Zap de foudre

[VA2JOT Jacques]

Selon des propos entendus ce matin sur 80M, une station de la Mauricie aurait reçu la visite de Thor le malveillant. Un TS-2000, son bloc d'alimentation et une GP-9 feraient apparament partie des victimes.

Et pourtant,semble-t-il que les câbles coaxiaux étaient débranchés de la radio. Le cordon CA du PS était branché au secteur de la maison ainsi que son cordon d'alimentation en CC à la radio. Il semblerait que la foudre ait frappé l'antenne GP-9.

Quelqu'un peut-il imaginer ce qui aurait bien pu se passer pour faire autant de domages à la station?

[VE2PID Pierre]

Salut Jacques,

Ça ressemble au cas cité par Jim N3JT dans QST de ce mois (juillet 2010) . Tous ses coaxiaux étaient débranchés et pourtant, lors d'un orage, des dommages considérables ont été causés à sa station.

L'explication qu'il donne: Une surcharge produite par induction dans le câblage de la maison ou dans celui de la station. Selon lui, les frappes directes par la foudre sont rares, mais dans une situation où l'atmosphère est  surchargé comme lors d'orages, les crêtes créées par induction sont beaucoup plus fréquentes.

Quand le temps est lourd et à tendance orageuse, la station et son environnement baignent dans une sorte de soupe 'électrostatique' dont les effets peuvent être néfastes, même s'il ne s'agit pas de frappe de foudre. Peut-être que beaucoup d'OMS attribuent à la foudre ce qui vient en réalité de ce type d'effets inductifs... ?

La solution préconisée: Few hams would install the extensive and costly grounding networks needed to prevent damage from a direct ligthning hit, but the probability of such a strike is very low in most part of the country, according to IEEE reports. The more common risk of induced voltages surges like the one that destroyed much of my equipment can be reduced significantly by creating a single point ground system and disconnecting cables when dangerous weather approaches.

En l'absence d'un chemin 'facile' (de basse impédance) comme dans le système qu'il décrit dans l'article, ces crêtes vont être évacuées par la mise-à-terre de la résidence, mais après avoir transité dans plusieurs appareils en les endommageant ou les détruisant au passage. C'est ce qui s'est passé pour l'auteur. Par contre, avec une seule mise-à-terre à très faible impédance, les crêtes vont naturellement choisir ce chemin, protégeant par le fait même la station et ses équipements.

A Simple and Effective Approach to Station Grounding par Jim N3JT, pages 40-41 QST Juillet 2010

[VA2JOT Jacques]

Salut Pierre,
                 Dans les cas que je viens de citer, la foudre a frappé l'antenne GP-9 dont une bonne partie se serait apparament volatilisée.

On se retrouve donc (la station) dans le champ immédiat d'une impulsion électromagnétique très intense. Dans un tel cas, if suffit de quelques dizaines de cm de fil branché à l'équipement pour "ramasser" un transient d'amplitude sufisante pour détruire des jonctions semiconductrices.

J'ignore si la station avait un ground séparé de celui de l'entrée électrique mais ce qui me met la puce à l'oreille, c'est qu'on m'a commenté que c'est seulement la station de radio qui a subit des domages.

Je ne serais guère surpris d'apprendre qu'il y avait effectivement un ground indépendant pour la station. Dans une situation de frappe directe dans l'immédiat de la maison, une levée de potentiel de plusieurs KV peut survenir entre deux points indépendants de mise à la masse.

Si la station se retrouve en contact métallique entre ces deux masses, elle sert de lien fusible.

[VA2JOT Jacques]

Few hams would install the extensive and costly grounding networks needed to prevent damage from a direct ligthning hit, but the probability of such a strike is very low in most part of the country, according to IEEE reports Dans un sens il a raison, on dirait que nos amateurs considèrent qu'investir dans un bon système de mise à la masse est de l'argent mal investi.

En ce qui concerne le commentaire à l'effet que les probabilités d'une frappe directe sont très basses, ça dépend surtout de l'emplacement et de son environnement.

[VE2PID Pierre]

...extensive and costly grounding networks needed to prevent damage from a direct ligthning hit,... Dans un sens il a raison

Le contexte de cette phrase dans l'article de QST est que pour l'auteur, une protection complète nécessiterait des modifications majeures comme de creuser sous l'entrée existante déjà pavée du garage de sa maison, ce qui représente des coûts importants.

À ce que j'ai compris, il préfère tout débrancher, et avec la mise-à-terre unique et les écrêteurs, assumer le 'faible' risque résiduel ..

..les probabilités d'une frappe directe sont très basses, ça dépend surtout de l'emplacement et de son environnement.

Cette carte fait voir le nombre annuel d'éclairs atteignant le sol par km² observés sur une période de 4 ans (1996-2000) aux E.U. et dans les régions limitrophes. Donc les probabilités de frappes directes sont en proportion. Au Québec, on a 2 éclairs/année ou moins par km², ce qui est relativement faible en comparaison à la Floride (jusqu'à 16 fois plus fréquentes).

