# Le paratonnerre radioactif

Jean-Christophe Pain

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Jean-Christophe Pain. Le paratonnerre radioactif. Le Bulletin de l'Union des Professeurs de Physique et de Chimie, 2015, 109 (978), pp.1351-1367. hal-04451291

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# HISTOIRE DES SCIENCES

## Le paratonnerre radioactif

### Jean-Christophe Pain

Laboratoire de Physique Atomique des Plasmas
Commissariat à l'Energie Atomique
CEA, DAM, DIF, F-91297 Arpajon, France

### Résumé

En 1914, Béla Szilárd (1884-1926), chimiste et physicien hongrois émigré à Paris propose, alors qu'il travaille dans le laboratoire de Marie Curie, d'améliorer l'efficacité des paratonnerres en ajoutant du radium sur la pointe. Ces paratonnerres connaissent un grand succès dans les années 1960-70 mais sont interdits en France en 1987. Les paratonnerres à dispositif d'amorçage, apparus dans les années 1980, ont pris la relève des paratonnerres radioactifs. L'objectif de ces nouveaux systèmes est de provoquer l'amorçage de la foudre, en s'efforçant de générer un traceur ascendant précoce, grâce à la production d'une ionisation supérieure à celle de l'effet couronne spontané.

## 1. LES DEBUTS DIFFICILES DU PARATONNERRE

En 1750, Benjamin Franklin rédige le protocole d'une expérience célèbre. Afin de prouver à ses contradicteurs de la Royal Society que les éclairs sont de simples décharges de nature électrique, il propose de faire voler un cerf-volant sur le passage de nuages orageux. La corde du cerf-volant est humidifiée et placée à proximité d'une clef métallique afin de générer des étincelles (figure 1). Pour éviter les moqueries et limiter le danger, Franklin décide de conduire l'expérience en privé. Celle-ci risque en effet d'être fatale aux expérimentateurs. Elle connaît pourtant un grand intérêt en Europe et d'autres expériences similaires sont menées (figure 2), notamment par le Français Thomas-François Dalibard. Le 6 août 1753, le physicien russe Georg Wilhelm Richmann est foudroyé à Saint-Pétersbourg, alors qu'il tente de réaliser une expérience du même type. Ces recherches conduisent à l'invention du paratonnerre, dont les premiers exemplaires sont installés sur la maison de Benjamin Franklin, sur l'Independence Hall ainsi que sur l'Académie de Philadelphie. Dans sa plus simple expression, un paratonnerre est une baguette de fer qui attire la foudre et l'évacue jusqu'au sol par un conducteur pour épargner le bâtiment. Benjamin Franklin installe également lui-même des paratonnerres comme, en 1782, celui de la flèche du clocher de l'Église Saint-Clément d'Arpajon, commune de l'Essonne. Il y fait graver une pierre, toujours visible, sur laquelle est écrit : « Hoc primus volui innocuum de ducere fulmen » (« Ici le premier j'ai voulu rendre la foudre inoffensive »). A l'époque, le paratonnerre est source de nombreuses inquiétudes. L'anecdote suivante, représentative de la méfiance qu'il suscite, est amusante. En 1780, Monsieur de Vissery de Bois-Valé, avocat à Saint-Omer, physicien amateur très attentif aux travaux de Benjamin Franklin, place un paratonnerre en forme de glaive sur le toit de sa maison. A la fin du XVIIIème siècle, la foudre est encore
considérée comme un châtiment des dieux. Les voisins s'en inquiètent et font circuler
une pétition. La municipalité de Saint-Omer prend peur et ordonne le retrait du
paratonnerre. Le 14 juin 1781, Monsieur de Vissery doit obtempérer mais porte
l'affaire devant le conseil d'Artois (tribunal d'Arras). C'est Maximilien Robespierre,
jeune avocat stagiaire, qui est chargé de plaider le dossier que son patron, Maître
Buissart, a constitué à partir de documents qu'il a fait venir d'Amérique : les travaux
de Franklin prouvent qu'il est bel et bien possible de détourner la foudre par un
paratonnerre. Monsieur de Vissery gagne son procès en 1783 et Robespierre profite
de ce succès pour se lancer dans la politique...

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 1 : Benjamin Franklin en plein travail</figcaption></figure>
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 2 : Maquettes de maisons (en bois à gauche, en tôle à droite), datant de la fin du XVIIIᵉ siècle, construites pour des essais sur les effets de la foudre (Musée des Arts et Métiers)</figcaption></figure>

C'est en 1752 que Benjamin Franklin met en évidence le caractère électrique du nuage. Il existe plusieurs mécanismes possibles pour expliquer la naissance d'un orage (voir par exemple l'article intitulé « De l'orage dans l'air » de Serge Chauzy). Ainsi, un orage peut notamment se produire lorsque deux masses d'air de température et d'hygrométrie différentes se rencontrent. De violents courants d'air ascendants entraînent l'humidité, les fragments de glace, les grêlons et les gouttelettes d'eau vers la partie supérieure du nuage. On ne connaît pas encore exactement les mécanismes à l'origine de la création des charges électriques pendant la phase de formation du nuage orageux. On sait cependant que dans les zones à fortes turbulences, les particules lourdes (grésil ou grêlons) se heurtent aux cristaux de glace ; lorsque ces chocs se produisent, les grains de grésil se chargent négativement et tombent plus rapidement que les cristaux, entraînant les charges négatives vers le bas du nuage. La séparation des charges dans le nuage est favorisée par la force des vents ascendants, dont la vitesse peut dépasser 25 m/s et la présence simultanée dans le nuage de particules de glace de masses différentes. Lorsque le nuage orageux a atteint sa maturité, les charges électriques sont réparties dans différentes zones du nuage. Les différences de potentiel engendrées provoquent d'importantes décharges électriques ; l'orage éclate. L'ensemble nuage + sol peut être comparé à un énorme condensateur électrique chargé. Dans la majorité des cas le nuage, dont la base est chargée négativement, induit des charges positives au sol.

