Calcul du volume protégé par les terminaux aériens Early Streamer Emission (ESE) : deux méthodes valables avec des résultats identiques

Calcul du volume protégé par les terminaux aériens Early Streamer Emission (ESE) : deux méthodes valables avec des résultats identiques

La protection contre la foudre dans les bâtiments est cruciale pour éviter les dommages personnels, matériels et économiques. Un paratonnerre à émission anticipée est un dispositif de haute technologie qui répond à l'approche d'un coup de foudre, en anticipant sa capture d'autres éléments dans sa zone de protection, afin de conduire le courant de décharge en toute sécurité vers la terre. Pour remplir leurs fonctions, ils doivent être installés après avoir calculé leur rayon de protection de manière à protéger les éléments souhaités, une opération qui peut être réalisée selon deux méthodes différentes mais aux résultats identiques : celles proposées par la norme UNE21186 et par le Code Technique de la Construction (CTE). Cependant, une interprétation erronée de ce dernier peut être dangereuse.

L'actuel Code Technique de la Construction (CTE) comprend depuis sa publication en 2006 une section (SUA 8) sur la protection contre la foudre, avec un calcul de base du risque et une série d'instructions d'installation. Il comprend également une méthode de calcul du volume protégé par un paratonnerre à émission anticipée (ESE). Il s'agit d'une méthode graphique qui diffère de la méthode de calcul de la norme internationale pour ce type de parafoudre (UNE21186 - Protection contre la foudre) : Protection contre la foudre avec les systèmes de protection contre la foudre à émission précoce de paratonnerres), où une méthode analytique est proposée au moyen d'une formule.

Cependant, les résultats sont identiques pour tout parafoudre, toute hauteur et tout niveau de protection. Il n'y a pas un rayon de protection selon le Code Technique de la Construction (CTE) et un autre selon la norme UNE21186, malgré le fait qu'il apparaisse dans de nombreuses documentations commerciales et mesures. Cette confusion provient d'une mauvaise interprétation du Code Technique de la Construction (CTE). Cette mauvaise interprétation est toutefois dangereuse, car elle suppose que la protection parafoudre est maximale au niveau du toit, ce qui n'est pas vrai, et peut donc laisser sans protection des zones particulièrement vulnérables.

Ce que dit le Code Technique de la Construction (CTE)

La confusion sur les différences apparentes entre les deux méthodes trouve son origine dans le point B.1.1.2 du SUA 8 du Code Technique de la Construction (CTE), qui stipule :

a) Sous le plan horizontal situé à 5 mètres sous le point, le volume protégé est celui d'une sphère dont le centre est situé sur la verticale d'un point à une distance D et dont le rayon est :

R = D+ΔL

où

R est le rayon de la sphère en mètres définissant la zone protégée.

Ce R est confondu avec le rayon de protection alors que, comme expliqué, c'est le rayon de la sphère qui définit le volume protégé. On ne regarde que la formule, en ignorant la phrase qui l'introduit et celle qui la suit dans la partie b :

b) au-dessus de ce plan, le volume protégé est celui d'un cône défini par le point de prélèvement et le cercle d'intersection entre ce plan et la sphère.

De plus, ce R est pris comme rayon pour toute hauteur comme si le volume protégé était un cylindre autour de l'axe du parafoudre. Bien entendu, ce n'est pas le cas. Au point b), il est clair qu'au-dessus de h=5m, le volume protégé est un cône. Et, comme indiqué au point a), au-dessus de ce plan, c'est une sphère.

Ce que dit la norme UNE21186

La norme UNE21186 - Protection contre la foudre : Systèmes de protection contre la foudre à émission de trames précoces spécifie une méthode analytique pour le calcul du volume protégé en utilisant la formule suivante :

Le résultat de l'application de cette formule est identique à la méthode graphique du Code Technique du Bâtiment (CTE), à une seule exception près : la norme considère que les objets situés à moins de 2 mètres (en hauteur) du paratonnerre ne sont pas protégés, mais le Code Technique du Bâtiment (CTE) ne mentionne pas cette indication.

De plus, selon la norme UNE21186, le calcul du rayon de protection ne peut être appliqué à des temps d'avance supérieurs à 60µs, même si un résultat supérieur a été obtenu en laboratoire.

Quel rayon peut protéger une borne d'air ESE ? Un exemple graphique

Le rayon de protection d'un PDC / d'un terminal aérien ESE dépend de son temps d'avance, du Niveau de Protection requis par la structure et de la hauteur du point par rapport à l'objet à protéger. Pour des différences de hauteur inférieures à 5 mètres, le rayon de protection diminue très rapidement, c'est pourquoi une attention particulière doit être portée à la protection des objets situés sur le toit et dans les angles du bâtiment.

Dans l'exemple suivant, le calcul du risque a déterminé que le bâtiment nécessite un niveau de protection 3 (D = 45m), et la distance au point le plus éloigné est de 57 mètres. Selon l'interprétation erronée, un parafoudre de ΔL = R-D = 57-45 = 13 m serait nécessaire. Par conséquent, un paratonnerre de Δt = 15µs serait suffisant.

Mais ce n'est pas ce que spécifie le Code technique du bâtiment (CTE). La manière correcte de faire le calcul par des méthodes graphiques est la suivante :

"sphère dont le centre est situé à la verticale de la pointe à une distance D et dont le rayon est : R = D + ΔL"

Dans la figure suivante, il est clair qu'avec le parafoudre de 15µs, le bâtiment n'est pas protégé, un parafoudre avec un temps d'avance plus long, par exemple 30µs, est nécessaire :

La couverture du paratonnerre est, comme il est indiqué dans le Code Technique de la Construction (CTE), la section circonférentielle au sol pour h>5m, et un cône au-dessus de ce plan.

Chez Aplicaciones Tecnológicas, nous recommandons toujours d'installer le paratonnerre à 6 mètres au-dessus du toit, afin de protéger les objets situés sur le toit et les angles du toit, qui sont les plus susceptibles d'être touchés par la foudre. Comme on peut le voir dans l'illustration précédente et dans le tableau suivant, avec une différence inférieure à 5 mètres, le rayon de protection diminue beaucoup, et à partir de cette hauteur, l'augmentation n'est pas très significative.

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