Quand il y a des éclairs, faut-il débrancher les prises ?
― Un coup de foudre à 1 km peut générer des dizaines de milliers de volts dans les fils électriques
La réponse : débranchez avant que le tonnerre ne commence à gronder. La foudre abîme les appareils même sans tomber sur la maison. L'électricité d'un éclair tombé au loin peut remonter jusque chez vous par les fils électriques. Mais ce n'est pas le seul chemin possible.
Un soir d'été, le tonnerre gronde au loin. Un éclair illumine la fenêtre, suivi peu après d'un grondement sourd. Rien n'indique que la foudre soit tombée sur la maison.
Le lendemain matin pourtant, la télévision ne s'allume plus. Le boîtier internet reste éteint, son voyant lumineux mort. Dans le quartier, un voisin raconte que son téléphone fixe a aussi grillé ce jour-là.
La foudre n'est pourtant pas tombée sur la maison. Alors pourquoi seuls les appareils électriques ont-ils été détruits ?
L'électricité de la foudre entre dans la maison par deux chemins
Le courant de foudre atteint plusieurs dizaines de milliers d'ampères en un instant. Le champ magnétique qui l'entoure varie alors brutalement, ce qui crée une tension même dans des fils électriques éloignés. Plus le fil est long, plus cette tension est élevée.
Le courant qui pénètre dans le sol s'y propage tout autour du point d'impact. Pendant ce court instant, le sol proche du point d'impact atteint une tension élevée. L'électricité peut alors entrer par d'autres câbles reliés au sol, comme l'antenne ou la ligne téléphonique.
Dans les deux cas, le courant ne circule que pendant quelques dizaines de millièmes de seconde. Cela suffit largement pour endommager les composants fragiles des appareils électriques. Cette surtension soudaine qui envahit la maison porte un nom : la « surtension de foudre ».
Une variation brutale du champ magnétique crée une tension dans un fil éloigné
Tout courant électrique génère autour de lui un champ magnétique invisible — celui-là même qui fait bouger l'aiguille d'une boussole. Le courant de foudre grimpe à plusieurs dizaines de milliers d'ampères en seulement quelques millionièmes de seconde. Le champ magnétique environnant s'intensifie alors à une vitesse fulgurante.
Ce qui compte, c'est la vitesse de variation du champ magnétique. Quand le champ traversant une boucle formée par un fil électrique change, une tension apparaît dans ce fil. C'est ce qu'on appelle l'« induction électromagnétique » — le même principe que la dynamo d'un vélo ou le chargeur sans fil d'un smartphone.
Regardez la partie gauche de la figure 1. L'anneau en pointillés représente le champ magnétique autour de la foudre. Le fil électrique qui s'étend vers la droite forme, avec le sol, une grande surface. Sur plusieurs centaines de mètres entre les poteaux électriques, cette surface devient immense. Elle capte donc d'autant plus la variation du champ magnétique.
Les appareils les plus fragiles sont ceux qui ont deux points d'entrée
La télévision est reliée à la fois au fil de la prise électrique et au câble de l'antenne du toit. L'ordinateur et la box internet sont eux aussi reliés à deux câbles : la prise et la ligne de communication. Même chose pour le combiné du téléphone fixe.
Pendant un orage, la tension de ces deux câbles ne monte pas forcément de façon identique au même moment. L'un apporte une tension venue d'un poteau électrique lointain, l'autre une tension venue du toit ou du sol, chacune à un niveau différent. La différence entre les deux traverse alors l'appareil. Un courant intense circule, pendant un instant, dans un chemin qui ne devrait normalement jamais être parcouru.
C'est pourquoi débrancher seulement la prise électrique ne suffit pas toujours. Il faut aussi débrancher le câble d'antenne et celui de la ligne téléphonique ou internet pour vraiment fermer tous les accès.
L'espace entre les contacts qui coupent le courant dans un disjoncteur ne mesure que quelques millimètres. Une surtension de foudre de plusieurs dizaines de milliers de volts peut franchir cet espace sous forme d'étincelle. De plus, les câbles d'antenne et de communication ne passent pas par le disjoncteur. La seule solution vraiment sûre : débrancher physiquement chaque appareil.
Les multiprises équipées d'un composant qui évacue la surtension vers la terre sont efficaces contre les surtensions faibles. Mais elles ne suffisent pas toujours face à un coup de foudre puissant tombé à proximité. Ce composant s'use à chaque surtension absorbée : une multiprise utilisée depuis des années peut avoir perdu une partie de son efficacité.
Alors, que faire concrètement ?
- Débranchez les appareils importants avant même d'entendre le tonnerreDès que la météo annonce une « instabilité atmosphérique », faites-le dans la journée.
- Débranchez aussi le câble d'antenne et les lignes de communicationParticulièrement pour la télévision, l'ordinateur et le téléphone fixe, qui ont deux points d'entrée.
