La protection foudre des ICPE

La protection des ICPE (Installations Classées pour la Protection de l’Environnement) contre les accidents liés à la foudre reste une question importante régie par de nombreux textes de normes, lois et règlements, régulièrement mis à jour. Les solutions mises en œuvre pour éviter tout risque, voire catastrophe, sont également très développées et constamment actualisées par les fabricants.

Le risque foudre est important en France puisque l’on estime à plus de 2 millions le nombre de coups de foudre observés chaque année. Les conséquences peuvent être graves avec plusieurs dizaines de morts et plus de 20 000 sinistres touchant des habitations ou des établissements industriels et commerciaux. Cette activité peut être quantifiée par un niveau kéraunique Nk et la densité de foudroiement Ng. Nk est utilisé pour définir les zones où la pose de dispositifs de protection foudre peut être obligatoire (Nk>25).

De multiples effets souvent graves

Hormis les accidents de personnes souvent très graves, les dégâts causés aux bâtiments et installations sont très nombreux, provoqués par un courant impulsionnel de forte intensité se propageant dans l’air et le sol :

effets thermiques par dégagement de chaleur dans le canal ionisé
effets d’induction en créant un champ magnétique important
effets électrodynamiques sur les conducteurs parcourus par des courants intenses
effets d’électrocution sur un être vivant
effets dus à une surtension transitoire sur des équipements : destruction d’équipements électroniques et électriques par conduction ou induction
effets de remontée du potentiel de terre de l’installation électrique

Ces effets sont provoqués par deux types d’actions de la foudre : ceux causés par un coup direct lorsque la foudre frappe la structure d’un bâtiment et ceux causés indirectement lorsque la foudre frappe les lignes et liaisons de transmission connectées au bâtiment. Ces effets indirects vont toucher les installations électriques et informatiques, les transformateurs…

La protection des ICPE

Les ICPE soumises à autorisation sont visées par des dispositions contraignantes relatives à la protection contre la foudre (les installations soumises à enregistrement ou déclaration peuvent y être soumises sur demande du préfet). Ces prescriptions sont détaillées dans l’arrêté du 19/07/2011 modifiant celui du 4/10/2010. Les principales obligations sont :

une étude préalable avec « Analyse du Risque Foudre » (ARF) suivant la norme NF EN 62305-2
une étude technique définissant les modalités de mise en œuvre, de vérification et de maintenance des dispositifs de protection foudre (SPF) (types, performances, caractéristiques, emplacements, modalités de leur vérification et de leur maintenance). Cette étude technique se fait par visite du site, inspection des mesures existantes par un organisme qualifié « Qualifoudre » niveau C (Complexe), la rédaction d’un rapport de vérification. En complément des systèmes de protection, de moyens de prévention (détection d’orage ou service d’alerte) peuvent être définis.

L’étude technique va ainsi préciser le type de protection et son positionnement, les liaisons d’équipotentialité à mettre en place, le nombre et les caractéristiques et implantations des parafoudres à installer et les moyens de protection complémentaires si besoin. Cette étude va inclure la notice de vérification et de maintenance, pour aider le vérificateur dans sa tâche (liste des protections, localisation et notices).

– l’étape suivante sera l’installation du SPF définie par la norme NFC 62305-3 par un installateur qualifié (qualification QUALIFOUDRE de l’INERIS ou F2C) au plus tard 2 ans après l’ARF. Une vérification complète sera réalisée au plus tard 6 mois après l’installation, suivie d’une vérification complète tous les 2 ans.

Quelle protection contre les effets directs

L’objectif est, à partir d’un point d’impact privilégié, de conduire l’écoulement du fort courant électrique vers le sol, en ayant une impédance de parcours dans les conducteurs de descente la plus faible possible.

la protection par fils tendus au-dessus du bâtiment est réservée aux cas où il n’est pas possible d’utiliser la structure de ce bâtiment comme support des conducteurs d’écoulement à la terre.
Les paratonnerres à tige simple pour une protection placée à un point haut de la structure à protéger. C’est une solution simple à mettre en œuvre lorsque le volume à protéger est faible.
Les paratonnerres à dispositif d’amorçage (PDA) définis par la norme NF C17-102 de septembre 2011 dont la protection active va favoriser la formation d’une décharge ascendante (théorie de l’avance à l’amorçage). Cette technologie apparue dans les années 80 a fait l’objet en 2014 d’une enquête sur 200 sites, mandatée par le Gimelec. Cette enquête a confirmé l’efficacité de cette technologie. L’utilisation de cette solution PDA a été validée par une note du 14 mars 2016 du ministère de l’Intérieur pour les ICPE, IGH ou ERP. Les PDA sont une solution simple à mettre en œuvre, de maintenance aisée. Leur rayon de protection dépendra de l’avance à l’amorçage (en µs), de la hauteur du PDA et du niveau de protection calculé normativement (4 niveaux suivant norme NF C17-102).

