CHAPITRE II

LES PARATONNERRES

§ 1 — Principes qui servent de bases a la construction des Paratonnerres

Arago, dans sa belle Notice sur le tonnerre , passe en revue les divers procédés auxquels, depuis l’antiquité jusqu’à Franklin et même jusqu’à nous, le préjugé populaire ou le préjugé des hommes de science attribue la propriété de dissiper les orages ou de préserver de la foudre. Un grand nombre de ces procédés 11e sont que des pratiques ayant pour origine une croyance superstitieuse et 11e méritent pas d’être mentionnés. Quelquesuns sont fondés sur des hypothèses que l’expérience n’a pas justifiées, ou au sujet desquelles F observation a fourni jusqu’à présent des résultats contradictoires.

Par exemple, 011 a pensé que de grands feux allumés en plein air enlevaient aux nuées, au moins en partie, leurs propriétés fulminantes. C’était l’opinion de Volta, basée sans doute sur ce fait d’expérience, que les flammes, les gaz chauds sont de bons conducteurs de l’électricité. Mais, dans le cas de feux allumés en plein air, les colonnes gazeuses s’élèvent-elles à une hauteur suffisante pour atteindre les nuages orageux? On a cité ?

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en tout cas, des localités où les paysans avaient l’habitude d’allumer, à l'approche des orages, des monceaux de paille, distribués çà et là dans les champs, et ces localités n’avaient pas été, en effet, maltraitées par la foudre ou par la grêle. Mais, d’autre part, des incendies considérables ont eu lieu un peu avant ou pendant de grands orages, sans que les nuées même les plus rapprochées du lieu du sinistre aient paru le moins du monde dépouillées de leur électricité. L’efficacité de ce moyen est donc au moins douteuse.

Un autre moyen de dissiper les nuées de toute espèce, et par conséquent les nuées orageuses, a été assez fréquemment employé par les marins ou par les agriculteurs. C’est celui qui consiste à produire des détonations d’artillerie, à tirer des coups de canon ou déboîtés à feu. Mais les exemples très-précis que cite Arago pour et contre cette méthode prouvent qu’elle est loin d’être d’une efficacité certaine. Il n’est même pas prouvé qu’elle ait eu jamais une influence quelconque sur la dispersion des nuages, et l’on pourrait tout aussi bien tirer des faits connus une conclusion opposée.

Il faut en dire autant du son des cloches. L’usage de mettre en branle les cloches des églises pendant les orages n’a pas d’autre origine que la superstition, et le plus sûr effet de cette pratique est de faire courir aux sonneurs un danger réel, pour écarter un danger beaucoup moindre à l’aide d’un secours imaginaire. La foudre, en effet, frappe de préférence les objets élevés, surtout ceux qui, comme les clochers, sont presque toujours surmontés de pièces métalliques isolées.

Depuis Franklin, qui est, comme on sait, l’inventeur des paratonnerres, la science ne peut donc recommander aucun autre moyen de préserver de la .foudre les édifices, les maisons et leurs habitants, que cet appareil simple et presque toujours efficace, s’il est construit et établi d’après les conditions que l’expérience et la théorie s’accordent à regarder comme nécessaires.

Le paratonnerre est une application du pouvoir qu’ont les

pointes métalliques de décharger les corps électrisés placés dans leur voisinage, et l’idée d’utiliser cette propriété, que l’ illustre physicien américain venait de découvrir, était mie suite naturelle de son opinion sur 1 identité de la foudre et du tonnerre avec les phénomènes électriques. Les expériences qui démontrèrent cette identité eurent lieu presque simultanément, en 1752, en Amérique et en France. Franklin lançait à cette époque, aux environs de Philadelphie, son fameux cerf-volant armé d’une pointe, et tirait des étincelles d’un nuage orageux. Le physicien français Dalihard faisait, à la même époque, la vérification des idées suggérées par Franklin, en établissant une harre de fer isolée, de 14 mètres de hauteur, dans la plaine de Marly-1 a-Ville.

Peu de temps après, les premiers paratonnerres étaient établis à Philadelphie. D’Amérique, ces appareils passèrent en Europe, et le premier qu’on ait vu en France fut posé à Dijon par Guyton de Morveau.

L’instruction la plus récente 1 sur l’emploi et la construction des paratonnerres est due à une commission de l’Académie des sciences, qui a fait son rapport le 14 janvier 1867, par l’organe de M. Pouillet. C’est ce rapport qui va nous fournir les éléments de notre description.

