Fiche Technologique : Installation de Systèmes de Protection Contre la Foudre pour Bâtiments et Structures

Cette fiche technologique couvre l'installation de systèmes de protection contre la foudre pour un large éventail de bâtiments et de structures. La protection contre la foudre est essentielle pour prévenir les effets thermiques, mécaniques et électromagnétiques des décharges électriques atmosphériques, qui peuvent entraîner des incendies, des destructions, des explosions et des blessures. Les manifestations dangereuses de la foudre incluent le coup de foudre direct, l'induction électromagnétique et électrostatique, ainsi que la remontée de potentiels élevés via les communications métalliques aériennes et souterraines.

La protection contre les coups de foudre directs est assurée par des paratonnerres, dont le principe de fonctionnement repose sur l'interception de la décharge par les structures métalliques mises à la terre les plus élevées, protégeant ainsi les objets situés dans leur zone. En général, un paratonnerre se compose d'un capteur de foudre (interceptant le coup direct), d'une structure de support, d'un conducteur de descente (assurant la connexion électrique avec la prise de terre) et d'une prise de terre (assurant le contact avec le sol). Les structures de support métalliques ou en béton armé peuvent servir de conducteurs de descente.

On distingue plusieurs types de paratonnerres selon la conception et l'emplacement du capteur de foudre : à tige isolée, à fil tendu (câble) isolé ou à antenne, à tige installés directement sur l'objet ou isolés de celui-ci, ainsi que les dispositifs de maillage (cage maillée) posés sur la toiture de l'objet protégé. Pour les objets de catégorie de protection III, l'utilisation d'une toiture métallique comme capteur de foudre est autorisée. Les mailles de capture doivent avoir une taille de cellule ne dépassant pas 150 m², par exemple, 12 m x 12 m.

La résistance impulsionnelle de chaque prise de terre du paratonnerre ne doit pas dépasser 20 ohms. Dans les sols à haute résistivité (supérieure à 500 ohms·m), une résistance allant jusqu'à 40 ohms est admise. Les exceptions sont les bâtiments pour le gros bétail et les écuries, où la résistance impulsionnelle de chaque prise de terre ne doit pas dépasser 10 ohms.

Pour la protection des objets de catégorie III, il est recommandé d'utiliser au maximum les structures métalliques existantes, les cheminées d'extraction, les châteaux d'eau et autres structures élevées. Les tuyaux verticaux non métalliques (de bâtiments, chaufferies, châteaux d'eau, pylônes) d'une hauteur supérieure à 15 m sont protégés par l'installation de capteurs de foudre. Pour les tuyaux d'une hauteur allant jusqu'à 50 m, un seul capteur de foudre de 1 m de haut et un seul conducteur de descente sont installés. Pour les tuyaux d'une hauteur de 50-150 m, au moins deux capteurs de foudre symétriques (connectés à l'extrémité supérieure) de 1 m de haut chacun et l'installation de deux conducteurs de descente sont nécessaires (une échelle métallique peut servir de conducteur de descente). Dans les tuyaux en béton armé, leur armature est utilisée comme conducteurs de descente. Les tuyaux, tours, pylônes métalliques ne nécessitent pas l'installation d'un capteur de foudre et d'un conducteur de descente séparés, mais sont directement connectés à une prise de terre avec une résistance impulsionnelle ne dépassant pas 50 ohms.

Les installations ou réservoirs métalliques extérieurs contenant des liquides inflammables avec un point d'éclair supérieur à +61 °C sont protégés de la manière suivante : si l'épaisseur du métal du couvercle est inférieure à 4 mm, par des paratonnerres isolés ou installés sur la structure ; si l'épaisseur du métal du couvercle est de 4 mm ou plus, par une connexion directe du couvercle à une prise de terre avec une résistance ne dépassant pas 50 ohms. Les petites structures (d'une superficie allant jusqu'à 150 m², d'une hauteur allant jusqu'à 7 m) de catégorie III, y compris les entrepôts, peuvent bénéficier d'une protection simplifiée contre la foudre utilisant un fil d'acier de diamètre 5-6 mm, tendu à une distance d'au moins 250 mm du faîte du toit, et des capteurs de foudre verticaux de 1,5-2 m de long en tubes ou cornières d'acier, connectés à 1-2 piquets de terre verticaux de 2-3 m de long.

