Etude du paratonnerre

Résumé du document

Le paratonnerre est une invention de Benjamin Franklin datant du XVIIIème siècle : on connaît tous la fameuse expérience où Franklin accroche une clef métallique sur un cerf volant qu'il fait voler pendant un orage, expérience très dangereuse, certes, mais qui fut suivie de très près par beaucoup de physiciens qui découvriront beaucoup de choses sur le sujet et qui permit l'invention de paratonnerre en 1752. Au cours de ce TAI nous verrons qu'il existe différents types de paratonnerres, cependant celui que l'on étudiera principalement est constitué d'une pointe simple située en haut de la structure à protéger, reliée directement au sol.

Extraits

[...] C'est un dispositif très coûteux Le paratonnerre à Dispositif d'Amorçage (PDA) : il s'agit d'un paratonnerre autonome, qui possède un organe de capture et des descentes vers la terre Le phénomène de l'effet de pointe On peut ensuite parler de l'effet de pointe, c'est-à-dire que l'éclair va modifier son comportement en fonction du relief : en réalité le champ électrique présent sur terre est très fortement accentué en fonction du relief, et très particulièrement des grandes pointes métalliques : c'est d'ailleurs ce même principe qui sera utilisé sur les paratonnerres (voir partie suivante). On peut voir ces variations schématisées ci-dessous : L'effet de pointe est donc un phénomène physique que possède un objet pointu sur le champ électrique l'entourant. En effet, ce champ électrique est plus fort près d'une pointe conductrice chargée. Les phénomènes d'ionisation s'en trouvent donc augmenté du fait de cette propriété. [...]

[...] Son rôle va ainsi être d'obliger la foudre à suivre un circuit imposé pour aller directement au sol, dans la terre. Ainsi, nous commencerons par étudier tout d'abord le phénomène de la foudre en elle-même, à savoir l'ionisation des nuages, et tout ce qui concerne le principe de l'arc électrique La foudre, un puissant phénomène physique Une décharge de 100 Millions de Volts en quelques fractions de seconde, une forte émission de lumière, un bruit de tonnerre parfois assourdissant : la foudre est un phénomène physique puissant. [...]

[...] Un petit arc électrique entre deux électrodes. Dans notre cas, ce sont les objets en pointe à la surface de la terre qui engendrent des champs électriques intenses qui excitent les électrons. En s'entrechoquant avec les atomes, ils libèrent d'autres électrons qui iront à leur tour entrer en collision avec des atomes. Cette véritable réaction en chaine participe non seulement à l'électrisation du nuage, mais en plus ionise l'air et facilite la décharge du nuage sur la terre. La différence de potentiel entre le nuage et la terre va donc s'annuler lorsque le nuage se déchargera en créant un immense arc électrique, accompagné de son et de lumière. [...]

[...] Il permet uniquement d'augmenter la probabilité que la foudre s'abatte sur ce dernier grâce à l'effet de pointe. Le paratonnerre est composé d'une simple tige qui doit avoir comme propriété d'être conductrice, qui sera placée en hauteur de la structure à protéger et qui descendra jusqu'à la terre. Dans cet exemple, la tige en bleu part bien du haut du pylône et touche bien la terre. Dans la figure située ci-dessus, la foudre suivra dans le cas idéal la tige représentée en bleu. [...]

[...] Ensuite, parce que les gouttelettes d'eau captent les ions présents dans l'air : c'est le phénomène de convection. La distribution des charges électriques dans un cumulonimbus. Le nuage prend donc l'allure d'un dipôle électrique : les charges négatives s'accumulent en bas, au-dessous d'une masse positivement chargée, du fait de la conservation de la charge. Cela s'apparente à une charge du nuage. Pour se décharger, il devra utiliser l'air comme conducteur, en formant ce qu'on appelle un arc électrique Le principe de l'arc électrique L'arc électrique est un courant électrique qui prend place dans un milieu isolant. [...]