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Un peu d'histoire -
Le pionier : Benjamin Franklin
| La première approche scientifique de la foudre a eu lieu au 18e siècle par les travaux de Benjamin Franklin, Jean Antoine Nollet, Dalibart et autres scientifiques. |  |
| C’est en 1752 pendant le mois de septembre, lors des premières approches d’un orage que Benjamin Franklin se rendit dans une prairie aux alentours de la ville de Philadelphie pour y réaliser sa fameuse expérience du cerf-volant. Franklin et son fils, construisent un cerf-volant sur lequel ils attachent un long fil métallique en haut de ce dernier pour attirer l’électricité. Le cerf-volant est maintenu par l’intermédiaire d’une ficelle sur laquelle est fixé un ruban de soie près de là où il tient le cerf-volant. Une clé est rattachée au ruban ainsi qu’une bouteille de Leyde (ancêtre du condensateur qui tire son nom de la ville de Leyde aux Pays-Bas). |
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| Une fois le protocole de l’expérience élaboré, Benjamin et son fils attendent l’arrivée d’un orage. Comme prévu, lors du passage des nuages au-dessus cerf-volant, des charges négatives traversent le fil métallique et parviennent jusqu’à la clé. La charge rentrant dans la bouteille de Leyde, la présence d’électricité était clairement démontrée. Franklin tenant le cerf-volant par le tissu de soie isolant il était ainsi protéger de l’électricité ; mais quand il toucha la clé avec sa main, il reçut un choc dû aux charges de la clé, elles étaient assez fortes pour qu’une étincelle saute de la clé à sa main. Par chance, ces charges n’étaient pas assez puissantes pour être mortelle. |
La formation de la foudre La foudre
La foudre prend sa source dans les nuages
Les nuages orageux que l’on nomme les cumulo-nimbus se forment quand il y a présence de masses d’air instables, humides et chaudes. Les turbulences atmosphériques et les forts écarts de températures (jusqu’à -60°C à 15km d’altitude et 25°C au sol) engendrent une séparation des charges du nuage. D’une façon générale la partie supérieure du nuage est composée de cristaux de glace qui sont chargés positivement et à la base du nuage se trouve des gouttelettes d’eau qui sont chargées négativement. La base du nuage influence localement les charges au sol en attirant une quantité équivalente de charges opposées. Quand le nuage est trop chargé, il évacue cette charge en “explosant” ; il se décharge en échangeant les charges soit avec le sol (il s’agit alors de la foudre) soit avec d’autres nuages.
Le cumulo-nimbus se comporte comme un condensateur dont la distance intermédiaire atteint souvent 1 à 2 km. Le champ électro-atmosphérique au sol, qui habituellement est de l’ordre d’une centaine de volts par mètre, est ainsi inversé et peut atteindre 15 à 20 kV/m en valeur absolue lorsqu’une décharge au sol est imminente.
La formation du coup de foudre a lieu en plusieurs étapes
De la base du nuage étant chargée généralement négativement, il s’échappe une pré-décharge que l’on nomme précurseurs d’une intensité lumineuse faible et dont la propagation vers le sol se fait par bonds successifs de quelques dizaines de mètres.
Ensuite, à l’approche du sol, l’extrémité du précurseur est fortement chargé et engendre à sa verticale un fort accroissement du champ électrique local.
Aux alentours de 200m du sol, des effluves électrostatiques que l’on appelle des streamers s’échappent des points d’impacts préférentiels de la foudre où le champ électrique est plus intense (paratonnerres, clochers d’église, cimes des arbres, …) Localement, ces effluves se transforment en décharges ascendantes positives et vont à la rencontre du précurseur. 
Le streamer offrant les meilleures caractéristiques d’amorçage et de propagation, il rejoint le précurseur descendant et assure la jonction électrique nuage-sol par la formation d’un canal ionisé appelé décharge de capture. Le chemin établi donne lieu à une forte décharge électrique de plusieurs milliers d’ampères que l’on nomme arc en retour. 
La foudre en quelques chiffres :
Largeur : 3 centimètres Longueur : de 50 mètres à 25 kilomètres, voire davantage pour certains éclairs internuageux Durée : de 0,025 seconde à 1 ou 2 secondes Vitesse : 40 000 kilomètres/seconde, soit le tour de la terre en une seconde Vitesse de déplacement du traceur : 200 kilomètres/seconde Température : 30 000 degrés, soit 5 fois celle de la surface du solei Intensité moyenne : 30 000 ampères Superbolts : jusqu’à 300 000 ampères Mégabolts : jusqu’à 500 000 ampères Tension : jusqu’à 100 000 millions de volts Tension de claquage de l’air sec : 25 000 volts / cm Puissance moyenne d’un éclair : 20 GW ( = gigawatts = milliards de watts) Puissance électrique disponible : 20 MW ( = mégawatts = millions de watts) Nombre d’éclairs par an en France : approximativement 1 million
Exemples de dégâts :  |
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Dégâts dans l'installation électrique d'un appartement |
Destruction totale d'un atelier d'usine |
On estime en France le coût des dégâts causés par la foudre à 1 milliard d’euros !
Les surtensions industrielles
Un danger venant de l'intérieur de l'installationLes coups de foudre ne sont pas les seuls à créer des surtensions électriques, il existe également les surtensions industrielles ou de commutation et les surtensions électrostatiques.
Surtensions électrostatiques :
L’être humain est assimilable électriquement à une capacité de 100 à 300 picofarads, en se déplaçant sur une moquette synthétique par exemple, il peut se charger jusqu’à 15kV et en touchant un élément conducteur, se décharger en quelques nanosecondes avec un courant d’une dizaine d’ampères. Tous les circuits intégrés sont très sensibles à ce type de perturbation.
Surtensions industrielles :
Elles sont dues aux phénomènes engendrés par la mise en route ou l’interruption de puissances électriques.
| Quelques causes de surtensions industrielles : Démarrage de moteurs / transformateurs Starters d’éclairage Commutation de réseaux d’alimentation Rebond d’interrupteurs dans circuit inductif Fonctionnement de disjoncteurs / Faux contacts |
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Exemples de dégâts causés par des surtensions industrielles
Circuit intégré détruit par une surtension sur un circuit impriméDégâts provoqués par une surtension dans un bobinage de machine