CHAPITRE II

COMMENT ON CONSTRUIT AUJOURD'HUI LES PARATON- NERRES. — FORMK DE LA TIGE. — FORME DF. LA POINTE. — MÉTAL A CHOISIR POUR LES POINTES. — LE CONDUCTEUR, MANIÈRE DE l'iNSTALLER ET DE LE RELIER A LA POINTE ET AU PUITS. — LE COMPENSA- TEUR DE DILATATION. — LA POINTE OCTOGONALE DE M. BUCHIN, DE BORDEAUX.

La zone de protection d'un paratonnerre étant aujourd'liui bien déterminée, examinons dans quelles conditions doivent être établies les tiges de ces appareils, d'après les nouvelles recherches des physiciens et des constructeurs.

On sait que la puissance des décharges atmosphériques est généralement très forte. Il importe donc que 'la tige d'un paratonnerre puisse donner passage à un flux d'électricité considérable. D'autre part, pour que la tige de l'er du paratonnerre puisse résister à l'action du vent et des agitations atmosphériques, il faut lui donner une très grande masse et beaucoup de hauteur, l^n France, on emploie généralement des tiges de fer de 10 mètres de haut, tandis qu'en Angleterre elles ne dépassent pas quatre ou cinq mètres, ce qui est insuffisant pour protéger les édifices élevés.

Voici ce que disait, au sujet des dimensions à donner aux tiges des paratonnerres, im de nos plus savants électriciens, Th. du Moncel, mort en 1885 :

« Ceux qui préconisent les petites tiges fout preuve d'une complète ignorance, du moins eu égard au système de paratonnerres que nous employons en France. Toutes les raisons qu'ils invoquent sont tout simplement absurdes. La raison qui a fait recommander les longues tiges, c'est que la zone qu'elles protègent est d'autant plus étendue qu'elles sont plus longues. Comme

on ne peut pas leur donner des dimensions par trop grandes, on est obligé de les multiplier, et leur distance réciproque, combinée à leur hauteur, dans les conditions pratiques, est la considération qui a pi-ésidé à la détermination de leur longueur. »

La forme la plus ])ralique et la meilleiiro à donner aux tiges de paratonnerres est la forme conique.

Ces tiges doivent être, à la fois, résistantes et légères, afin de ne pas surcharger les combles.

Divers systèmes ont été proposés pour atteindre ce but, mais le plus avantageux est celui qu'emploie M. Jarriant, constructeur à Paris.

; Les tiges employées par M. Jarriant sont à jour, et construites avec des fers à cornières, au nombre de trois ou quatre, qui.

j partant d'une enclave en fer, fixée ;ui comble, montent obliquement, par rapport à la verticale, et concourent au même sommet, où se trouve une pointe en cuivre rouge, à cône de 30", semblable à celle prescrite dans les Instructions de f Académie des sciences de Paris. A différentes hauteurs, des plaques d'assemblage en fer assurent la parfaite solidité du système.

Les fers employés sont galvanisés, pour les garantir de l'oxydation. Enfin, l'angle des fers à cornières a été calculé de façon que le vent ne rencontre qu'une faible résistance, et n'ébranle pas l'embase de l'appareil. Les vibrations sont, pour ainsi dire, nulles, tous les angles étant aigus. Nous réunissons dans la figure 307 les

1 formes particulières que M. Jarriant donne aux tiges terminales de ses paratonnerres.

Une autre question importante est celle du métal à employer pour composer la pointe d'un paratonnerre.

Les Instructions de i' Académie des sciences de Paris, de 1823, recommandaient de terminer les tiges des paratonnerres par une

SUPPLÉMENT AU PARATONNERRE

)oiiite de platine. Les Nouvelles instructions le 1867 ne jugent pas les pointes de platine lécessaires, et disent que ces tiges doivent loi'ter à louv extrémité un simple cône

Fig. 307. — Tiges terminales des paratonnerres actuels.

en cuivre rouge pur, d'environ 50 centimètres de longueur, et dont l'angle total, au sommet, soit de 80°.

La pointe de cuivre a sur celle de platine deux avantages. D abord, elle est plus économique ; elle est, en second lieu, d'une exécution plus facile.

Pour attacher les pointes aux tiges de fer, on emploie le procédé suivant.

On termine l'extrémité de la tige par un pas de vis, sur lequel on adapte la flèche en

cuivre. Deux goupilles à vis, placées à angle droit, consolident et maintiennent fixes les deux parties. Enfin, le joint est recouvert d'une forte couche de soudure, à laquelle on donne au moins deux millimètres.

