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Détection des orages et prévention des dommages causés par la foudre : Qu'est-ce qui fonctionne ?
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La détection locale des orages permet de prévenir les accidents dus à la foudre
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La détection locale des orages permet de prévenir les accidents dus à la foudre. Les orages électriques peuvent causer la mort et des blessures aux personnes. Le risque est accru pour les travailleurs dans les espaces ouverts. Outre les pertes de vie et de santé, les coups de foudre endommagent les propriétés, les infrastructures, les industries, les systèmes de communication et le patrimoine culturel. La foudre déclenche de nombreux incendies de forêt, provoque des pannes de lignes électriques et peut également provoquer des catastrophes environnementales.
La mise en œuvre de mesures de prévention et de protection contre la foudre a permis de réduire continuellement le nombre de personnes tuées ou blessées par la foudre. Les mesures préventives sont des actions temporaires qui sont lancées dès la réception d'une alerte au risque de foudre et qui sont désactivées une fois le danger passé. Il s'agit par exemple de l'évacuation du personnel, de l'arrêt ou du report d'activités dangereuses, etc.
Pour prendre ces mesures temporaires, il faut disposer d'un système fiable de détection des orages1. Nous allons ensuite détailler les types de détecteurs qui existent, leurs avantages et leurs inconvénients, et surtout, s'ils sont valables à des fins préventives.
Détecteurs basés sur la surveillance du champ électromagnétique : à quoi servent-ils ?
Les détecteurs basés sur la surveillance du champ électromagnétique mesurent le rayonnement électromagnétique produit par la foudre. Ils ont donc besoin d'un premier téléchargement, soit nuage-nuage, soit nuage-sol, pour émettre leur alerte de risque de foudroiement. C'est pourquoi ces systèmes sont utilisés pour l'analyse des événements passés, mais ils ne sont pas toujours adaptés à la prise de mesures préventives.
Les détecteurs basés sur la surveillance du champ électromagnétique sont traditionnellement utilisés pour localiser les orages. L'un de ces détecteurs électromagnétiques actuels (également appelé LLS, Lightning Location System) doit être capable d'enregistrer dans différentes catégories tous les coups de foudre nuage-sol de toute polarité et les décharges nuage-nuage, et également de les localiser dans une zone déterminée2. En outre, ces détecteurs d'orages peuvent mesurer l'intensité et le type de foudre, et même suivre les cellules orageuses et l'évolution de la structure des charges électriques en temps réel3,4.
Les détecteurs d'orages basés sur le champ électromagnétique ne sont pas toujours adaptés à des fins préventives, notamment dans les cas où l'orage se forme juste au-dessus de la cible à protéger.
Les LLS basent leur alarme de risque de foudroiement sur la distance entre les décharges précédentes et la cible à protéger. De cette façon, ils supposent qu'une décharge proche de la zone à protéger implique que la foudre suivante sera produite dans cette zone. Si la décharge se produit plus loin, elle entraînera un risque moindre que la foudre frappe la cible. Cependant, si la première décharge orageuse se produit sur la même cible, il n'y aura pas d'alarme préalable et aucune action préventive nécessaire ne sera prise.
Selon une étude de 20055, 54% des victimes touchées par la foudre n'ont pas été averties de la menace car il n'y a pas eu de coup de foudre avant l'impact dans un rayon de 20 km. En d'autres occasions, il y avait moins de 3 éclairs dans une période de 2 minutes avant que la personne ne soit frappée par la foudre, de sorte que les victimes n'ont pas eu suffisamment de temps de réaction pour chercher un abri approprié.
Champ électromagnétique vs champ électrostatique
Contrairement aux détecteurs d'orages basés sur le champ électromagnétique, les capteurs de champ électrostatique sont capables de détecter la formation d'orages électriques sur la zone à protéger et, par conséquent, d'émettre l'alarme de risque avec un temps d'anticipation suffisant pour prendre des mesures préventives.
Dans la norme IEC 62793 : 2020 sur les systèmes d'alerte d'orage, quatre phases sont établies dans l'évolution d'un orage électrique :
Phase 1 : élévation du champ électrostatique.
Phase 2 : Décharges intra-nuageuses et nuageuses, bien que des décharges nuage-sol puissent également se produire.
Phase 3 : Décharges dans les nuages et dans le sol.
Phase 4 : Diminution du taux de téléchargement.
Les détecteurs d'orages basés sur les champs électromagnétiques peuvent détecter les phases 2, 3 et 4 mais pas la phase 1. Ils peuvent localiser des orages à longue distance où des décharges se produisent déjà.