Arnaud Lefort, PDG d’Indelec, confirme : « les PDA sont normalisés en France et dans plus de 10 pays européens et le retour d’expérience pour des équipements installés dans le monde entier est très positif pour des produits souvent soumis à des conditions réelles très difficiles. Leur rapport prix/performances est bon : à niveau de protection équivalent leur budget peut être 4 à 5 fois inférieur à celui d’autres solutions et leur mise en œuvre peut se faire avec une modélisation du bâtiment, les zones de protection étant bien appréciées avec l’étude ARF en fonction de l’efficacité souhaitée. Suite à différentes interventions à l’usine de Douai de Renault nous venons ainsi d’équiper l’usine de Flins de 27 paratonnerres PDA PROVECTOR et de 5 ensembles parafoudres pour assurer la protection du bâtiment des pièces détachées. »

Les protections de type cages maillées permettent d’écouler le courant foudre vers le sol à travers un réseau de conducteurs et de prises de terre. Cette solution, dérivée de la cage de Faraday, est bien adaptée à des bâtiments contenant des équipements électroniques ou informatiques sensibles. Toutefois cette solution a une mise en œuvre et une maintenance coûteuses (réseau maillé, équipotentialité, conducteurs de descentes et prises de terre).

Comment se protéger contres les surtensions

La protection contre les surtensions dues aux effets indirects de la foudre et les surtensions transitoires se fait en installant des parafoudres qui limitent les pics de tension à un niveau acceptable par l’équipement.

Les parafoudres utilisent différentes technologies et catégories définies par la norme NF EN 61643-11 : Type 1 capable d’écouler un courant de foudre important. Christian Macanda, responsable produits de Citel précise : « ce courant de décharge peut aller suivant les modèles de 12,5 à 50 kA, la valeur médiane étant de 25 kA. La technologie étant à base d’éclateur air ou de varistance haute énergie. Citel a également développé une technologie Type1+2+3 dite VG (varistance-éclateur gaz) sans courant de fuite donc à vieillissement naturel réduit et facilitant la coordination ou cascade de parafoudres. » Les parafoudres de Type2 sont destinés à écouler les courants générés par les coups de foudre indirects provoquant des surtensions induites ou conduites sur le réseau. Ils sont généralement installés dans le tableau principal de distribution. Les Type3 sont installés en complément du Type2 avec une capacité d’écoulement limitée. Chaque type de parafoudre est testé suivant une classe d’essais définie par la norme NF EN 61643-11. Ces parafoudres existent en de nombreuses versions unipolaires ou multipolaires, débrochables, pour différents courants Iimp, pour courant continu (photovoltaïque), en boitiers, pour l’éclairage LED ou les réseaux de télécommunications. Et précise Christian Macanda : « pour la protection des courants faibles dans les ICPE il faut des parafoudres surdimensionnés de catégorie D1 (suivant norme NF EN 61643-21). » La mise en œuvre de parafoudres sur les réseaux informatiques peut être nécessaire en cas de réseaux inter-bâtiments, de réseaux étendus ou d’environnement perturbé. Ces parafoudres sont conçus pour fonctionner sur des lignes véhiculant des signaux très rapides jusqu’à 10 Gbits/s.

Les catalogues des constructeurs étant particulièrement complets et diversifiés il est recommandé de s’adresser à un professionnel qualifié pour l’étude et la mise en œuvre d’une solution adaptée (et conforme aux normes et règlements) sur un site, car la foudre reste un phénomène complexe contre lequel il est difficile de se protéger à coup sûr.

Jean-Paul Beaudet

Un point rapide sur les règlements et normes

Arrêté du 19 juillet 2011 : cet arrêté modifie l’arrêté du 4 octobre 2010 qui traite de la protection contre la foudre des installations classées. Cet arrêté augmente les paramètres à prendre en compte et rend l’analyse plus complexe.
Normes d’installation : Guide UTE C 15-443 – Choix et installation des parafoudres – NF C 17-100 Protection des structures contre la foudre – installation des paratonnerres

– NF C 15-100 sections 443 et 534