Pour les tentes en plein air, des paratonnerres à tige ou à câble isolés sont utilisés, avec une résistance impulsionnelle de chaque prise de terre ne dépassant pas 40 ohms et une distance de la prise de terre à la tente d'au moins 10 m. Les prises de terre doivent être de type profond. Dans les zones boisées, les capteurs de foudre peuvent être installés sur de grands arbres, éloignés des tentes d'au moins 10 m. Si les arbres se trouvent à moins de 10 m des tentes, des conducteurs de descente métalliques sont posés sur eux jusqu'à une hauteur de 2,5 m, connectés à une prise de terre avec une résistance impulsionnelle ne dépassant pas 50 ohms. Si la distance est inférieure à 4 m, sous la tente, à une profondeur de 10-15 cm, un treillis métallique en fil de diamètre 5-6 mm avec une maille ne dépassant pas 1,5 m x 1,5 m est posé. Pour les tentes situées à une distance de 4-10 m des arbres, un circuit de terre en fil de diamètre 5-6 mm, posé autour de la tente à une profondeur de 10-15 cm, est suffisant.

La protection contre la remontée de potentiels élevés, induits sur les structures métalliques et communications aériennes extérieures, implique leur raccordement à une prise de terre avec une résistance impulsionnelle ne dépassant pas 20 ohms à l'entrée de l'objet protégé, ainsi qu'au poteau le plus proche de l'objet. Il est permis de les raccorder à la prise de terre de la protection foudre ou à la terre de l'installation électrique.

L'installation des dispositifs de protection contre la foudre pour les bâtiments et structures nouvellement construits est réalisée par des entreprises spécialisées, possédant les qualifications et licences requises. Lors de la conception et de l'installation, les prises de terre (à l'exception de celles profondes) doivent être placées dans des zones peu fréquentées (pelouses, arbustes), loin des voies de circulation principales et des chemins piétonniers pour améliorer la sécurité. Les conducteurs de descente doivent être éloignés des entrées des bâtiments afin d'éviter tout contact accidentel.

Les travaux d'installation de la protection contre les coups de foudre directs sont effectués dans l'ordre suivant :

Lors de l'installation de paratonnerres à tige isolée :

1. Fixation du capteur de foudre sur la structure de support (poteau).

2. Pose du conducteur de descente et son raccordement au capteur de foudre par soudage, conformément aux exigences de la norme ISO 17660.

3. Installation de la structure de support (poteau) dans une fouille préalablement préparée.

4. Raccordement du conducteur de descente à la prise de terre.

Lors de l'installation d'un paratonnerre à câble tendu (filaire) :

1. Installation des structures de support (poteaux) avec les conducteurs de descente fixés dessus.

2. Tension du câble capteur de foudre entre les poteaux.

3. Raccordement des conducteurs de descente à la prise de terre.

La protection contre la remontée de potentiels élevés est réalisée pendant la construction du bâtiment ou de la structure et l'installation des tuyauteries et structures métalliques technologiques. Lors de l'érection de bâtiments et de structures de grande hauteur pendant la période d'orages, à partir d'une hauteur de 20 m, des dispositifs temporaires de protection contre la foudre sont prévus pour la sécurité du personnel et la protection des structures. Des capteurs de foudre de toute conception sont utilisés, raccordés à la prise de terre par des conducteurs de descente courant librement le long des murs. À mesure que la hauteur de la structure augmente, les capteurs de foudre avec les conducteurs de descente sont déplacés vers le haut. Des connexions boulonnées entre les différents éléments du dispositif temporaire de protection contre la foudre sont autorisées, avec une résistance de contact ne dépassant pas 0,05 ohm.

