Tests en conditions réelles
PREVECTRON® : Tests in situ, en conditions réelles de foudre
De manière inédite, Indelec travaille depuis près de 15 ans aux tests du PREVECTRON® en conditions réelles de foudre, ainsi qu’à la détermination d’une passerelle entre les tests en laboratoire haute tension et les tests in situ.
La réalisation de ces essais a initialement été confiée au C.E.A. (Commissariat à l’Energie Atomique) de Grenoble. Les rapports détaillés des tests présentés ci-dessous sont disponibles sur demande.
Des plateformes d’essais ont été installées successivement aux Etats-Unis, en France, au Japon et dernièrement au Brésil. Ces campagnes de tests ont fait l’objet de nombreuses collaborations scientifiques dûes à l’intérêt porté à ces essais in-situ : universités et institutions américaines, françaises, japonaises, canadiennes et brésiliennes.
Buts des tests in situ
L’objectif de ces tests est quadruple :
1. Valider les performances du PREVECTRON® mesurées en laboratoire
Pour cela, on va soumettre un PREVECTRON® et une pointe simple aux mêmes conditions naturelles de foudre, et mesurer leur réaction, notamment juste avant le coup de foudre (moment de développement du traceur ascendant). On utilise donc les coups de foudre naturels à proximité, mais surtout, pour augmenter le nombre d’événements intéressants pour les paratonnerres, les coups de foudre «déclenchés». La technique de déclenchement utilisée consiste à envoyer vers la masse orageuse, lorsque les conditions de foudroiement sont rassemblées, une fusée déroulant derrière elle un fin fil de cuivre gainé de Kevlar, afin de mettre en «court-circuit» le nuage et le sol. Pour offrir des éclairs très proches des éclairs naturels, le fil comporte une partie isolante, (technique LRS-AG).
De cette manière, on dispose de plus de coups de foudre exploitables, et on concentre leur impact à proximité des paratonnerres testés.
2. Valider le fonctionnement du PREVECTRON®
Le fonctionnement du PREVECTRON® tire son originalité de son système de «gâchette», qui utilise la pente de montée du champ électrique, comme seuil de commande de son dispositif d’amorçage. Une instrumentation parallèle permet d’enregistrer pendant les tests le fonctionnement de cette gâchette, en synchronisation avec la montée du champ électrique, caractéristique du coup de foudre réel.
3 Valider la bonne tenue du PREVECTRON® aux coups de foudre réels
Soumettre le PREVECTRON® à un nombre important d’impacts directs de coups de foudre, dans des conditions identiques, et même parfois plus sévères, que les conditions réelles d’utilisation du produit.
De cette manière, on peut vérifier :
- sa bonne tenue mécanique
- sa résistance aux effets électrodynamiques
- la tenue du dispositif d’amorçage aux surtensions induites
4. Outil de test réel à vocation R&D
A l’instar du laboratoire haute tension INDELEC, les essais in-situ représentent un formidable outil de test R&D pour affiner le comportement des produits à la différence qu’il s’agit ici de situation quasi réelle de foudre au niveau de la phénoménologie et des ordres de grandeur courant/tension/distances d’amorçages.
Site d'essais
Coup de foudre
Lanceur
Tests in situ, procédure d'essai
Il est nécessaire de distinguer deux procédures d’essais parmi les différentes campagnes menées par INDELEC et ses partenaires :
Essais de foudroiement naturel
Ils consistent à installer des paratonnerres à tester dans des zones fortement foudroyées et d’enregistrer les données de foudroiement naturel
- Au Brésil, sur le site de Cachoeira Paulista, quatre pointes captrices ont ainsi été installées (deux pointes inertes et deux pointes à dispositif d’amorçage Prevectron). Le foudroiement de chaque dispositif est relevé par un totalisateur électromécanique compteur de coups de foudre, en série sur chaque descente de paratonnerre. À cet effet chaque mât est interrompu par un manchon de nylon sur lequel est inséré le compteur. Les haubans sont en kevlar afin d’assurer le passage du courant par le système de comptage.
- Au Japon, sur le site de Nadachi, un paratonnerre Prevectron est fixé sur un pylône de 60 m de hauteur dans une zone extrêmement foudroyée durant l’hiver. Un site d’observation a été installé au moyen d’un appareil photo spécifique à double obturateur (mécanique et optique) permettant une prise de vue rapide en cas d’éclair.
- En Indonésie, sur le site de Bandung, deux paratonnerres Prevectron ont été installés (sous le contrôle de l’UTE) en haut de deux pylônes sur la terrasse d’un bâtiment. Cette zone est réputée pour détenir un très haut niveau kéraunique. Les impacts de foudre sont enregistrés pour chaque paratonnerre à l’aide de compteurs de coups de foudre.
Essais avec déclenchement artificiel des coups de foudre
Dans ce cas, les sites d’essai (actuellement à Cachoeira Paulista, au Brésil) sont équipés d’une plateforme sur laquelle sont installées trois pointes captrices (pointe inerte et paratonnerres à dispositif d’amorçage Prevectron®).
Ces trois dispositifs de capture sont à équidistance du système de tir, et sont suffisamment proches pour être soumis aux mêmes conditions de champ électrique, généré par la décharge. Chaque paratonnerre est muni d’un shunt coaxial et relié par fibre optique aux systèmes de mesure, qui vont analyser et enregistrer l’activité électrique au sommet des paratonnerres, en synchronisation avec la mesure de l’évolution du champ électrique.
Prise de vue en conditions réelles
Les coups de foudre sont déclenchés par des tirs de fusées connectées au sol entièrement (fil cuivre conducteur – système LRS-G) ou partiellement (par exemple cuivre sur 600m puis kevlar non conducteur sur 100m – système LRS-A). Ces fusées, tirées dans des conditions de champs électriques favorables, provoquent un « court-circuit » entre la base du nuage orageux et le sol. Un courant de foudre va alors emprunter ce fil conducteur. Les moteurs utilisés dans ces fusées permettent une vitesse maximale de l’ordre de 220 m/s, ce qui assure des conditions de déclenchement satisfaisantes.
La vitesse de la fusée ainsi que la longueur des parties conductrices et isolées sont en effet primordiales pour que le ‘stepped leader’ initié à la base du fil de cuivre, puisse se développer naturellement en plusieurs ‘steps’ avant d’atteindre le niveau des dispositifs de capture. Rappelons que la longueur moyenne d’un ‘step’ est de l’ordre d’une vingtaine de mètres.