La figure ci-dessous représente la manière d'attacher la pointe de cuivre à l'extrémité du paratonnerre. Vest le pas de vis; P, la pointe de cuivre; A, A' la partie, fixée par des gou-

Fig. .308. — Mode de jonction delà pointe terminale du paratonnerre avec la tige.

pilles, à l'armature communiquant avec le conducteur.

On a réuni sur le même dessin l'attacho d'une pointe à une armature simple, et l'attache d'une pointe à une armature en trépied, fixées l'une et l'autre à un tuyau de cheminée.

, Le mode d'attache de la pointe à la tige est formé, comme il vient d'être dit, de goupilles à vis joignant les deux parties. Le conducteur d'un paratonnerre est la

partie métallique qui relie l'extrémité de la tige au réservoir commun, c'est-à-dire à la terre. Il doit, d'après les dernières instructions de l'Académie des sciences, être formé de barres de fer galvanisé, à section carrée de quatre centimètres, afin d'assurer, en cas de décharge foudroyante, un écoulement facile à l'électricité.

La raison pour laquelle on emploie le fer, de préférence au cuivre, métal bien meilleur conducteur que le fer, c'est que le fer jouit d'une conductibilité très suffisante, qu'il se soude sans la moindre difficulté, et que son prix de revient est de beaucoup inférieur à celui du cuivre.

Le conducteur du paratonnerre une fois établi, on le relie à la tige terminale au moyen d'un étrier^ ou collier de prise de courant, que l'on fixe à la base de la tige, et qui s'adapte sur une partie arrondie qui la termine.

Depuis le collier de prise de courant^ auquel il est relié, jusqu'au puits, le conducteur est composé de barres de fer de 2 centimètres de côté et de 5 mètres de long, ajoutées les unes aux autres, au moyen de vis serrées à fond, de manière à former un joint parfait, que l'on recouvre ensuite de soudure.

Pour y fixer le conducteur, le collier porte deux oreilles, qui peuvent se rapprocher à l'aide d'un boulon à écran. On perce l'extrémité de la barre du conducteur, on la place entre les deux oreilles, et après avoir mis le boulon, on visse fortement l'écrou.

Afm de bien assurer le contact, on interpose habituellement entre les surfaces à réunir une lame de plomb qui, grâce à sa malléabilité, établit des joints parfaits, que l'on protège contre l'oxydation en les noyant dans une masselotte de soudure.

Le conducteur peut suivre toutes les sinuosités du toit et contourner toutes les moulures des bâtiments. Toutefois, il importe que les barres de fer qui le composent

soient courbées à chaud et non à froid, afin de ne pas amoindrir leur solidité.

On maintient le conducteur sur la couverture en ardoises, au moyen de supports à patin, et à l'aide de supports à vis sur les couvertures en zinc. Pour le fixer aux murs des bâtiments, on se sert de supports à ancre, que l'on scelle, au ciment, dans la pierre ou la brique. Le conducteur est retenu dans la fourchette du support, à l'aide d'une goupille rivée, ou simplement rabattue.

Tous ces supports doivent être galvanisés, ou, tout au moins, défendus de l'oxydation par une forte couche de peinture.

Dans les parties verticales, et afin d'éviter la rupture des joints que pourrait déterminer l'excès de tension des barres, due à leur propre poids, le conducteur porte deux petits taquets, qui viennent reposer sur les supports à ancre.

Au lieu de conducteurs formés de barres de fer, on emploie quelquefois des câbles métalli([ues galvanisés, qui ont l'avantage, lorsqu'ils sont bien conditionnés, de ne pas exiger de soudures et d'être plus faciles à poser.

D'après les Instructions de l'Académie des sciences, ces câbles doivent être formés de 4 torons, composés chacun de 15 fils de fer.

Contrairement à ce que font quelques constructeurs, qui isolent le conducteur, au moyen d'anneaux en verre ou en porcelaine, il importe de les relier aux masses métalliques importantes que peuvent contenir les édifices.

Pour que, sous l'influence des variations de la température, le conducteur, en se dilatant ou en se contractant, ne vienne pas à disloquer les joints qui le retiennent, la Commission municipale de 1875 recommande de faire usage d'un compensateur que nous représentons dans la figure 309.

