Le paratonnerre est un dispositif inventé en 1752 par Benjamin Franklin. Il était conçu à l'origine afin d'" écouler à la terre le fluide électrique contenu dans le nuage orageux et ainsi empêcher la foudre de tomber ". Depuis ces notions portent le nom d'effet de pointe en électrostatique et de cage de Faraday. Pour construire une protection contre la foudre, il faut construire une cage de Faraday enveloppant l'édifice à protéger.
Son réel fonctionnement est aujourd'hui mieux connu. La structure d'un paratonnerre est composée d'une tige placée en hauteur puis connectée à la terre par plusieurs câbles appelé(s) conducteur(s) de descente capable(s) de conduire cette électricité : ces conducteurs constituent la cage de Faraday.
Le paratonnerre n'attire absolument pas la foudre mais rend plus probable grâce à l'effet de pointe le parcours d'un claquage du diélectrique que constitue l'atmosphère. Ce claquage suit un parcours souvent initié par un précurseur.
Un tel système est plus efficace s'il est constitué de plusieurs pointes, couvrant toute la toiture et les arêtes du bâtiment à préserver. Les pointes sont reliées entre elles par des filins conducteurs interconnectés, reliés à la terre et formant une cage (dite cage de Faraday). Il est inutile de l'élever très haut : une espèce de toit en planche de fakir (plusieurs petites pointes) reste efficace.
Le modèle actuellement reconnu pour évaluer la zone protégée est le modèle électrogéométrique. Il consiste à considérer qu'un bâtiment (quelle que soit sa hauteur, qu'il soit ou non équipé d'un paratonnerre) n'est protégé que sous une sphère qui y est accolée. Autrement dit, on prend une boule (sphère) géante et imaginaire que l'on fait rouler jusqu'au contact contre le bâtiment.
Enfin, ce modèle n'a été observé que pour les décharges négatives (90 % des cas), aucune réelle protection n'étant constatée avec les chocs positifs (10 % des cas).
Conclusion : la notion de " zone protégée " connue culturellement est à relativiser fortement.
Il est rare de subir un choc direct de foudre. Le plus souvent, les dégradations et pannes sont causées à distance par l'onde magnétique, car un éclair dégage une onde très puissante. C'est cet effet indirect qui est responsable de la majorité des pannes électriques ou électroniques.
La sécurité offerte par cet outil souvent coûteux doit donc être relativisée, malgré les croyances et les conseils commerciaux. Il garde l'intérêt décrit ci-dessus, ni plus, ni moins.
La bonne nouvelle : il est (possible mais) très rare et peu probable d'être touché directement par la foudre, que le bâtiment soit ou non " protégé ". Par contre, lutter contre les effets indirects (électromagnétiques) est prioritaire car il y a régulièrement des orages.
Attention à ne pas confondre les paratonnerres (dont il est question dans cet article et qui tentent de protéger la structure d'un bâtiment) avec les parafoudres (qui eux protègent les appareils électriques). Les parafoudres sont des protections (efficaces si bien câblées) à faire poser sur le circuit électrique, justement pour se protéger des surtensions induites.
Il s'agit de paratonnerres équipés sur leur pointe d'un dispositif supposé attirer un peu mieux la foudre. Nous avons vu dans cet article qu'il était néfaste de vouloir ainsi l'attirer et utopique d'y parvenir avec une seule pointe. Quoi qu'il en soit, dans le passé et suivant les croyances, certains paratonnerres ont été équipés d'une pastille radioactive. Elle est supposée ioniser l'air et ainsi offrir un rayon d'efficacité plus élevé. La limite de cette idée est bien sûr que les chocs de foudre n'ont pas tous la même polarité. On repousserait donc au moins autant, sinon plus, d'éclairs qu'on n'en attirerait. Qui plus est, suite aux risques liés à la radioactivité, ces dispositifs sont évidemment aujourd'hui interdits. On peut toutefois en trouver encore parfois sur certains toits anciens.
D'autres types de dispositifs se fabriquent par contre encore, basés par exemple sur l'effet piézoélectrique. Les dispositifs à pointes actives sont parfois expliqués par la théorie dite " de l'avance à l'amorçage ", bien qu'aucun lien ne soit clairement établi entre cette avance à l'amorçage et le rayon de protection. Dans quelques pays, des normes nationales définissent des zones de protection pour ces matériels, dans d'autres, l'efficacité de tels dispositifs est contestée[1].
Rappelons le véritable intérêt d'un paratonnerre : il s'agit surtout, au cas où la foudre passerait, par hasard, à proximité et risquerait de toucher le bâtiment, de capter et écouler la décharge dans les conducteurs de descente et ainsi de préserver la structure du bâtiment.