- Si l'orage éclate juste au-dessus de vous, n'approchez plus des câbles ni du téléphoneRenoncez à débrancher et attendez au centre de la pièce.
Quand la foudre gronde tout près, évitez de toucher les prises électriques, les canalisations métalliques ou un téléphone relié par un fil. Ces câbles et canalisations sont autant de chemins possibles pour la surtension de foudre. Si vous êtes dehors, réfugiez-vous immédiatement dans un bâtiment ou une voiture. Un appareil détruit peut se remplacer ; un corps foudroyé, non. Si vous trouvez une personne frappée par la foudre, appelez immédiatement les secours.
En résumé
L'électricité de la foudre peut entrer dans la maison même sans y tomber directement. D'un côté, un champ magnétique qui varie brutalement induit une tension dans les longs fils électriques. De l'autre, la tension du sol lui-même s'élève et l'électricité entre par l'antenne ou les lignes de communication. Les appareils avec deux points d'entrée sont les plus fragiles : pour être sûr, débranchez la prise et les câbles en même temps.
La foudre voyage par les fils électriques, même à 1 km du point d'impact.
Débranchez donc avant que le tonnerre ne commence, pas après.
Le mécanisme par lequel la foudre saute d'un arbre à une personne est expliqué dans « Pourquoi ne faut-il pas s'abriter sous un arbre pendant un orage ? », et l'énergie libérée par un seul éclair dans « Combien d'électricité domestique un seul éclair pourrait-il fournir ? ».
- Réglez une petite radio à piles sur une fréquence AM sans station, uniquement du bruit de fond.
- Un jour d'orage lointain, écoutez : à chaque éclair, un « crac » parasite apparaît. C'est la preuve qu'à chaque variation du courant de foudre, une tension naît dans l'antenne de la radio.
- Même sans orage, placez la radio près d'un interrupteur et allumez ou éteignez la lumière. Le même type de parasite peut apparaître au moment où le courant change brusquement.
Si vous faites cette expérience un jour d'orage, restez à l'intérieur, loin des fenêtres. Ne sortez pas et ne déployez pas d'antenne près d'une fenêtre.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les programmes scolairesDu collège aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque passage est indiqué
- CollègeNiveau collège, cours de sciences
- LycéeNiveau lycée, cours de physique
- Lycée+Approfondissement lycée, ou encart de manuel
- UniversitéNon vu au lycée : matière universitaire spécialisée (électromagnétisme, génie électrique)
- RecherchePas encore un « fait établi » même à l'université : sujet encore étudié par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Induction électromagnétique : phénomène par lequel une tension apparaît dans un fil ou une bobine lorsque le champ magnétique qui la traverse varie. C'est le principe même du générateur électrique.
- Surtension de foudre : tension ou courant élevé et très bref qui pénètre dans les fils électriques ou les lignes de communication à cause de la foudre.
- Foudre induite : surtension apparaissant dans un fil électrique par induction électromagnétique due à un éclair tombé à proximité, et non par un impact direct. La plupart des dégâts sur les appareils électriques seraient dus à ce phénomène.
CollègeLycéeVérification par le calcul : quelle tension un coup de foudre à 1 km génère-t-il dans un fil électrique ?
Estimons à quelle vitesse le courant d'un éclair rectiligne fait varier le champ magnétique traversant la surface sous un fil électrique situé à 1 km. Le fil mesure 1 km de long et se trouve à 10 m du sol ; on considère que le champ magnétique traverse le rectangle formé entre les deux.
| En notation symbolique | V ＝ ( μ0 ÷ 2π ) × ( S ÷ r ) × ( ΔI ÷ Δt ) |
| En mots | Tension générée ＝ constante du champ magnétique ×（surface entourée par le fil ÷ distance à la foudre）×（vitesse de variation du courant） |
| D'où vient cette formule | Combinaison de l'intensité du champ magnétique créé par un courant rectiligne (inversement proportionnelle à la distance) et de la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique (« la vitesse de variation du flux magnétique à travers une surface devient une tension ») |
| μ0 ÷ 2π (constante du champ magnétique, en volt·seconde ÷ ampère ÷ mètre) | 0,0000002 |
| ΔI : montée du courant de foudre (valeur typique retenue) | 30000 ampères |
| Δt : temps pour atteindre ce courant | 0,000003 seconde (3 millionièmes de seconde) |
| Longueur et hauteur du fil électrique | 1000 m et 10 m |
| r : distance jusqu'à la foudre | 1000 m |
| Surface entourée par le fil S | 1000 × 10 ＝ 10000 mètres carrés |
| Surface ÷ distance | 10000 ÷ 1000 ＝ 10 mètres |
| Vitesse de variation du courant (par seconde) | 30000 ÷ 0,000003 ＝ 10000000000 ampères |
| (Surface ÷ distance) × vitesse de variation | 10 × 10000000000 ＝ 100000000000 |
| × la constante du champ magnétique ＝ tension V | 0,0000002 × 100000000000 ＝ 20000 volts |
| Multiple de la tension domestique (100 volts) | 20000 ÷ 100 ＝ 200 fois |
Même pour un éclair tombé à 1 km, le calcul donne environ 20 000 volts générés brièvement dans un long fil électrique. Les foudres induites réelles atteindraient aussi couramment plusieurs milliers à plusieurs dizaines de milliers de volts. En revanche, pour le câblage intérieur seul (surface d'environ 10 mètres carrés), la surface étant 1000 fois plus petite, la tension reste limitée à environ 20 volts. Ce ne sont pas les fils à l'intérieur de la maison, mais les longs fils extérieurs, qui rassemblent la tension capable de détruire les appareils.