## 2. LES PROMESSES DU RADIUM

Le radium, métal alcalino-terreux de symbole Ra et de numéro atomique 88, est découvert par Pierre et Marie Curie en 1898. Il est présent en faible quantité dans la croûte terrestre et présente plusieurs isotopes, tous radioactifs. Le radium 226 (Ra-226) est l'isotope le plus courant ; il fait partie de la chaîne de désintégration naturelle de l'uranium 238 et est extrait des minerais d'uranium. Il est émetteur alpha
et gamma et sa période radioactive ou temps de demi-vie (période pendant laquelle
sa radioactivité diminue spontanément de moitié) est de 1 600 ans. Le produit de sa
désintégration est le radon 222 (durée de vie de 3,8 jours), un gaz radioactif qui
donne, à son tour, naissance à des éléments radioactifs. Le radium a été largement
utilisé pendant plus de 60 ans dans le domaine industriel et pour des applications
thérapeutiques. La curiethérapie est une technique de radiothérapie mise au point à
l'Institut Curie consistant à placer une source radioactive à l'intérieur ou à proximité
immédiate de la zone à traiter. Elle constitue un traitement efficace pour traiter des
tumeurs et peut être combinée à d'autres traitements comme la chirurgie, la
radiothérapie externe et la chimiothérapie. Parallèlement, le radium 226 a été utilisé
en raison de ses qualités photo-luminescentes pour des peintures destinées à
l'horlogerie, à l'aviation et aux dispositifs de signalisation de secours. Le radium a
enfin été utilisé pour la conception des premiers détecteurs de fumée et, ce qui est
peut-être moins connu, dans le but d'améliorer l'efficacité de certains paratonnerres.

3. BELA SZILARD : UN MEMBRE DU PRESTIGIEUX LABORATOIRE DE MARIE CURIE

3.1 De l'électromètre à la foudre

Béla Szilárd (1884-1926) est un chimiste et physicien hongrois (figure 3). Diplômé en pharmacie de l'université de Budapest en 1904, il s'intéresse à la radioactivité et devient chercheur libre (avec une bourse hongroise), en 1907, dans le laboratoire de Marie Curie. Il y restera jusqu'en 1910. Pendant cette période, il publie plusieurs articles, sur la radioactivité du molybdate d'uranyle, sur un appareil destiné aux mesures radioactives, sur une nouvelle méthode de séparation de l'uranium, ou encore sur les réactions chimiques des éléments radioactifs.

En 1912, Béla Szilárd crée le *Laboratoire des produits radioactifs*, où il met au
point un électromètre portable pour l'analyse des minerais radioactifs. Un
électromètre (aussi appelé électroscope) est un appareil mis au point par l'abbé
Nollet en 1747 (électroscope à boules de sureau) et 1750 (premier électroscope à
feuilles d'or) permettant la mesure ou la mise en évidence de la charge électrique
d'un corps. Un électromètre standard est composé de deux fines feuilles d'or
suspendues à une électrode. Quand cette dernière est chargée, les feuilles se
chargent à leur tour et se repoussent mutuellement. La mesure de l'angle entre les
plaques permet de connaître la charge de l'électrode. Une autre manière de
construire un électromètre est de suspendre deux feuilles d'aluminium ou de cuivre,
sur un câble de tantale, de platine, ou sur un simple filament de nylon. Les
électromètres sont déchargés par un rayonnement ionisant. Ils sont utilisés en
physique nucléaire, car ils sont capables d'amplifier les faibles courants
photovoltaïques, créés par les radiations. Dans l'électromètre de Szilárd, les feuilles
d'or sont remplacées par une aiguille. Émile Armet de Lisle, qui a construit une usine
pour séparer le radium à Nogent-sur-Marne assure la production industrielle des
électromètres. Ces appareils, qui permettent d'établir l'activité de minéraux
radioactifs en quelques minutes sans manipulations chimiques, sont les ancêtres du
compteur de Geiger-Müller. Le plus commun des instruments de mesure des
radiations, le dosimètre, est en fait un électromètre calibré et robuste. Aujourd'hui, les
électromètres sont de plus en plus supplantés par des appareils à semi-conducteurs,
qui permettent de détecter de très faibles courants (jusqu'au femto-ampère !). Szilárd
met ensuite au point une méthode pour mesurer le parcours des particules α du polonium par la méthode des scintillations (méthode qui sera reprise par A. Hoch pour l'uranium), étudie le « radioplomb » (ancienne désignation de l'isotope $^{210}$Pb du Plomb de symbole RdPb) et met au point un électromètre à lecture directe destiné à la mesure de très faibles courants.