On pourrait ajouter que les changements climatiques risquent de modifier la donne, mais rien n'est moins sûr. L'effet pourrait même inverser les tendances selon les régions.

 

Pour une carte plus détaillée et couvrant la période 1996-2005 voir http://www.weather.gov/os/lightning/images/Vaisala_96-05_Flash_Map.gif

[VA2JOT Jacques]

A lire tes commentaire on serait porté à penser que cela ne vaut pas la peine de se protéger. T'as peut-être raison mais moi je ne prends pas de risques. Ca fait deux fois que ça frappe ici en 30 ans.

Je connais un amateur de la région qui a du changer plus qu'une fois ses résistances d'antenne beverage car elles se sont évaporées suite à une frappe à environ 1000 pieds de l'antenne.

C'es vair qu'avec une antenne portable, tu ne cours pas grand risque; à l'approche d'un orage, on lève le camp. 

[VE2PID Pierre]

on serait porté à penser que cela ne vaut pas la peine de se protéger.

Ce serait des "mauvaises pensées" hi.. En regardant bien la carte précédente, on voit bien que toutes les régions sont à risque.

Ce que je voulais préciser est le sens de la phrase de N3JT the probability of such a strike is very low in most part of the country.

Ici dans la région, ça donne environ 1 frappe directe/année par km², et dans la sienne, 4 fois plus. Les probabilités de frappes ne sont donc pas nulles, et il est nécessaire de se protéger, cela va de soi.

Cependant, comme la probabilité en pourcentage de frappe directe reste faible, il est acceptable selon l'auteur de se munir bien sûr d'un système de protection, mais moins sophistiqué et coûteux que celui suggéré par les pros *; il utilise plus simplement une mise-à-terre unique, des écrêteurs et autres accessoires, et débranche tout à l'approche d'orages... quitte à assumer un certain risque résiduel calculé, mais très faible. Il ne doit pas y avoir beaucoup d'amateurs qui peuvent se permettre tout ce que préconise l'IEEE dans la référence bien connue et citée par N3JT * http://www.lightningsafety.com/nlsi_lhm/IEEE_Guide.pdf  .

L'auteur propose donc une alternative plus simple, quand même bien conçue en regard des aspects techniques comme la minimisation des impédances, etc. Chacun est évidemment libre d'être d'accord ou pas. Mais, en regardant son profil de carrière,  je pense que c'est une OM très crédible... http://mysite.verizon.net/jtalens/
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Dommage que les droits d'auteur empêchent de recopier ici l'article. Ça donnerait à chacun qui le souhaiterait l'occasion d'analyser et de commenter les solutions proposées. Cependant, j'ai déjà écrit dans QEX (la revue technique de l'ARRL) , et je sais par expérience que tous les articles inclus dans QEX et QST sont au préalable soumis à plusieurs lectures critiques par l'équipe éditoriale; après ces épreuves et échanges de correspondances, tout texte, s'il passe au travers du processus de validation, est finalement publié. Ce qui donne une grande crédibilité aux contenus.

C'es vair qu'avec une antenne portable, tu ne cours pas grand risque; à l'approche d'un orage, on lève le camp.

Et pour mon antenne permanente multibandes ici au QTH, je la débranche toujours à l'annonce d'orages....

[VA2JOT Jacques]

Salut Pierre,
                  J'ai déjà affiché plusieurs URL de sites d'ou nous pouvons télécharger une excellente documentation sur le sujet incluant celle de la IEEE dont tu fais mention.

Y'a cependant une chose qui semble manquer, c'est l'usage du gros bon sens pour effectuer une analyse des probabilités de frappe. Bien que ta source sur le nombre de frappes directes par Km me semble un peu basse par comparaison à celle que j'avais consulté, tu vas néanmoins être d'accord avec moi que si un amateur (sa tour ou antenne) habitant le sud du Québec se retrouve sur le point le plus haut à 4 ou 5 Km à la ronde, même avec un taux régional d'une frappe par année, Thor va cogner plus souvent qu'à son tour à la porte.

Je n'ai pas la ribambelle de diplomes de l'auteur de l'article dans QST ce qui ne m'a pas enpêché de participer à l'élaboration de devis d'ingénierie de sites de bases critiques pour la sécurité publique pendant 10 ans sur des projets dans divers pays et je n'en ai jamais perdu un seul à la foudre.

J'ai appris beaucoup par le constat in situ des conséquences d'omissions de la part d'autres fournisseur ou de revendeurs dans l'implantation d'un plan de protections contre la foudre des sites radio. Le contenu théorique de pratiques d'ingéniérie dans le design de systèmes de masse à gaute fiabilité est très révélateur, le constat de domages résultant d'écarts envers ces recommendation est encore plus enrichissant.

Faut l'avoir vécu un moment donné pour mieux comprendre c'est quoi qui se passe.