LycéeLycée+Ce qui détermine la tension : la « vitesse de variation » plus que « l'intensité du courant »
LycéeSelon la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, la tension générée dépend de la « vitesse de variation » du flux magnétique (la quantité de champ magnétique traversant une surface). Pour les mêmes 30 000 ampères, si la montée dure une seconde entière, la tension générée sera un million de fois plus faible. Ce qui rend la foudre exceptionnelle, ce n'est pas tant l'intensité du courant que la vitesse de sa montée.
Lycée+La tension du sol du chemin ② peut elle aussi s'estimer simplement. En supposant que le courant se diffuse en demi-sphère, la tension du sol à une distance r du point d'impact vaut ρI ÷ 2πr (ρ étant la résistivité électrique du sol). La tension étant inversement proportionnelle à la distance, si le point de mise à la terre de l'antenne et celui du poteau électrique sont éloignés l'un de l'autre, leur différence de tension s'applique directement à l'appareil.
UniversitéUn fil électrique réel n'est pas « une simple boucle unique »
Dans les calculs réels de foudre induite, on découpe le fil en petits segments et on résout simultanément la tension générée dans chacun et l'onde qui se propage le long du fil. Le champ électromagnétique produit par le canal de foudre se calcule avec une extension de la loi de Biot-Savart, et le couplage avec le fil se traite par des méthodes appelées modèle d'Agrawal ou modèle de Rusck. L'onde qui se propage dans le fil se résout à l'aide des « équations des télégraphistes » des circuits à constantes réparties.
📖 Pour la dérivation des formules et pour aller plus loin : Induction électromagnétique (Wikipédia, en japonais) ／ Loi de Biot-Savart (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qui reste encore mal connu
- La « forme » du courant de foudre varie à chaque fois. La vitesse de montée diffère fortement entre le premier éclair et les éclairs suivants qui empruntent le même canal. Quelle forme retenir pour protéger les équipements reste une question réexaminée au fil des observations.
- La foudre d'hiver diffère de celle d'été par sa nature. Sur le littoral de la mer du Japon, la foudre hivernale se propage souvent vers le haut, avec un courant qui peut durer plus longtemps. L'effet de ce type de foudre sur les fils électriques est encore à l'étude.
- Le trajet du courant à l'intérieur d'une maison. Dans une maison réelle, l'alimentation électrique, l'antenne, les communications et les canalisations d'eau sont reliées de façon complexe. Retracer après coup par où le courant est entré et sorti reste difficile, même pour des spécialistes.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « ce que l'on comprend à ce jour ». Les calculs ci-dessus ne sont que des estimations grossières pour saisir le mécanisme général.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Passage correspondant de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, 4e : « Courant et champ magnétique », « Induction électromagnétique » | Le champ magnétique autour d'un courant, la tension générée par sa variation |
| Lycée | Physique : « Induction électromagnétique », « Champ magnétique d'un courant rectiligne » | Vérification par le calcul, le rôle de la vitesse de variation dans la tension |
| Lycée+ | Physique (approfondissement) : potentiel et résistivité électrique | Estimation de la tension du sol |
| Université | Électromagnétisme, génie électrique (surtension de foudre, lignes de transmission) | Méthode de calcul réelle de la foudre induite |
| Recherche | Observation de la foudre, protection des installations électriques et de communication | Forme du courant, foudre d'hiver, trajet à l'intérieur de la maison |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Débrancher la prise, l'antenne et les lignes de communication « avant » que le tonnerre gronde |
- Agence météorologique du Japon, « Se protéger de la foudre » (dépliant / page explicative) (気象庁「雷から身を守るには」)
- Institut des ingénieurs électriciens du Japon (dir.), Lightning and the Advanced Information Society (電気学会 編『雷と高度情報化社会』, Institut des ingénieurs électriciens du Japon)
- V. A. Rakov, M. A. Uman, Lightning: Physics and Effects, Cambridge University Press
- Wikipédia, « Induction électromagnétique » (en japonais)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faire comprendre les mécanismes en jeu. Lorsque la foudre approche, suivez les avis de vigilance de l'Agence météorologique et les consignes des pompiers et des autorités locales.