1conducteur de descente

2latte ou planche pour la tension du paratonnerre

3capteurs de foudre

4prise de terre

1. **Installation des paratonnerres à tige :** 1. Fixation du capteur de foudre sur la structure de support. 2. Pose et soudage du conducteur de descente au capteur de foudre. 3. Installation de la structure de support dans la fouille. 4. Raccordement du conducteur de descente à la prise de terre.
2. **Installation des paratonnerres à câble :** 1. Installation des poteaux avec les conducteurs de descente fixés. 2. Tension du câble capteur de foudre entre les poteaux. 3. Raccordement des conducteurs de descente à la prise de terre.
3. **Installation de la protection contre la remontée de potentiels élevés :** Réalisée pendant la construction du bâtiment et l'installation des communications métalliques.
4. **Installation d'une protection temporaire contre la foudre (pour les bâtiments de grande hauteur) :** À partir d'une hauteur de 20 m, des capteurs de foudre temporaires avec conducteurs de descente sont installés et sont déplacés vers le haut à mesure de l'avancement de la construction.

Après l'achèvement de l'installation, les dispositifs de protection contre la foudre sont soumis à des essais pour vérifier la qualité des travaux réalisés et mesurer la résistance des systèmes de mise à la terre de tous les paratonnerres. Les éléments du système de mise à la terre doivent être conformes à la documentation du projet et aux normes. La section et la conductivité des éléments sont vérifiées, ainsi que l'intégrité et la robustesse des conducteurs de terre, de leurs connexions et raccordements. La fiabilité des soudures, réalisées conformément à la norme ISO 17660, est en outre vérifiée par un coup de marteau d'une masse de 1 kg. Il est nécessaire de s'assurer de l'absence de ruptures et de défauts visibles.

Pour les installations électriques d'une tension allant jusqu'à 1000 V avec un neutre directement mis à la terre, la boucle de défaut phase-neutre est vérifiée. Cela peut être effectué par la mesure directe du courant de court-circuit monophasé à la masse de l'appareil électrique le plus éloigné et le plus puissant, ou par la mesure de l'impédance de la boucle de défaut phase-neutre avec le calcul subséquent du courant de court-circuit. Le courant de court-circuit monophasé doit être au moins trois fois supérieur au courant nominal du fusible le plus proche ou 1,5 fois supérieur au courant de déclenchement du disjoncteur correspondant. La résistance du système de mise à la terre est mesurée ; sa valeur doit être conforme aux exigences du projet et aux normes applicables (par exemple, IEC 62305).

Lors de la réception, la qualité des fixations des conducteurs de descente sur les murs est vérifiée (sélectivement, mais au moins 50 % des points de fixation), ainsi que la fixation des paratonnerres isolés et installés sur les toitures. Les résistances des systèmes de mise à la terre des paratonnerres et autres systèmes de mise à la terre sont également mesurées. Les dispositifs de protection contre les effets secondaires de la foudre sont vérifiés intégralement pour les objets de catégorie I et sélectivement (50 % des dispositifs) pour les objets de catégorie II. Lors de la remise des dispositifs de protection contre la foudre en exploitation, l'entreprise d'installation fournit un dossier complet de documentation d'exécution, comprenant les procès-verbaux de travaux cachés, les rapports de mesure des résistances des systèmes de mise à la terre et les plans d'exécution avec les plans de disposition mutuelle des structures protégées, des paratonnerres, des prises de terre, et pour les structures de catégorie I, également de toutes les communications passant à moins de 10 m des structures protégées et des prises de terre, avec indication de leur destination et profondeur d'enfouissement. La réception et la mise en service sont formalisées par des procès-verbaux correspondants.

1. **Essais des systèmes de mise à la terre :** 1. Examen visuel des éléments de mise à la terre, vérification de la conformité des sections et de la conductivité aux données du projet. 2. Vérification de la continuité entre les prises de terre et les éléments à mettre à la terre, de l'intégrité et de la robustesse des conducteurs, de la fiabilité des soudures (choc de marteau de 1 kg). 3. Vérification des dispositifs de protection contre les surtensions (pour les installations jusqu'à 1000V). 4. Vérification de la boucle de défaut phase-neutre (pour les installations jusqu'à 1000V avec neutre mis à la terre directement) : mesure du courant de court-circuit monophasé ou de l'impédance de la boucle phase-neutre. 5. Mesure de la résistance du système de mise à la terre (principal et complémentaire).
2. **Essais des dispositifs de protection contre la foudre :** 1. Vérification de la qualité des fixations des conducteurs de descente (au moins 50 % sélectivement) et des paratonnerres. 2. Mesure des résistances des systèmes de mise à la terre des paratonnerres. 3. Vérification des dispositifs de protection contre les effets secondaires (tous pour la catégorie I, 50 % pour la catégorie II).
3. **Transfert en exploitation :** Fourniture d'un dossier complet de documentation, incluant les procès-verbaux, les rapports de mesure et les plans d'exécution.