73,

[VE2PID Pierre]

Ca fait deux fois que ça frappe ici en 30 ans.... Bien que ta source sur le nombre de frappes directes par Km me semble un peu basse par comparaison...

Salut Jacques,

Comme il fait chaud, voici un petit 'refresh' de maths. 

Supposons que ton "domaine" mesure 845 x 845 pieds. Ça fait alors une superficie d'environ 260 x 260 mètres carrés ou 0,0676 km². Par conséquent, la probabilité de frappe, si on utilise la carte mentionnée sera sur une période de 30 ans voisine de 30 x 1 x 0,0676 ≈ 2 frappes. Soit exactement ce que tu as observé! La carte me semble donc plausible.

Reste à corriger si la superficie est différente...

sur le point le plus haut à 4 ou 5 Km à la ronde, même avec un taux régional d'une frappe par année, Thor va cogner plus souvent qu'à son tour à la porte.

D'accord. Sur ce carré de 845 pi², si la surface est de conductivité uniforme et plane, la foudre peut frapper n'importe où avec la même probabilité. Mais s'il y a un promontoire ou un point plus conducteur que les autres, c'est évidemment en cet endroit que la probabilité calculée se "matérialisera"... mais tout en restant la même, soit 2 frappes ou moins aux 30 ans.

[VA2JOT Jacques]

Pierre,
         La partie en basse altitude de ma terre n'est jamais touchée. Par contre, si j'ajoute les frappes sur la ligne HT d'Hydro qui dessert le rang d'en haut et autres objets élevés dans un rayon de 1Km de la maison, bon an, mal an, on parle d'une demie douzaine de frappes.

C'est sur quoi je me suis basé pour estimer le facteur de risque et du dimensionnement et la qualité du système de ground ici.   

[VE2PID Pierre]

dans un rayon de 1Km de la maison, bon an, mal an, on parle d'une demie douzaine de frappes.

D'autres cartes du même genre sont produites par la NASA à partir de satellites avec détecteurs d'éclairs. Pour la carte suivante, on mentionne ceci:

How Was This Map Produced? NASA has satellites that orbit the earth with sensors that detect lightning. Data from those satellites was used to determine the occurrence of lightning activity over time. That data was plotted to create this map. The numbered scale represents lighting flashes per square kilometer per year.

Elle couvre cette fois toute la planète. On voit que le nombre de frappes pour le Québec est sensiblement le même que pour la carte affichée plus haut:

 

On dit également dans le document de l'IEEE que Most (~80%) lightning strokes are within a cloud; most of the remainder are cloud-ground strokes. Autrement dit, la plupart (80%) des éclairs détectés n'atteignent pas le sol, et se produisent à l'intérieur des nuages; or ce sont les autres qui nous intéressent.

La question que je me pose maintenant est de savoir si un éclair partant de la base d'un nuage pour se diriger vers le sol est toujours détecté.. ou s'il peut être masqué par ce nuage.

Dans ce cas, il y a une erreur possible d'interprétation de ces lectures, i.e. qu'elles ne reflèteraient pas ce qui se passe réellement puisque beaucoup d'éclairs ne seraient pas enregistrés.. ??

Mais c'est peu probable comme erreur d'interprétation de la part de scientifiques de la NASA ou de l'IEEE ...

[VA2JOT Jacques]

La question que je me pose maintenant est de savoir si un éclair partant de la base d'un nuage pour se diriger vers le sol est toujours détecté.. ou s'il peut être masqué par ce nuage.

Il est possible de détecter des frappes de foudre à partir de sondes dans le sol sur des distances allant jusqu'à 100Km. C'est ce que la SOPFEU utilise pour faire la collected de données en régions isolées. Ils arrivent même a localiser la frappe en dedans de 1 Km et surtout, d'en estimer l'ampleur pour détermminer si y'a un risque qu'une incendie de forêt ai été déclenché.

VAISALA est fournisseur de télédétecteurs de foudre sans-fil pour la grande majorité des zone controlées d'aéroports. Ils dispposent d'un réseau d'a'ffichage détection de frappe nuage/sol démonstrateur en tranches de 20 minutes éalées sur 120 minutes.

 

C'est dans un de leurs rapports conjoints avec la IEEE que j'avais lu qu'au sud-ouest du QC, il se produisait en moyenne 7 frappes par Km carré par année. Dépendamment des variations à court-terme des statistiques, de l'emplacement et de la grandeur de son terrain, de son exposition etc. ça va varier de façon significative mais ça concorde quand même pas mal avec comment ça se passe ici.

Pour ceux qui veulent voir l'image la plus récente, en voici l'URL:
http://thunderstorm.vaisala.com/explorer.html

D'après le tableau, y' eu 97,000 + frappes en amérique du nord depuis les 120 dernières minutes.

En passant, les frappes originant du sol vers les nuages existent aussi et elle n'ont pas les mêmes caractéristiques.

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