Commençons par exposer la théorie des nuages orageux et celle de l’action des paratonnerres sur l’électricité qu’ils contiennent.

« 1 . Les nuages orageux qui portent la foudre ne sont autre chose «pie des nuages ordinaires chargés d’une grande quantité d’électricité.

» L’éclair qui sillonne le ciel est une immense étincelle électrique, dont les deux points de départ sont sur deux nuages éloignés et chargés d’électricités contraires.

1. Le premier rapport fait sur cette question intéressante date du 2 lx avril 1784, et la commission qui l’avait élaboré comptait dans son sein Coulomb, Laplace et Franklin lui-même.

En 1799, 1807, 1823 et 1855, des instructions nouvelles furent aussi communiquées et soumises à l'approbation de l'Académie des sciences.

LES PARATONNERRES

» Le tonnerre est le bruit de l’étincelle.

» La foudre est l’étincelle elle-même ; c’est la recomposition des électricités contraires.

» Quand l’un des points de départ de l’éclair est à la surface du sol, on dit que le tonnerre tombe, ou plutôt que la foudre tombe, et que les objets terrestres sont foudroyés. Alors tous les points du sillon de l’éclair sont encore la recomposition ou la neutralisation des deux électricités contraires, dont l’une est fournie par le nuage et l’autre par la terre elle-même.

» Comment la terre, qui est en général à l’état naturel et sans électricité apparente, se trouve-t-elle ainsi chargée d’électricité, et d’une électricité contraire à celle du nuage au moment même où elle est foudroyée.

» Telle est la première question que nous avons à examiner.

» 2. Avant que la foudre éclate, le nuage orageux qui la porte, bien qu’il soit à plusieurs kilomètres de hauteur, agit par influence pour repousser au loin l’électricité de même nom et pour attirer l’électricité de nom contraire. Cette influence tend à s’exercer sur tous les corps; mais elle n’est réellement efficace que sur les bons conducteurs : tels sont, à des degrés différents, les métaux, l’eau, le sol très-humide, les corps vivants, les végétaux, etc.

» Le même conducteur éprouve de la part du nuage des effets très-différents, suivant sa forme et ses dimensions, et surtout suivant sa parfaite ou imparfaite communication avec

le sol.

» Un arbre, par exemple, quand il se trouve dans une terre médiocrement humide, ne reçoit qu’une très-faible influence, parce que l’électricité de même nom ne peut pas être repoussée, au loin dans cette terre, qui n’est qu’un très-mauvais conducteur pour les grandes charges électriques.

» Si cet arbre, au contraire, se trouve dans une terre trèshumide et d’une vaste étendue, il sera fortement influencé, parce que l’électricité de même nom peut s’étendre au loin dans ce hon conducteur. Enfin, il sera influencé autant qu’il

5iO APPLICATIONS DES PHÉNOMÈNES ET DES LOIS DE L'ÉLECTHICITE

peut l’être, si ce bon conducteur, vers ses limites, est lui-même en bonne communication avec d’autres nappes d’eau indéfinies.

» Quand il s’agit de l’électricité de nos machines, la surface de la terre telle qu’elle se présente est ce qu’on appelle le sol ou le réservoir commun. On peut l’appeler ainsi, puisque la conductibilité est suffisante pour disperser ou neutraliser toutes ces petites charges électriques.

» Quand il s’agit de la foudre, la terre végétale, dans son état habituel, n’est plus ce que l’on peut appeler le réservoir commun; elle devient relativement un mauvais conducteur, ainsi que les formations géologiques de diverses natures sur lesquelles elle repose. 11 faut arriver à la première nappe aquifère, c’est-à-dire à la nappe des puits qui 11e tarissent jamais (nous l’appellerons ici la nappe souterraine ), pour trouver une couche dont la conductibilité soit suffisante. Celle-ci, à raison de son étendue et de ses ramifications multipliées, ne peut pas être isolée des cours d’eau voisins, et avec eux, avec les fleuves et les rivières, avec la mer elle-même, elle constitue ce qu’on doit appeler le réservoir commun des nuages foudroyants, et, par conséquent, le réservoir commun des paratonnerres.