Les structures de support (poteaux) des paratonnerres à tige et à câble isolés peuvent être fabriquées en acier de différentes nuances, en béton armé (par exemple, classes de résistance C20/25 ou C25/30) ou en bois. Les poteaux métalliques doivent être protégés contre la corrosion (par galvanisation, étamage ou peinture), et les poteaux en bois contre la pourriture. Le calcul des poteaux des paratonnerres à tige est effectué pour leur résistance mécanique en tant que structures autoportantes, et pour ceux à câble, en tenant compte de la force de tension du câble et de la charge du vent, sans prendre en compte les forces dynamiques dues aux courants de foudre.

Les capteurs de foudre sont fabriqués en acier de toutes nuances et profils avec une section minimale de 100 mm². La longueur des capteurs de foudre installés sur des poteaux métalliques doit être d'au moins 1-1,5 m, et pour ceux qui sont la continuation des conducteurs de descente, d'au moins 300-400 mm. Sur les poteaux en matériaux isolants (bois, béton armé), les capteurs de foudre doivent être installés sur des supports métalliques. Les capteurs de foudre des paratonnerres à câble sont réalisés en câble d'acier multibrins galvanisé avec une section minimale de 35 mm². Les structures métalliques des ouvrages protégés (cheminées, déflecteurs, toiture, maillages) peuvent également être utilisées comme capteurs de foudre, à condition qu'elles répondent aux exigences de section et de longueur.

Les conducteurs de descente doivent être réalisés en acier avec les dimensions minimales spécifiées dans la documentation du projet ou les normes internationales correspondantes (par exemple, IEC 62305). L'utilisation de structures métalliques de l'ouvrage comme conducteurs de descente est autorisée : tuyaux, échelles de sapeurs-pompiers, armatures longitudinales des poteaux et colonnes en béton armé. Les conducteurs de descente sont posés sur la structure de support ou le bâtiment protégé par le chemin le plus court vers la prise de terre. La connexion des différents tronçons de conducteurs de descente entre eux, ainsi que le raccordement des conducteurs de descente aux capteurs de foudre et aux prises de terre doivent être réalisés par soudage, conformément à la norme ISO 17660. Les connexions boulonnées sont admises à titre exceptionnel uniquement pour les objets de catégorie III, ainsi que pour les besoins de vérification de la valeur de résistance des prises de terre. Les connexions démontables sont réalisées à l'extérieur de l'objet à une hauteur de 1-1,5 m du sol et doivent comporter au moins deux boulons M10, espacés d'au moins 30 mm.

Les prises de terre pour les dispositifs de protection contre la foudre sont réalisées de manière similaire aux systèmes de mise à la terre des installations électriques, en respectant les sections minimales des éléments conformément à la documentation du projet et aux normes applicables.

L'exploitation des systèmes de mise à la terre des installations électriques et des dispositifs de protection contre la foudre des bâtiments et structures doit être effectuée conformément aux réglementations internationales et nationales en vigueur concernant l'exploitation technique des installations électriques et la sécurité au travail. La tâche principale est de maintenir ces dispositifs en état de fonctionnement et de fiabilité requis tout au long de leur durée de vie.

Pour chaque système de mise à la terre et dispositif de protection contre la foudre en exploitation, un passeport doit être établi, contenant le schéma, les principales données techniques, les résultats des vérifications de l'état technique, ainsi que les informations sur les réparations et modifications effectuées. La supervision régulière du respect des règles d'exploitation est confiée aux services d'exploitation responsables ou aux autorités compétentes. Le personnel participant à l'installation et à l'entretien des systèmes de protection contre la foudre doit être qualifié, formé aux règles de sécurité au travail, en particulier pour les travaux en hauteur et avec les installations électriques. Tous les travaux doivent être effectués conformément aux plans d'exécution approuvés, en tenant compte des conditions météorologiques et des risques.