Propagation d’une onde de foudre

Les réseaux électriques sont à basse fréquence et, de ce fait, la propagation de l’onde de tension est instantanée par rapport à la fréquence du phénomène : en tout point d’un conducteur, la tension instantanée est la même.

L’onde de foudre est un phénomène haute fréquence (quelques centaines de kHz au MHz) :

• l’onde de foudre se propage le long d’un conducteur à une certaine vitesse par rapport à la fréquence du phénomène. De ce fait, à un instant donné, la tension n’a pas la même valeur en tout point du support (cf. Fig. J52).
• un changement de support crée un phénomène de propagation et/ou de réflexion de l’onde dépendant
  • de la différence d’impédance entre les deux supports,
  • de la fréquence de l’onde progressive (raideur du temps de monté en cas d’une impulsion),
  • de la longueur du support.

En particulier en cas de réflexion totale, la valeur de la tension peut doubler.

Fig. J52 – Propagation d’une onde foudre dans un conducteur

Exemple cas de la protection par parafoudre

La modélisation du phénomène appliquée à une onde de foudre et les essais en laboratoire ont montré qu’une charge alimentée par 30 m de câble protégé en amont par un parafoudre à la tension Up subit du fait des phénomènes de réflexion une tension maximale de 2 x Up (cf. Fig. J53). Cette onde de tension n’est pas énergétique.

Fig. J53 – Réflexion d’une onde foudre à l’extrémité d’un câble

Action corrective

Des 3 paramètres (différence d’impédance, fréquence, distance), le seul que l’on puisse réellement maîtriser est la longueur de câble entre le parafoudre et le récepteur à protéger. Plus cette longueur est grande, plus la réflexion est importante.

En général pour les fronts de surtensions rencontrés dans un bâtiment, les phénomènes de réflexion sont importants à partir de 10 m et peuvent doubler la tension à partir de 30 m (cf. Fig. J54).

Il est nécessaire d’installer un deuxième parafoudre en protection fine si la longueur de câble excède 10 m entre le parafoudre de tête et l'équipement à protéger.

Fig. J54 – Tension maximale à l’extrémité d’un câble à vide en fonction de la longueur du câble pour un front de tension incident de 4kV / µs