En 1914, Béla Szilárd propose d'améliorer l'efficacité des paratonnerres en ajoutant du radium sur la pointe. L'appareil de Béla Szilárd, parfois dénommé « parafoudre », est destiné à empêcher la foudre de tomber sur une zone circulaire d'un diamètre de quelques dizaines de mètres. Le matériau radioactif créé une colonne d'air ionisé, destinée à « capter » plus facilement la foudre. Justin Fortier raconte, dans un article paru dans « La Science et La Vie » en novembre 1923, ce qui a conduit Béla Szilárd à sa découverte : « Il s'est demandé si l'on ne pouvait pas utiliser le radium, précisément grâce au pouvoir pénétrant de ses rayons, pour un transport de charge des nappes lointaines de l'atmosphère - pour les capter en un mot. Les radiations du radium joueraient ici le rôle d'un faisceau de fils, infiniment nombreux, partant de la surface du disque radifère et allant vers les couches lointaines, tout en faisant contact électrique avec toutes les couches successivement traversées pendant leur parcours. On arriverait ainsi à mettre en jeu non pas la quantité d'électricité réduite d'une pointe ou d'un disque, mais (pour en donner une image) une quantité correspondant à une masse de forme conique, dont le sommet est constitué par la substance radioactive et la base ne serait limitée que par le pouvoir très pénétrant des rayons gamma du radium. Les rayons radioactifs ont aussi la propriété d'abaisser le potentiel explosif. Si alors, malgré le débit constant, la tension du milieu arrivait à monter à un haut potentiel tel qu'une décharge disruptive se produisît, celle-ci jaillirait lorsqu'elle serait encore faible et bien avant qu'elle n'ait pris naissance dans des conditions normales. De petites étincelles pourront être ainsi amorcées, à distance et arriver sur le disque capteur, ou la conductivité de l'air ionisé les conduira progressivement. La masse d'air ionisée autour de ce disque peut être considérée comme un prolongement de celui-ci et lui assurera donc un grand rayon d'action. L'air ionisé dans le voisinage, effectuant un contact intime entre le disque et l'atmosphère, jouerait en outre le même rôle que les ramifications de la prise de terre d'un paratonnerre ordinaire, qui ont pour but d'établir un contact aussi parfait et aussi peu résistant que possible entre l'instrument et la terre ».

L'efficacité du paratonnerre radioactif n'a cependant jamais été démontrée. Béla Szilárd passe la Première Guerre mondiale en Espagne, à l'université de Madrid où il reste jusqu'en 1920 pour ensuite revenir à Paris. En 1925, il reçoit la Légion d'honneur pour ses travaux sur la mesure de la radioactivité. Béla Szilárd meurt en 1926 à l'âge de 42 ans.
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>LE DOCTEUR B. SZILARD</figcaption></figure>

Figure 3 : Le docteur Béla Szilárd

## 3.2 Une fréquente erreur de paternité

La paternité du paratonnerre radioactif est souvent attribuée à tort à Léo Szilárd (1898 - 1964), physicien hongrois exilé aux États-Unis et plus célèbre que Béla Szilárd. Parmi les premiers à envisager les applications militaires de l'énergie nucléaire dès 1933, Leó Szilárd participe au projet Manhattan tout en menant une action publique contre l'utilisation des armes nucléaires et promouvant le désarmement. Il est célèbre pour une lettre à Einstein. Leó Szilárd, Edward Teller et Eugène Wigner (tous les trois des réfugiés juifs hongrois), convaincus que l'énergie libérée par la fission nucléaire pouvait être utilisée dans des bombes par l'Allemagne nazie, persuadent Albert Einstein (lui aussi réfugié juif), d'avertir de ce danger le président des États-Unis, Franklin Roosevelt, dans une lettre datée du 2 août 1939 dont Szilárd rédige le brouillon (peu avant sa mort, Einstein confessera à Linus Pauling avoir regretté d'avoir signé la lettre). Dans la deuxième partie de sa carrière, Léo Szilárd s'intéresse à la biologie moléculaire naissante et est l'un des initiateurs du Laboratoire européen de biologie moléculaire. Béla Szilárd n'a aucun lien de parenté avec Léo Szilárd, et n'a jamais participé à aucun programme d'armement nucléaire.
# 4. PRODUCTION INDUSTRIELLE DES PARATONNERRES RADIOACTIFS

## 4.1 Les différents modèles

Ainsi, en 1932 la société « Hélita » brevette un modèle dit « à calotte » reposant sur le principe proposé par Szilárd utilisant du radium 226 (figures 4 et 5). À partir de 1970 et jusqu'à 1986, Hélita substitue l'américium 241 au radium. L'américium 241, de durée de vie 433 ans, est un transuranien résultant de la désintégration du plutonium 241. Depuis 1987 les paratonnerres radioactifs sont interdits en France (ils étaient déjà interdits auparavant dans d'autres pays). Une publicité de la société Hélita (voir figure 4) explique que la forme particulière des porcelaines permet de localiser les dépôts de suie ou de poussière et ainsi d'éviter tout court-circuit du dispositif exciteur. Les paratonnerres renforcés avaient des éléments métalliques protégés contre la corrosion par un enduit anti-acide. La prise de terre radioactive serait particulièrement indispensable en terrain rocheux, sec ou sablonneux. Hélita commercialisait aussi un type spécial de paratonnerre radioactif à deux pointes, spécialement destiné aux cheminées d'usine. Un paratonnerre Hélita comprend les éléments suivants :

- Une tige métallique verticale terminée par une pointe,

- Un ioniseur de pointe constitué par une calotte de porcelaine sur laquelle a été appliqué le sel de radium,

- Une armature métallique circulaire,

- Trois prises de potentiel radioactives dites « antennes », garnies à leur extrémité d'un sel radioactif et reliées à l'armature circulaire.