Les détecteurs basés sur le champ électrostatique sont les seuls à détecter toutes les phases de l'orage, car la mesure du champ électrostatique atmosphérique est le seul indicateur direct et sans équivoque du risque de foudre avant qu'il ne se produise. La détection par mesure du champ électrostatique local constitue la seule protection préventive robuste, car elle surveille la formation progressive d'un orage, depuis la phase initiale jusqu'au beau temps, comme défini dans la norme CEI 62793 : 2020.
En outre, les détecteurs d'orage basés sur le champ électromagnétique utilisent un compte à rebours à partir de la dernière décharge détectée pour déterminer qu'il n'y a pas de risque de foudre : si aucune décharge ne se produit dans un certain délai, l'alarme est terminée. Cependant, il peut y avoir des cas où le risque est toujours présent et où une décharge se produit juste après le délai défini, ou même où l'alarme dure plus longtemps que nécessaire, ce qui peut entraîner des pertes financières importantes.
La détection par mesure du champ électrostatique local constitue la seule protection préventive robuste, car elle surveille la formation progressive d'un orage, de la phase initiale au beau temps, comme le définit la norme CEI 62793 : 2020.
En fin de compte, les détecteurs d'orage basés sur la mesure du champ électrostatique sont les seuls systèmes qui permettent de prévenir le risque d'un véritable coup de foudre. Ils peuvent détecter toutes les phases de l'orage, indiquant aussi bien sa formation ou son approche que sa dissipation ou son éloignement. Les capteurs de champ électrostatique permettent l'adoption de mesures préventives agissant sur la base de la mesure objective du champ électrostatique environnemental.
Les détecteurs basés sur le champ électromagnétique, en revanche, puisqu'ils basent leur alarme de risque sur la proximité ou la distance d'une décharge antérieure, ils ne sont pas toujours utiles à des fins préventives, bien qu'ils permettent de localiser et d'analyser les éclairs une fois qu'ils ont frappé.
detección de tormentas, caída de rayos
ATSTORM®, le meilleur des deux technologies
ATSTORM®, développé et breveté par Aplicaciones Tecnológicas, est un système d'alerte local pour la prévention des risques d'orages électriques. Il se compose de capteurs de champs électrostatiques, entièrement électroniques et sans pièces mobiles. Le système de détection des orages peut percevoir les fluctuations du champ électrique des orages en formation au-dessus de la cible et/ou des orages actifs jusqu'à un rayon de 20 km. Cette technologie permet une anticipation de plusieurs minutes avant que le premier coup de foudre puisse être détecté par la lecture du champ électromagnétique.
ATSTORM® base son alerte sur la mesure du champ électrostatique, bien qu'il dispose également d'un capteur électromagnétique qui élargit sa zone de surveillance et permet de définir un état de pré-alerte.
ATSTORM® incorpore également un capteur électromagnétique en complément pour surveiller l'approche de la tempête jusqu'à un rayon de 40 kilomètres. De cette manière, la zone de surveillance est étendue et il est possible de définir un avis d'état de pré-alerte en cas de tempêtes actives éloignées s'approchant de la cible à protéger.
Prévenir les accidents dus à la foudre est possible lorsque l'on dispose d'un détecteur d'orages qui offre à tout moment une information fiable et précise sur le risque de formation ou d'approche d'orages sur la cible.
Vous pouvez télécharger l'article complet ici.
Pour plus d'informations sur la détection des orages et la prévention des accidents dus à la foudre, vous pouvez contacter notre équipe d'experts à ce lien.
Références :
Tamborero, J. M. & Polo, S. NTP-1.084 : Prévention des risques professionnels causés par les coups de foudre. (2017).
Rakov, V. A. Méthodes électromagnétiques de détection de la foudre. Surv. Geophys. 34, 731-753 (2013).
Cooper, M. A. & Holle, R. L. Reducing Lightning Injuries Worldwide. Springer Natural Hazards (2019).
Nag, A., Murphy, M. J., Schulz, W. & Cummins, K. L. Lightning locating systems : Insights on characteristics and validation techniques. Earth and Space Science vol. 2 65-93 (2015).
Lengyel, M. M., Brooks, H. E., Holle, R. L. & Cooper, M. A. Lightning casualties and their proximity to surrounding cloud-to-ground lightning. 85th AMS Annu. Meet. Am. Meteorol. Soc. - Comb. Prepr. 3185-3191 (2005).