Le compensateur se compose d'une bande

Fig. 309. — Compensateur de dilatation d'un conducteur du paratonnerre.

de cuivre rouge, de 2 centimètres de largeur, de 5 millimètres d'épaisseur et de 70 centimètres de longueur, dont les extrémités reçoivent, à la soudure forte, les bouts de fer C et C, posés sur les conducteurs, et de 15 centimètres de longueur. La bande de cuivre étant ensuite pliée comme l'indique la figure n'oppose qu'une résistance peu considérable à une flexion un peu plus grande ou un peu plus petite. On comprend, par exemple, que les fers C et C étant maintenus sur une même ligne horizontale, si une force les oblige à s'éloigner ou à se rapprocher davantage, le sommet de la courbe formée par la bande de cuivre D montera un peu plus haut, ou descendra un peu plus bas.

Supposons maintenant que pour le jeu des dilatations on ait conservé une lacune d'environ 15 centimètres entre les deux barres AB et A'W^ la température, étant par exemple de -f- 20 degrés centigrades au moment de la pose ; supposons qu'en même temps, pour combler cette lacune et pour rendre au circuit sa continuité métallique, on ait boulonné et soudé les fers C et G' du compensateur, en les alignant sur les extrémités AB et A'B' du circuit ; c'est en ce point que viendront se concentrer tous les effets de la chaleur et du froid.

Amesure que latempérature s'élève de plus en plus vers son maximum de -j- 60 degrés, la dilatation rapproche les extrémités des baires AB et A'B', de telle sorte qu'au maximum de chaleur, la lacune est réduite, par exemple, à 10 centimètres,

et le compensateur atteint son maximum de fermeture.

Au contraire, le refroidissement au-dessous de -|- 1 0 degrés écarte de plus en plus les extrémités des barres AB et A'B, la lacune augmente de telle sorte qu'au maximum de froid elle arrive, par exemple, à 10 centimètres et le compensateur atteint son maximum d'ouverture.

Passons à la manière de terminer le conducteur.

Au lieu de le faire pénétrer directement dans le sol, comme on le faisait autrefois, et de le plonger dans un puits, qu'on remplissait de braise de boulanger, on l'entoure aujourd'hui d'un tuyau en fonte, dont l'extrémité supérieure est fermée à l'aide d'un tampon en bois, que traverse le conducteur. De cette manière, ou n'a plus à craindre les détériorations que l'on constatait jadis fréquemment, surtout au point de pénétration du conducteur dans la terre.

A sa sortie du tuyau de fonte, le conducteur passe dans des tuyaux de drainage en poterie, ou mieux en brique, et il suit un caniveau rempli de braise ou de coke concassé, qui l'amène à l'orifice d'un puits, où il descend, maintenu par des supports scellés à la maçonnerie.

La partie inférieure du conducteur est reliée à une plaque de tôle de fer, appelée peixt-fluide, qui affecte la forme d'un cylindre creux, mesurant au minimum 60 centimètres de diamètre et 1 mètre de

longueur. Le perd-fluide, comme l'indique son nom, a pour but de faciliter l'écoulement de l'électricité. Il doit donc avoir le plus grand développement possible, et baigner dans une nappe d'eau intarissable.

Nous représentons dans la figure ci -contre le mode général d'installation d'un paratonnerre, tel que l'exécute M. Jarriant. On ^oit en A la tige, en C le collier de frise du courant. B est le conducteur qui , ime fois parvenu au sol, traverse un caniveau D, rempli de charbon de braise, excellente substance conductrice de l'électricité. F est le puits qui doit aboutir à un cours d eau intarissable, et E la dernière portion du conducteur, à laquelle on a donné la forme d'un cylindre creux pour augmenter la surface de dissémination du flux électrique, et qui constitue le perd-fluide.

On A'oil à part, et sur une plus grande échelle, le collier de prise du courant, E.

Nous terminerons ce chapitre, relatif aux procédés actuels de construction des paratonnerres, en signalant une forme avantageuse qui a été donnée à la pointe des paratonnerres par un physicien constructeur de Bordeaux, M. Buchin.

En 1877, M. Buchin pre-

SUPPLÉMENT AU PARATONNERRE

nait un brevet pour une poitite à section auf/nlaire construite en cuivre rouge (rosette). Cette pointe , que représente la ligure 31 1 , était terminée par une pyramide, et présentait une très grande section à l'écoulement de l'électricité. Elle tendait, en outre, à éviter la fusion qui a souvent lieu avec une pointe ordinaire, et empêchait les coups de foudre latéraux, qui ont été observés par MM. Melsens et W. Snow Harris.

En 1880, le généi-al deNansouLy, de concert avec M. Janssen, ayant à faire installer des paratonnerres à l'Observatoire du Pic du Midi, confièrent les travaux à M. Bucliin, qui y plaça 9 paratonnerres de son système, avec la pointe à section angulaire. Les résultats furent des plus satisfaisants.