Le radium était ainsi placé dans un champ électrique résultant de la différence de potentiel entre la pointe reliée au sol et l'armature externe en équilibre électrique avec l'atmosphère ambiante. Montés sur pylônes à proximité des réseaux électriques, les paratonnerres radioactifs étaient censés protéger ces derniers contre les surtensions tout en restant absolument indépendants des lignes électriques. En 60 ans, l'industriel Hélita aurait produit 230 000 appareils, en majorité exportés à l'étranger, notamment dans les anciennes colonies françaises. La concurrence a dû s'adapter. En 1945 la société « Duval-Messien » lance le « Saref », puis, en 1960, le « Parasphère», tous deux au radium. Entre 1960 et 1985 « Indelec », adopte à son tour la technologie radium avec le « Préventor » et le « Pointe Active TD », un modèle difficile à identifier mais rare. Enfin, entre 1981 et 1985 « Franklin-France » lance le « Saint-Elme » à l'américium 241. Notons aussi que le radium étant en vente libre, certains artisans ont imité les industriels. C'est le cas par exemple de l'entreprise Alsacienne « Ceproba » et de ses paratonnerres « Ceprolith » au radium et à l'américium.
SOCIÉTÉ FRANÇAISE "HELITA"

Société Anonyme Française au Capital de 650.000 Francs

Siège Social : 11 bis, r. de La Planche — Bureaux : 15, r. de La Planche

PARIS (VIIe)

Reg. de Com. Seine 253.334 B

Notice 21

Tél. {

Administration : Littré 50-47

Bureaux : Littré 95-29

Le Paratonnerre Radio-Actif
“HELITA”

aux Sels de Radium

Breveté en France et à l'Étranger

Adopté par les Compagnies de Chemin de fer et d'Électricité

DÉBIT FORcé

Le paratonnerre "HELITA" apporte la solution, longtemps cherchée, de trois problèmes non encore résolus par les autres paratonnerres, problèmes dont les énoncés peuvent être formulés ainsi :

1. Détourner la foudre, en cas de décharge directe, en lui offrant un chemin choisi de telle façon qu'il n'en résulte aucun dégât;

2. Protéger les immeubles ou installations contre les "chocs en retour";

3. Neutraliser les nuages orageux de façon à restreindre le nombre des décharges — directes ou indirectes — en écoulant les charges électriques au sol, et en empêchant ainsi les nuages d'atteindre le potentiel disruptif.

Le paratonnerre "HELITA" agit à grande distance par ionisation de l'atmosphère au moyen de sels de radium disposés sur un diélectrique qui entoure la pointe du paratonnerre, et l'isole électriquement d'un collecteur relié à des antennes métalliques.

Les particules électrisées émises par le radium et soumises au potentiel accélérateur d'un champ électrostatique variant avec la charge des nuages orageux et **progressant avec elle**, se trouvent ainsi projetées à grande distance; Elles rendent l'air conducteur sur leur passage, grâce au phénomène d'ionisation par choc, et crètent ainsi un chemin de moindre résistance pour la décharge électrique entre le nuage et le paratonnerre.

Les surfaces atmosphériques d'égal potentiel se déforment au voisinage du paratonnerre de telle sorte que les lignes de forces du champ électrique viennent converger sur sa pointe.

**Réalisation.** — Un paratonnerre "HELITA" comprend alors les éléments suivants :

1. Une tige métallique verticale terminée par une pointe;

2. Un ioniseur de pointe constitué par une calotte de porcelaine sur laquelle a été appliqué le sel de radium (1);

3. Une armature métallique circulaire;

4. Trois prises de potentiel radio-actives dites "antennes", garnies à leur extrémité d'un sel radio-actif et reliées à l'armature circulaire.

Le radium se trouve ainsi placé dans un champ électrique résultant de la différence de potentiel entre la pointe reliée au sol et l'armature externe en équilibre électrique avec l'atmosphère ambiante.

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

TÉLÉPROTECTION

<footnote>(1) La Société "HELITA" a adopté des sels de Radium de préférence à ceux de tout autre corps radio-actif moins onéreux, car seul le Radium présente la garantie d'une durée pratiquement indéfinie, la vie moyenne du Radium étant de 2.280 ans.</footnote>
En raison de l'ampleur de la protection qu'ils peuvent assurer, les paratonnerres radio-actifs "HELITA" trouvent des applications beaucoup plus étendues que celles des anciens types de paratonnerres.

<figure><img src="image_6.png" /></figure>

Montés sur pylônes à proximité des réseaux électriques, ils peuvent les abriter contre les surtensions tout en restant absolument indépendants des lignes à protéger.

**Transformation des anciens paratonnerres.** — La Société "HELITA" étudie et réalise la transformation des anciens paratonnerres, en adaptant à chaque cas particulier le dispositif radio-actif approprié destiné à accroître leur rayon d'action.

**Paratonnerres de cheminées.** — La Société "HELITA" a réalisé un type spécial de paratonnerre radio-actif annulaire à deux pointes, spécialement destiné aux cheminées d'usines ; le principe de fonctionnement reste celui du paratonnerre radio-actif "HELITA" à pointe unique. Le rayon d'action est très supérieur à celui des anciens paratonnerres à pointes multiples. La pose de l'appareil peut être effectuée aisément et l'on évite ainsi d'exposer celui-ci aux gaz chauds sortant de la cheminée.

