optique (9) apte à transporter ledit signal lumineux, à un module 1 o de conversion (10) apte à convertir ledit signal lumineux en signal électrique d'alimentation et situé dans ou à proximité de ladite unité de protection (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de protection (1) comprend un module d'amorçage (3) apte à amorcer 15 la protection lorsque l'approche de l'évènement physique est détectée. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'unité de protection (1) comprend au moins un module complémentaire (4 à 7) tel qu'un module de test (4) 20 et/ou un module de détection de données environnementales (5), apte à réaliser des fonctions complémentaires à la protection. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'unité de protection (1) comprend un module (7) de réception de données apte à recevoir des données 25 transportées par le signal électrique généré par le module de conversion (10). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'unité de protection (1) comprend un module (6) d'émission de données apte à émettre un signal lumineux 30 représentatif de données, notamment des données defonctionnement dudit dispositif. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le module (6) d'émission est relié à l'extérieur de l'unité de protection (1) à un dispositif de réception (16) distant de ladite unité de protection (1), par l'intermédiaire d'une liaison optique (12). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de réception (16) et la source d'alimentation (8) sont intégrés à un même boîtier (17) distant de l'unité de protection (1). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 1 o caractérisé en ce que l'unité de protection (1) comprend une unité de contrôle (2) apte à contrôler le fonctionnement de ladite unité de protection (1) et éventuellement à commander le module d'amorçage (3) et/ou le ou les modules complémentaires (4, 5) et/ou le module (6) d'émission et/ou le module (7) de réception de 15 données. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'unité de contrôle (2) et/ou le module d'amorçage (3) et/ou le ou les modules complémentaires (4, 5) et/ou le module (6) d'émission et/ou le module (7) de réception de 20 données, sont électriquement alimentés par le signal électrique d'alimentation généré par le module de conversion (10). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'unité de protection (1) comprend un module (11) de mise en forme du signal électrique généré par le module de 25 conversion (10), et en ce que l'unité de contrôle (2) et/ou le module d'amorçage (3) et/ou le ou les modules complémentaires (4, 5) et/ou le module (6) d'émission et/ou le module (7) de réception de données, sont électriquement alimentés par le signal électrique mis en forme généré par le module (11) de mise en 30 forme.