La foudre et le parafoudre

L'intégration croissante de l'électronique et des automatismes dans les installations d'aujourd'hui, les rend de plus en plus sensibles aux phénomènes transitoires tels que la foudre.
Ces perturbations peuvent être à l'origine de pertes d'exploitation ou de dégâts importants.
Les procédés de fabrication, de plus en plus complexes et les contraintes liées à la productivité en flux tendu nous amènent maintenant à une optimisation de la sécurité et de la continuité de service des systèmes.


Le Ministère de l'environnement a publié en 1993 un arrêté concernant la protection contre la foudre de certaines installations classées.
La circulaire du 28 octobre 1996 précise que les champs d'application s'étend également aux effets indirects de la foudre tels que les perturbations électromagnétiques induites.
Ces perturbations peuvent en effet endommager gravement les procédés de conduite ou de contrôle des installations.

Foudre : norme de référence

Nous avons précisé ci-dessous les normes relatives à la protection contre la foudre. Pour l'instant, il n'existe pas de norme Européenne (EN) qui traite de ce sujet.
CEI 61024-1 : Protection des structures contre la foudre
CEI 61312-1 : Protection contre l'impulsion électromagnétique générée par la foudre
CEI 61643-1 : Dispositif de protection contre les surtensions connectés aux réseaux de distribution
CEI 60364 : Installations électriques des bâtiments
Section 4-443 : Protection contre les surtensions d'origine atmosphérique ou dues à des manoeuvres
Section 5-534 : Dispositifs de protection contre les surtensions

NF C 15-100 : Installation électrique BT :
Section 443 : Surtensions d'origine atmosphérique ou dues à des manoeuvres
Section 534 : Dispositifs de protection contre les surtensions
NF C 61-740 : Parafoudres pour installation BT
UTE C 15-443 : Protection des installations BT contre les surtensions d'origine atmosphérique (Guide)

Le courant de foudre

Un coup de foudre est une décharge électrique caractérisée par des courants de hautes fréquences, de fortes amplitudes et de courtes durées.
Il se compose d'un arc principal et de plusieurs arcs dits subséquents.
Ils peuvent être modélisés par deux courbes de courant dénommées 8/20µs et 10/350µs.
Ces dernières sont respectivement définies dans les normes internationales CEI 61643-1 et CEI 61312-1.
forme onde

La norme NF C 15-100 édition 2002, rend obligatoire les parafoudres Type 1 dans les installations équipées de paratonnerres.

L'intégration croissante de l'électronique et des automatismes dans les installations d'aujourd'hui, les rend de plus en plus sensibles aux phénomènes transitoires tels que la foudre.
Ces perturbations peuvent être à l'origine de pertes d'exploitation. En effet, il s'avère que dans le cas d'un foudroiement direct, l'énergie appliquée aux parafoudres BT peut être largement plus énergétique qu'en cas de phénomènes indirects.
Pour cette raison une onde d'essai 10/350 est utiliser pour la validation de des parafoudres Type 1. Les parafoudres Type 2 et 3 sont utilisés pour tous les autres cas, seul ou en aval d'un parafoudre Type 1.

Le parafoudre

Les parafoudres sont destinés à limiter le niveau des surtensions à un niveau admissible par le matériel électrique.
Le niveau de tenue aux chocs est défini par la coordination de l'isolement, norme CEI 664-1.
Le parafoudre se comporte en tant normal comme un circuit ouvert. Lors du passage du courant de foudre, il se transforme en un court-circuit, permettant ainsi de limiter la différence de potentiel dangereuse entre les différents circuits de l'installation.

Les parafoudres peuvent être constitués d'éclateurs, de varistances ou de diodes Zéner bidirectionnelles et sont en général raccordés en aval du disjoncteur général de l'installation, entre chaque conducteur et la borne principale de terre par des liaisons aussi courtes que possibles.

Caractéristiques d'un parafoudre

Un parafoudre est conçu en fonction de :

  • La configuration de l'installation, (capacité à dissiper l'énergie),
  • La tenue aux chocs du système à protéger, (capacité à écrêter la surtension).

Il existe des parafoudres dédiés aux courants forts (Energie) et d'autres destinés aux courants faibles (Mesure, Commande, Régulation,Télécommunication, etc) et répondent à une application toujours bien définie.

Le parafoudre se caractérise par sa tension admissible Uc, son pouvoir de décharge Imax et In, ainsi que son niveau de protection Up.

Uc : tension maximale à 50Hz que peut supporter le parafoudre en permanence. En régime TT (ou TN) cette valeur doit être supérieure ou égale à 1,45.Uo; cette valeur est supérieure ou égale à 1,732.Uo en régime IT.

Up : niveau de protection du parafoudre, cette valeur doit être inférieure ou égale à la tension de tenue de choc Utc du matériel électrique à protéger.

Iimp : courant de choc impulsionnel que peut écouler le parafoudre une seule fois sans dommage. Cette valeur est mesurée à partir de l'onde d'essai 10/350µs.

Imax : courant de décharge maximal que peut écouler le parafoudre une seule fois sans dommage. Cette valeur est mesurée à partir de l'onde d'essai 8/20µs.

In : Courant de décharge nominal que peut écouler le parafoudre 20 fois. Cette valeur est mesurée à partir de l'onde d'essai 8/20µs.

Iimp : courant de foudre maximal que peut écouler le parafoudre. Cette valeur est mesurée à partir de l'onde d'essai 10/350µs.

Protection du parafoudre

La norme NF C 15-100 édition 2002, rend obligatoire les parafoudres Type 1 dans les installations équipées de paratonnerres.

La durée de vie du parafoudre dépend du nombre de sollicitations.
Selon la norme NFC 15-100 édition 2002, la fin de vie du parafoudre ne doit pas entraîner un court-circuit entre neutre et terre.
Cela implique l'usage d'un dispositif de protection en amont du parafoudre, soit en série dans le circuit à protéger (continuité de protection assurée, continuité de service non assurée), soit dans la branche de dérivation du parafoudre (continuité de service assurée, continuité de protection non assurée).
schéma pour la protection du parafoudre

Comment évaluer les risques foudre

La protection contre la foudre des installations basse tension est obligatoire dans seulement certains cas :

  • En présence de paratonnerre sur le bâtiment considéré,
  • dans la Zone AQ2, en rouge sur la carte, si l'alimentation BT est aérienne ou partiellement aérienne.

Pour les autres cas une étude de risque est nécessaire pour évaluer le niveau de sensibilité de l'installation.

Différents facteurs de risque sont à considérer :

  • La probabilité de foudroiement de la zone,
  • Le mode d'apparition des surtensions,
  • La topographie du site,
  • La zone d'exposition,
  • L'existence éventuelle de surtensions de manoeuvre,
  • La nature et la valeur des matériels à protéger.
    L'évaluation est volontairement simplifié en limitant les facteurs de risque. Seul sont retenu les facteurs les plus représentatifs des risques rencontrés dans l'industrie et le gros tertiaire,
  • La tenue aux chocs des équipements,
  • La disponibilité de l'installation,
  • La présence d'une IEPF (installation externe de protection foudre).

Choix d'un parafoudre

Ce choix est effectué en fonction de :

  • la zone d'exposition,
  • la tenue aux chocs des équipements,
  • la disponibilité de l'installation,
  • la présence d'une IEPF.

carte zones exposition à la foudre
tableau zone 1 faiblement exposée à la foudre
tableau zone 2 exposée à la foudre
tableau zone 3 très exposée à la foudre
La mise en oeuvre des parafoudres doit impérativement respecter les règles du guide pratique UTE C 15-443.
guide installation d'un parafoudre

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