Foudre : la protection évolue

Lorsque la foudre frappe, l’énergie considérable qu’elle conduit dans un temps extraordinairement court peut provoquer des dommages considérables et irréversibles. Les industriels experts du domaine ont développé des systèmes de protection qui attirent la foudre et évacuer leur charge électrique de plusieurs milliers d’ampères hors des zones à protéger, en particulier le paratonnerre à dispositif d’amorçage (PDA). Placé à la pointe du paratonnerre, ce dispositif s’active par temps d’orage : il va ioniser l’air en générant des étincelles au voisinage immédiat de la pointe du paratonnerre ; ce champ électrique va être utilisé pour créer un « traceur ascendant » permettant d’aller à la rencontre du « traceur descendant » de la foudre avant qu’il n’atteigne le point d’impact (schéma). Lorsque les traceurs se rejoignent, les charges se neutralisent et créent un trait lumineux intense qui progresse du sol vers le nuage (arc en retour).

PDA : un temps d’avance qui change tout

Cette capacité à « anticiper » l’impact de quelques microsecondes a donné lieu à une bataille technologique avec le paratonnerre à tige simple (PTS), qui ne dispose pas de cette technologie d’avance à l’amorçage à sa pointe. Le PTS est-il pour autant condamné ? Pas forcément car la différence de prix de ces deux technologies est de l’ordre de 1 à 5. Le choix entre un PTS et un PDA doit se faire en fonction du besoin. Installer un PDA sur un petit bâtiment qui renferme un transformateur EDF, par exemple, serait disproportionné. En revanche, pour une mairie, une école et même une piscine ou un jardin public, le PDA a tout son intérêt, d’autant plus qu’il a deux avantages non négligeables : il offre un rapport protection/coût global intéressant, qui rend cette technologie accessible à beaucoup de clients, et sa mise en œuvre est moins contraignante que d’autres technologies du fait qu’un PDA est constitué de peu d’éléments (deux descentes qui relient le mât à la terre et deux prises de terre).

En France, le règlement de sécurité ERP (arrêté du 19/11/2011-EL19) n’est pas très précis quant à l’installation d’une protection contre la foudre sur les établissements recevant du public : sans parler d’obligation, le texte impose une vérification périodique si l’établissement est équipé d’un paratonnerre. Reste quelques établissements, maisons de retraite en particulier, qui ont l’obligation d’installer une protection contre la foudre. D’évidence, il y a un vide juridique à combler.

Installations photovoltaïques
En France, plus de 270 000 installations photovoltaïques sont raccordées au réseau de distribution électrique, et cette progression devrait se poursuivre en 2013. La protection de ces installations contre les surtensions transitoires générées par la foudre est une préoccupation des bureaux d’étude, des installateurs mais aussi des exploitants. Ils peuvent s’appuyer sur un corpus normatif dédié de plus en plus complet et des produits de plus en plus performants proposés par les industriels.
Comme toute installation électrique, un générateur photovoltaïque peut être soumis à des surtensions transitoires fortes générées par la foudre, mais aussi, pour la partie aval de l’installation connectée au réseau, à des surtensions se propageant sur celui-ci. La prise en compte de ces risques se renforce avec certaines spécificités de ces installations :

– exposition élevée pour les fermes au sol déployées sur de grandes surfaces ;

– appareillages sensibles, tels que les onduleurs ou les panneaux montés sur des cadres métalliques ;
– installation en toiture de bâtiments élevés.

Il ne faut pas négliger les pertes d’exploitation en cas de destruction de cette installation. Autant de sujets de préoccupation pour les assureurs.
Dans une installation photovoltaïque, les parafoudres ont pour rôle de protéger les modules photovoltaïques et les onduleurs contre les risques de surtensions induites dans le circuit de la partie continue.

Les surtensions sont à l’origine d’effets secondaires particulièrement perturbateurs sur les équipements de l’installation photovoltaïque, voire destructeurs.
Indépendamment des surtensions dues à la foudre, les surtensions industrielles sont également une réalité (surtension de manœuvre et de commutation, surtension d’interaction entre réseaux).
Une protection systématique contre les surtensions est donc recommandée pour tout type d’installation électrique (dont photovoltaïque), comme en témoignent de nombreuses destructions ou pannes récurrentes inexpliquées de matériels d’exploitation.

Les offres constructeurs
Citel propose des parafoudres (500 et 1 000 V) type 1 avec déconnexion thermique et indicateur de défaut, et type 2 avec varistances haute énergie, ainsi que des coffrets parafoudre.
Dehn étoffe son offre avec les nouveaux produits DehnLimit PV de type 1 à grande capacité d’écoulement (100 A) du courant foudre, et DehnGuard SCI 1500 renforcé par un dispositif actif de déconnexion complété par un fusible.
ABB Hélita Soulé propose une offre allant des paratonnerres à dispositif d’amorçage aux parafoudres OVR spécifiquement développés pour les applications PV afin d’assurer la déconnexion en fin de vie.
Phoenix Contact complète sa gamme de parafoudres Valvetrab adaptés au photovoltaïque. Ces parafoudres peuvent être contrôlés par le Checkmaster, un appareil qui permet de mesurer leur degré d’usure. De nouvelles technologies intègrent de l’intelligence avec un micro-contrôleur qui comptabilise les sollicitations des parafoudres.
Socomec, Schneider Electric et Eaton ont également une offre complète de parafoudres et de coffrets pour les installations PV.