La forme particulière des porcelaines localise les dépôts de suie ou de poussière et évite ainsi tout court-circuit du dispositif excitatateur.

**Paratonnerres renforcés.** — Pour la protection des usines de produits chimiques et en général dans tous les cas où le paratonnerre risque d'être soumis à une action corrosive très intense, la Société "HELITA" fournit des paratonnerres renforcés dont les éléments métalliques sont protégés contre la corrosion à la fois par leur plus grande robustesse et par un enduit anti-acide.

**Paratonnerres pour clochers.** — La Société "HELITA" construit également des paratonnerres pour clochers, munis d'un coq en zinc doré monté sur galets et formant girouette. Dans ce type de paratonnerres les antennes de prise de potentiel ont été supprimées, le coq lui-même étant utilisé comme antenne grâce à des pastilles radio-actives fixées à ses extrémités.

**La prise de terre radio-active "HELITA".** — Ionisant les terrains, dont il améliore la conductibilité, cet accessoire complète d'une façon particulièrement efficace l'action du paratonnerre. Son emploi doit être considéré comme absolument indispensable en terrain rocheux, sec ou sablonneux.

**Prix des paratonnerres (modèle normal ou modèle de cheminée):**

<table><thead><tr><td>TYPE</td><td>RAYON D'ACTION</td><td>FRANCS</td></tr></thead><tbody><tr><td>HELITA A</td><td>(petit)</td><td>800</td></tr><tr><td>HELITA B</td><td>(moyen)</td><td>1.500</td></tr><tr><td>HELITA C</td><td>(grand)</td><td>2.000</td></tr><tr><td>HELITA D</td><td>(très grand)</td><td>3.000</td></tr><tr><td>HELITA E</td><td></td><td>5.000</td></tr></tbody></table>

Frais de montage non compris. — Devis d'installation sur demande.

**Prix de la prise de terre ionisée :**

<table><tr><td>L'élément de 3 mètres</td><td>1.150</td></tr><tr><td>Par mètre en sus</td><td>350</td></tr></table>

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

**Les Productions "HELITA" :**

(applications industrielles du Radium)

**Les Paratonnerres Radio-Actifs**

**Les Parafoudres Radio-Actifs (haute et basse tension)**

**Les Bougies "HELITA" Radio-Actives à chambre d'ionisation**

Demandez pour chacun de nos appareils la notice détaillée qui le concerne.

Société Française "HELITA", 15, rue de La Planche, PARIS (7e)

<caption>Figure 4 : Publicité de la société « HELITA » de 1914</caption>
<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 5 : Extrait d'une brochure de la société « HELITA »</figcaption></figure>

## 4.2 Recensement

Le journaliste Jean-Christian Tirat a créé un site internet, agréé par l'autorité de sûreté nucléaire (ASN) et l'agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (ANDRA), pour le recensement des paratonnerres radioactifs. L'ASN est une autorité administrative indépendante française qui assure les missions, au nom de l'État, de contrôle de la sûreté nucléaire, de la radioprotection (travailleurs du nucléaire, environnement, populations locales) et de l'information des citoyens. L'ANDRA est un établissement public à caractère industriel et commercial, créé en novembre 1979 au sein du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) dont elle devient indépendante en 1991. Chargée de la maîtrise des déchets radioactifs et placée sous la tutelle des ministères chargés de la recherche, de l'industrie et de l'environnement, l'ANDRA est financée en majeure partie par les producteurs de déchets radioactifs. Elle est notamment chargée « de concevoir et de réaliser les nouveaux centres de stockage et d'effectuer toutes études nécessaires à cette fin, notamment la réalisation et l'exploitation de laboratoires souterrains destinés à l'étude des formations géologiques profondes». L'ANDRA assure la maîtrise d'ouvrage du projet « Cigéo » (Centre industriel de stockage géologique) de stockage souterrain de déchets radioactifs à vie longue.
Si le paratonnerre comporte un objet de type cloche, soucoupe, moustache, coupelle ou cylindre, l'appareil est peut-être radioactif. Les modèles Hélita sont les plus nombreux et les plus faciles à repérer avec leurs trois moustaches recourbées. Selon Jean-Christian Tirat, plus de 80% des paratonnerres radioactifs encore en place dans l'Hexagone sont de marque Hélita (figures 6 et 7). Certains modèles ayant été fabriqués dans des pays limitrophes peuvent également être installés dans les régions du nord et de l'est de la France.

### 4.3 Risques pour la santé et réglementation

La commission de recherche et d'information indépendantes sur la radioactivité (CRIIRAD) est une association loi de 1901 française. Elle conduit des études et des analyses dans le domaine de la radioactivité. Créée en mai 1986 à la suite de l'accident de Tchernobyl, la CRIIRAD compte environ 6 500 adhérents bénévoles ainsi qu'une douzaine de salariés. Basée à Valence dans la Drôme, elle comprend notamment un laboratoire d'analyse possédant un certificat de qualification technique délivré par le ministère de la Santé, équipé pour le dépistage et l'identification des pollutions radioactives (aliments, eau, gaz radon, etc.). Composée d'une équipe de scientifiques, elle effectue des interventions tant en France qu'à l'étranger. La CRIIRAD est financée par les travaux qu'elle effectue (plus de 1 000 études et analyses depuis sa création) et les cotisations de ses adhérents. Elle s'est fixé les missions suivantes : contrôler la radioactivité dans l'environnement; informer ses adhérents, et plus largement la population (publications, communiqués de presse, présence sur des salons) ; protéger la population en alertant les autorités (sites pollués, règlementation inadéquate), en demandant des modifications de lois ou accords par des actions militantes ou judiciaires. L'enquête sur la mort d'Alexandre Litvinenko à la suite de la surexposition à du polonium 210 a été confiée à la CRIIRAD.