» En effet, pendant que le nuage orageux exerce partout au-dessous de lui son influence, attractive sur le fluide de nom contraire et répulsive sur le fluide de même nom, c’est surtout la nappe souterraine qui reçoit cette influence avec une incomparable efficacité. Alors toute sa surface supérieure se charge d’électricité contraire que le nuage y accumule par son attraction, tandis que l’électricité de même nom est repoussée et dispersée au loin dans le réservoir commun. Aussi, quand la foudre éclate, les deux points de départ de l’éclair sont, l’un sur le nuage et l’autre sur la nappe souterraine, qui est en quelque sorte le deuxième nuage nécessaire à l’explosion de la foudre.

» C’est ainsi que le globe de la terre, sans cesser d’être à l’état naturel dans son ensemble, se trouve éventuellement

LES PARATONNERRES

électrisé sur quelques points par la présence des nuages orageux.

» Les édifices, les arbres, les corps vivants, frappés par la foudre, ne doivent être considérés que comme des intermédiaires qui se trouvent sur son chemin et qu’elle frappe en passant.

» Toutefois il ne faudrait pas en conclure que ces intermédiaires sont essentiellement passifs, et qu’ils ne contribuent jamais à modifier ou même à déterminer la direction du coup de foudre. Il est certain, au contraire, qu’ils exercent à cet égard une action d’autant plus grande, qu’ils ont une étendue plus considérable et une conductibilité meilleure. Par exemple, quand un vaisseau est foudroyé au milieu de la mer, il est trèsprobable que la foudre n’a pas pris le chemin qui aurait été géométriquement le plus court pour arriver à l'eau qu elle cherche et où elle doit être neutralisée par le fluide contraire, mais qu elle a choisi le chemin qui était électriquement le plus court, à raison des décompositions par influence que le nuage avait préalablement produites sur les mâts, les agrès et autres corps conducteurs du bâtiment, plus ou moins haut placés et plus ou moins conducteurs.

» Ce phénomène est analogue à celui que nous offre b étincelle tirée à grande distance des conducteurs d’une puissante machine électrique : elle peut être détournée de son chemin le plus direct par la présence d’un ou de plusieurs conducteurs isolés que l’on dispose près de son trajet ; elle vient frapper le même but, mais elle y arrive par une voie électriquement plus courte, bien qu’elle soit plus longue en apparence.

» Ces conducteurs isolés changent ici la direction de l’étincelle. Les intermédiaires dont nous parlions tout à l lieure changent la direction de l’éclair.

» Nous nous bornons au simple énoncé de ce principe fondamental, que nous ne pouvons pas développer ici ; il contient T explication de tous les mouvements, quelquefois si bizarres, des coups de foudre et de tous les effets destructeurs qu’ils produisent : on ne peut jamais s’en rendre compte sans en avoir

5i2 APPLICATIONS DES PHÉNOMÈNES ET DES LOIS DE L’ÉLECTRICITÉ

bien reconnu les deux points de départ, et, entre ces deux points, la série des intermédiaires qui ont été frappés par le sillon de l'éclair, tantôt simple, tantôt multiple. »

Là se termine la partie théorique du rapport, celle qui, dans la pensée des membres de la commission, sert de base aux indications pratiques formulées ensuite pour la construction et l’installation des paratonnerres. Résumons maintenant ces indications dans ce qu elles ont d’essentiel.

§11 — Description et disposition des Paratonnerres

Un paratonnerre n’est autre chose qu’un bon conducteur, non interrompu, dont l’extrémité supérieure s’élève à une hauteur suffisante pour dominer l’édifice qu’il doit protéger, et dont l’extrémité inférieure communique largement avec la nappe d’eau souterraine.

Comme la foudre peut fondre ou volatiliser des fils métalliques d’un petit diamètre (jusqu’à 6 millimètres), mais qu’il est sans exemple qu’elle ait pu porter au rouge sombre des tiges de fer carrées de 1 3 millimètres de côté, on composera le conducteur des paratonnerres de barres de fer ayant cette dimension.

Le paratonnerre est formé de deux parties principales, la tige et le ou les conducteurs . Voici la description de chacune d’elles :

La tige de fer, qui forme l’extrémité supérieure, doit être terminée par un cylindre de cuivre rouge de 2 centimètres de diamètre et de 20 à 25 centimètres de longueur, s’ajustant à vis sur la tige. Ce cylindre est lui-même terminé en cône à son sommet. Au-dessous, la tige est carrée et augmente progressivement d’épaisseur jusqu’au point d insertion avec le conducteur : là, sa section mesure environ 4 à 5 centimètres de côté. Enfin, selon les circonstances, la hauteur totale de la tige varie entre 3 et 5 mètres.