D'après la CRIIRAD, l'activité des sources peut varier, selon les modèles, de quelques millions à quelques centaines de millions de becquerels (symbole : Bq), unité dérivée du Système international (SI) pour l'activité d'un radionucléide, correspondant à une désintégration par seconde. Cette unité a été nommée ainsi en hommage à Henri Becquerel, lauréat de la moitié du prix Nobel de physique de 1903 (partagé avec Marie Curie et son mari Pierre Curie) « en reconnaissance des services extraordinaires qu'il a rendus en découvrant la radioactivité spontanée ». L'ancienne unité de radioactivité était le curie (Ci) ; la relation entre les deux unités est la suivante : $1 \text{ Ci} = 3,7 \times 10^{10} \text{ Bq}$, on a donc $1 \text{ Bq} = 27 \times 10^{-12} \text{ Ci}$. Compte tenu de ces activités et du rythme de décroissance du Radium 226 et de l'Américium 241, les sources radioactives resteront dangereuses pendant des milliers d'années, voire des dizaines de milliers d'années. L'activité d'un paratonnerre en américium 241 varie de 6 à 33 MBq (1 MBq = 1 million de becquerels). Si le paratonnerre est de marque Franklin France équipé de pastilles d'américium 241 dont l'activité s'élève à 11 MBq, il faudra attendre 6000 ans pour que l'activité devienne inférieure à 1000 Bq, et plus de 7000 ans pour une activité résiduelle de moins de 100 Bq. Si le paratonnerre est de la marque Hélita, équipé d'une douzaine de billes de porcelaine pour une activité totale, en radium 226, de 800 MBq, il faudra attendre 32000 ans pour que l'activité devienne inférieure à 1000 Bq et près de 37000 ans pour une activité résiduelle de moins de 100 Bq. Les paratonnerres sont situés en hauteur et ne présentent par conséquent pas de risques d'irradiation ni de contamination pour la population. Les risques sont faibles. Seules les personnes accédant aux toits (couvreurs,
antennistes, charpentiers, ...) peuvent éventuellement être contaminées. Les paratonnerres sont soumis aux aléas climatiques (érosion, lixiviation par la pluie) ; les radionucléides peuvent donc s'échapper, se disperser. La matière radioactive est présente sous forme de plaquettes, de feuilles ou de billes en porcelaine. Les sources sont scellées, mais l'exposition prolongée aux intempéries corrode l'enveloppe de protection. Après destruction d'un bâtiment dont le paratonnerre radioactif n'aurait pas été démonté, les ouvriers travaillant au contact des gravats peuvent être contaminés.

L'arrêté du 11 octobre 1983, applicable au premier janvier 1987, interdit l'emploi de radionucléides pour la fabrication des paratonnerres, ainsi que leur commercialisation et leur importation. Il n'y a pas, en revanche, d'obligation de démontage des paratonnerres existants. Un arrêté du 15 janvier 2008 a rendu obligatoire avant le premier janvier 2012 le retrait des paratonnerres radioactifs installés sur les bâtiments d'installations classées pour la protection de l'environnement soumises à autorisation. Il y a quelques années, en Alsace, la CRIIRAD a découvert un paratonnerre radioactif sur le bureau du maire de la commune : il lui servait à ranger ses trombones !

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 6 : Paratonnerre radioactif en Alsace</figcaption></figure>
<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 7 : Paratonnerre radioactif sur la croix du clocher de l'église d'Albas (Lot)</figcaption></figure>

## 4.4 Traitement, conditionnement, entreposage et stockage

Les paratonnerres à têtes radioactives ont été fabriqués entre 1932 et 1986. Les paratonnerres à têtes mixtes, qui contiennent à la fois du radium 226 et de l'américium 241 représentaient environ 10 % du stock à la fin de l'année 2007. Les paratonnerres au radium sont collectés par l'ANDRA et entreposés temporairement sur le site du CEA de Saclay. Après regroupement, à Bollène (Vaucluse), ces déchets sont envoyés pour traitement et conditionnement à la station de traitement des effluents actifs et des déchets solides de Cadarache (Bouches du Rhône). Les colis de déchets sont ensuite entreposés sur le centre CEA de Cadarache. Dans le cadre de la loi du 28 juin 2006 relative à la gestion durable des matières et déchets radioactifs, l'ANDRA mène des études pour le stockage de ces déchets. Les têtes de paratonnerres démontées sont actuellement introduites par leurs détenteurs en fûts de 25 litres (1 tête), 50 litres (2 ou 3 têtes) ou 100 litres (4 à 8 têtes). Après assemblage par l'ANDRA en fûts de 100 litres (8 têtes par fût), ceux-ci sont « compactés » ; les galettes ainsi produites sont conditionnées dans un fût de 870 litres et immobilisées par injection d'un matériau à base de ciment. Un fût de 870 litres contient en moyenne 200 têtes de paratonnerres.