DESCRIPTION DES PARATONNERRES

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Autrefois, on recommandait de terminer la tige par une pointe fine et très-aiguë, d’or ou de platine. Il arrivait alors qu’aux premiers temps orageux, l’électricité s’écoulait par

Fig. 321. — Pointe conique de cuivre Fig. 322. — Tige verticale

rouge du paratonnerre. du paratonnerre.

la pointe, sous forme d’une aigrette lumineuse visible dans les ténèbres ; l’air vivement électrisé , en se transportant jusqu’au nuage, neutralisait, pensait-on, une portion du fluide de ce dernier. Mais aussi l’intensité du flux électrique était

assez vive pour déterminer la fusion de la pointe d’or ou de platine, de sorte qu’au bout de quelque temps la pointe aiguë disparaissait, remplacée parmi large bouton de fusion du métal.

L’action préventive de la pointe aiguë provoquant l'écoulement de l’électricité sous forme d’aigrette lumineuse, n’était donc assurée que pour un temps limité ; mais c’était là d’ailleurs un faible avantage, s’il est vrai que l’air électrisé par la tige, au lieu d’être transporté jusqu’au nuage, était plutôt emporté latéralement par le vent. Telle est la raison qui fait aujourd’hui

donner la préférence aux liges terminées par un cylindre et un cône de cuivre.

Ainsi formée, la pointe du paratonnerre donnera plus rarement le spectacle des aigrettes lumineuses ; mais, à raison de sa forme et de la grande conductibilité du cuivre, elle résistera beaucoup mieux à la fusion, sans être moins efficace au point de vue de la protection de l’édifice.

L’essentiel est que le courant électrique, qui passe du nuage au paratonnerre quand la foudre éclate, trouve un chemin ininterrompu depuis la tige jusqu’à la nappe d’eau souterraine.

La barre métallique servant de conducteur et ayant, comme on l’a vu, une section d’environ 15 millimètres de diamètre, doit être soudée avec soin à la tige (fig. 323), qui elle-même est solidement fixée à la charpente du faite de l’édifice. Toutes ses parties successives horizontales, verticales ou inclinées seront reliées par des courbes et soudées avec le même soin aux points de jonction. La fixité en sera maintenue par des supports de fer à fourchettes, qui permettent le glissement longitudinal de la barre sans aucun ballottement latéral.

On remplace quelquefois les barres rigides qui forment le conducteur par des cables composés de trois ou quatre torons

Fig. 323. — Soudure de la tige verticale et du conducteur.

DESCRIPTION DES PARATONNERRES

de fils de fer goudronnés pour éviter la rouille. Il faut alors veiller à ce que la communication du câble avec la tige ait lieu par le contact le plus large possible des surfaces métalliques de la tige et des fils ; ceux-ci doivent être parfaitement décapés et soudés au fer de la tige.

De plus, condition essentielle, toutes les parties métalliques de l’édifice, les faîtages et chéneaux de plomb ou de zinc, les charpentes ou planchers de fonte ou de fer, devront être reliées ensemble et communiquer toutes avec le conducteur du paratonnerre.

Nous arrivons maintenant à la condition la plus essentielle , à celle qui, négligée, ferait du paratonnerre, au lieu d’un protecteur contre la foudre, un appareil dangereux en temps d’orage. Il faut que le conducteur, une fois arrivé au sol, y pénètre assez

profondément pour être en com- Fig. 324. —Installation d’un paraton- J . . . lierre : tiares verticales et obliques.

mumcation constante avec la

nappe souterraine. Pour cela, on devra creuser un puits spécial tel que, dans les plus grandes sécheresses, l’eau y conserve une hauteur d’au moins un mètre. Si des cours d’eau, fleuves ou rivières, assez importants pour 11e point tarir dans les sécheresses, si des lacs ou de vastes étangs, se trouvent à proximité du conducteur, il pourra suffire de mettre celui-ci en communication constante avec la masse liquide.

Du reste, rien n’empêche de faire communiquer le conducteur avec la couche supérieure du sol, qui forme un réservoir supplémentaire, quand la pluie l’a suffisamment imbibée.;