## 5. EFFET DE COURONNE ET PARATONNERRES À DISPOSITIF D'AMORCAGE

Les recherches sur les paratonnerres visent à offrir un point de chute précis à la foudre, de manière à éviter les incendies et les dégradations des bâtiments. Les paratonnerres à dispositif d'amorçage, apparus dans les années 1980, ont pris la relève des paratonnerres radioactifs. Ces nouveaux systèmes tentent de créer une avance à l'amorçage de la foudre, en s'efforçant de générer un traceur ascendant précoce, grâce à la production d'une ionisation supérieure à celle de l'effet couronne spontané. L'effet couronne est une décharge électrique entraînée par l'ionisation du
milieu entourant un conducteur. Cette décharge se produit lorsque le potentiel électrique dépasse une valeur critique mais dont les conditions ne permettent pas la formation d'un arc. Cet effet est utilisé, entre autres, dans les lampes à plasma. Une décharge se produit lorsqu'un courant, continu ou non, circule entre deux électrodes séparées par un fluide neutre (par exemple l'air), par ionisation de ce dernier. Un plasma est alors créé et les charges électriques se propagent en passant des ions aux molécules de gaz neutres. Lorsque le champ électrique en un point du fluide est suffisamment grand, le fluide s'ionise autour de ce point et devient conducteur. En particulier, si un objet chargé possède des pointes, le champ électrique y sera plus particulièrement important (c'est le pouvoir des pointes), c'est là en général, que se produira une décharge.

Le champ électrique plus important au voisinage des objets pointus va favoriser la naissance de pré-décharges ascendantes juste avant le coup de foudre. Lors d'un coup de foudre au sol, les charges négatives dans la partie basse du nuage se déplacent vers les charges positives au sol. Il se forme alors un canal appelé traceur (il met un centième de seconde pour arriver au sol et se déplace à environ 200 km/s). Quand le traceur descendant atteint les dernières centaines de mètres, le champ électrique ambiant dépasse un seuil critique, un ou plusieurs traceurs ascendants se développent. Des pré-décharges ascendantes se créent sur les extrémités supérieures des objets au sol (même sur les objets non métalliques). Philippe Lalande a montré (voir référence « Recherches sur la foudre en France ») que le traceur ascendant ne pouvait progresser de façon stable vers le traceur descendant que si le champ électrique au niveau de la structure était supérieur à un champ critique appelé « champ électrique de stabilisation », dépendant en particulier du rayon de courbure de la structure.

Plusieurs traceurs ascendants sont souvent en compétition en direction du traceur descendant. Lorsqu'un des traceurs entre en contact avec le traceur descendant, c'est la « décharge de capture », un court-circuit est établi entre le nuage et le sol. Lorsque la liaison s'établit entre les deux traceurs, la « décharge principale » se produit ; un courant très intense circule pendant un court instant entre le sol et le nuage, c'est « l'arc en retour ». Le premier coup de foudre est généralement suivi d'autres décharges dans le même canal, ce qui donne à l'éclair son apparence vacillante. Le processus de foudroiement continue jusqu'à la décharge du nuage. Les gros orages peuvent déclencher plus de 100 éclairs à la minute. La plupart des décharges sont intra-nuages, mais une décharge sur quatre frappe le sol.

Cette description du phénomène de foudroiement au sol montre que des phénomènes précurseurs au niveau du sol annoncent un coup de foudre imminent. Ces phénomènes sont : l'accroissement brutal du champ électrique, le phénomène de pré-décharge au niveau des proéminences d'objet au sol, la compétition des traceurs ascendants. Le raisonnement simple qui a conduit à développer les paratonnerres à dispositif d'amorçage est le suivant : si un dispositif de protection génère un traceur ascendant avant un objet à proximité, il doit logiquement gagner lors de la compétition des traceurs ascendants et montrer une avance d'instant d'amorçage par rapport à un paratonnerre à tige simple. Si un dispositif montre une avance à l'amorçage, le traceur qu'il génère va parcourir une distance plus grande par rapport à un paratonnerre à tige simple, pour rencontrer le traceur descendant. Il va capter la foudre à une distance plus grande, son rayon d'action est par conséquent augmenté. Si le traceur ascendant part trop tôt, il n'aura peut être pas assez d'énergie pour parcourir toute la distance. Son énergie étant fournie par le
traceur descendant, plus l'altitude de ce dernier est élevée moins il attirera le traceur ascendant. Il est indispensable que le champ électrique créé au sol par l'approche du traceur descendant soit suffisant pour que le traceur ascendant se propage. Il existe plusieurs types de paratonnerres à dispositif d'amorçage.

Le paratonnerre à circuit électronique est un paratonnerre à tige simple auquel a été ajouté un circuit électronique permettant de produire une ionisation de l'air pour générer un traceur ascendant. L'ionisation de l'air est obtenue en créant des étincelles au voisinage immédiat de la pointe du paratonnerre. Cette ionisation au niveau de la pointe augmente le nombre d'électrons germes et ainsi accroît la probabilité d'initiation de l'effet de pointe si le champ électrique ambiant a atteint une valeur suffisante. Le perfectionnement apporté par ces paratonnerres, par rapport aux paratonnerres radioactifs, est que l'ionisation de l'air peut être déclenchée à un moment précis. Une grande partie de l'efficacité du système dépend de l'instant de déclenchement ; généré trop tôt le traceur ne pourra pas se propager suffisamment loin car le champ électrique généré par le traceur descendant ne serait pas suffisant ; généré trop tard le paratonnerre à dispositif d'amorçage perd son efficacité. Les paratonnerres à déclenchement électronique ont l'avantage de pouvoir être testés par un dispositif extérieur lorsque cela est prévu lors de la conception. Cependant, plus un équipement électronique est complexe, plus sa disponibilité et sa fiabilité sont difficiles à garantir. En particulier, les paratonnerres qui disposent de capteurs solaires et d'une batterie nécessitent une conception et une sélection des composants très rigoureuse. Le réglage de l'instant de déclenchement du traceur ascendant a une grande importance sur les chances de succès lors de la compétition des traceurs ascendants.

Les paratonnerres piézo-électriques, comme les modèles « Saint-Elme » (figure 8), très répandus), fabriqués par Franklin France, tirent l'énergie nécessaire à leur fonctionnement d'un élément piézo-résistif, situé au niveau de la structure cylindrique proéminente du mât, mis en œuvre par la force du vent. Le vent fait osciller la partie supérieure du paratonnerre, en équilibre sur une céramique, ce qui comprime l'élément piézo-résistif, transformant la tension mécanique en tension électrique. Cette tension est appliquée, par l'intermédiaire d'un câble haute tension, coulissant le long de la hampe, à une ou plusieurs pointes effilées en acier insérées à l'intérieur de la tête du paratonnerre. Ces pointes auxiliaires sont portées à une tension suffisamment élevée pour générer, par effet couronne, des ions qui se dirigent vers la pointe du paratonnerre par effet Venturi. Cet effet, qui explique notamment pourquoi le vent au sommet des montagnes est toujours plus rapide que celui à sa base, désigne, en dynamique des fluides, la formation d'une dépression dans une zone où les particules de fluides sont accélérées. Les ions sont ensuite expulsés, créant un canal ascendant dans le prolongement du paratonnerre. La tête du paratonnerre, munie de prises d'air et d'éjecteurs périphériques, a été spécialement profilée pour assurer une circulation d'air optimale. Il n'y a pas dans ce cas de circuit de commande du déclenchement du traceur ascendant, mais une augmentation de la densité d'électrons « germes » au voisinage de la pointe du paratonnerre. L'avance à l'amorçage de ce dispositif dans des conditions réelles d'utilisation n'a jamais été démontrée. Ce type de paratonnerre est très répandu.

Les paratonnerres à profil spécial captent l'énergie rayonnée par le traceur descendant de la foudre à l'aide d'un système composé d'un paratonnerre à tige simple (relié à la terre) et de parties métalliques isolées (au potentiel électrique ambiant). Juste avant le coup de foudre, la tension entre la pointe à la terre et les autres parties métalliques augmente très rapidement pour atteindre plusieurs milliers
de volts. Dès que le potentiel a atteint la tension d'ionisation de l'air, des étincelles sont produites au niveau d'un éclateur qui génère les premières phases de l'attachement de la foudre. Les résultats d'essais indiquent une avance à l'amorçage très importante avec les paratonnerres à profil spécial (qui ne contiennent pas d'éléments actifs). Ce phénomène reste inexplicué car il paraît surprenant que la forme du paratonnerre puisse avoir une telle influence...

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 8 : Paratonnerre Saint Elme à dispositif d'amorçage piézo-électrique</figcaption></figure>

## 6. CONCLUSION

Si la foudre et les phénomènes orageux ne sont plus perçus comme des manifestations de la colère divine, ils ne sont toujours pas complètement compris par les physiciens. Leur interprétation est complexe et divise les scientifiques. Depuis l'invention du paratonnerre par Benjamin Franklin, l'activité de recherche sur la foudre et les moyens de s'en protéger reste importante. Remplacés aujourd'hui par les paratonnerres à dispositif d'amorçage, les paratonnerres radioactifs, souvent attribués à tort au célèbre physicien hongrois Léo Szilard, ont connu un grand succès pendant de nombreuses années, et ce malgré leur dangerosité et l'absence de preuves irréfutables de leur efficacité. Leur inventeur, Béla Szilard, chercheur brillant et méconnu, compagnon de route de Marie Curie, a par ailleurs contribué aux découvertes sur la radioactivité.
Bibliographie et netographie

G. Palló, « Isotope research before Isotopy: George Hevesy's early radioactivity research in the Hungarian context » (part 4. - 4. Starting migration: Béla Szilárd).

S. Chauzy, « De l'orage dans l'air », BUP **913**, 369-384 (2009).

X. Roqué, Chapter 4 – « Displacing radioactivity in Instrumentation Between Science, State and Industry », p. 59.

B. Szilàrd, « Sur un paratonnerre au radium », C. R. Acad. Sci. **158**, 695-697 (1914).

J. Fortier, « Un paratonnerre au radium pour la captation de l'électricité atmosphérique », La Science et la Vie **77**, 369-374 (novembre 1923).

« Recherches sur la foudre en France », le groupe de Saint Privat d'Allier, J. Phys. Colloque **C7**, 40, 297-298 (1979).

Inventaire national des paratonnerres radioactifs : http://www.paratonnerres-radioactifs.fr/

P. Gruet, « Etude des Paratonnerres à Dispositif d'Amorçage », Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement, Laboratoire d'Evaluation des Equipements Electriques, Direction de la certification, octobre 2001 INERIS (Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques) - DCE - 2000 - 25265f.doc http://www.ineris.fr/centredoc/PDA.pdf

Site de la CRIIRAD :
http://www.criirad.org/actualites/dossier2010/francetelecom/Fiche_CRIIRAD_PARAT_ONNERRES.pdf