Dans V Année scientifique de 1884. nous disions à ce propos :

<■ Depuis l'installation des paratonnerres du système de M. Bucliin, l'Observatoire est complètement ù l'abri de la foudre, qui autrefois visitait si souvent le Pic du Midi.... La pointe à arêtes aiguës, imaginée par M. Buchin, nous paraitappelée à remplacer, dans un avenir prochain, les pointes actuellement en usage. Aussi croyons-nous devoir la signaler aux physiciens qui s'occupent de l'électvicité atmosphérique et des moyens pratiques de protéger la vie humaine et les édifices publics. »

Encouragé par les premiers résultats qu'il avait obtenus, M. Buchin perfectionna sa pomte (le paratonnerre, et il prit, en 1886, lui nouveau brevet d'addition, pour la division des arêtes en un grand nombre de petites pointes pyramidales. Grâce à ce dernier perfectionnement, il a obtenu un écoulement de fluide encore plus facile et donné aux paratonnerres leur maximum d'action préservatrice.

La figure 312 présente la pointe à ai"êtes multiples adoptée par M. Buchin.

On voit que le nombre des pointes étant considérablement augmenté, ainsi que la longueur des arêtes, l'action préventive du

paratonnerre doit être augmentée en proportion.

V\g. 311. — Poiute pyra- Fig. 3(2. — Pointe de para inidale de paratonnerre, tonnerre à arêtes uiul de M. Buchin. tiples, de M. Buchin.

Le paratonnerre à pointes multiples d( M. Buchin a été installé, comme nous l'a I vous dit, en 1880, à l'Observatoire du Pied

Fig. 313. — Le paratonnerre Buchin à l'Observatoire du Pic du Midi.

Midi. Les expériences faites par M. Vaiissenat, directeur actuel de l'Observatoire du Pic du Midi, ont démontré, d'une façon péremptoire, l'efficacité du nouveau système. '

Depuis l'installation des paratonnerres de M. Buchin, l'Observatoire, placé à une altitude de 2,850 mètres, est complètement à l'abri de la foudre, qui, autrefois, visitait souvent ces sommets.

L'Observatoire météorologique de Bordeaux, ainsi que tous les établissements publics de cette ville, ont adopté les pointes de paratonnerre de M. Buchin.

M. Buchin a construit pour le génie militaire un paratonnerre à mon tage simplifié, et dont on peut facilement vérifier toutes les parties. La tige creuse (fig. 314) est filetée à sa partie inférieure et porte la pointe décrite plus haut, vissée à sa partie supérieure. Elle est serrée sur un étrier fixé solidement au poinçon ; l'écrou supérieur sert au serrage du conducteur. Dans ces conditions, une tige

de 6 mètres ne pèse que 15 kilogrammes, avec ses écrous.

D'ailleurs, la section des tiges en fer creux est plus que suffisante, au point de vue do l'écoulement de l'électricité, ainsi qu'il résulte des expériences et observations de Coulomb, Franklin, Arago,Melsens, Henry, Gaspar sur la question.

Le génie militaire, pour faciliter le montage de ses paratonnerres, les établit en deux parties : la tige et l'empattement, réunis au moyen d'un écrou. Pour assurer un bon contact, le conducteur est pris entre l'empattement et une rondelle serrée au moyen d'un autre écrou. Cette disposition a pour avantage, non seulement l'économie de l'installation, mais, en outre, la commodité du montage et du démontage, elle permet la vérification de tout le système, chose sinon impossible, du moins très difficile avec les tiges d'une seule pièce.

M. Buchin a rendu ce montage et cette vérification plus facile encore. La figure 315

SUPPLÉMENT AU PARATONNERRE

représente la tige du paratonnerre qu'il a appliqué au Pic du Midi.

Cette tige est conique et en fer creux. Elle est filetée sur une assez grande longueur, à sa partie inférieiu"e, où sont vissés les trois écrous de serrage destinés à la fixer; la pointe en cuivre rouge que nous avons décrite (fig. 312) est vissée à l'extrémité supérieure. Deux brides forgées selon la forme du poinçon, disposées en croix sur ce dernier, et fixées par des boulons, sont percées d'un trou laissant passer la tige; elles sont fortement serrées entre deux écrous, vissées sur la tige et servent à la maintenir; le troi-

sième écrou est destiné au serrage du conducteur.

Une tige de 6 mètres, avec ses écrous, pèse 33 kilogrammes environ.

L'avantage de ce système n'est pas seulement de présenter un plus faible poids, mais aussi de présenter une résistance à la flexion plus grande qu'une tige pleine à section égale.

La tige de M. Bucbin réunit donc à un montage facile une grande légèreté et une section suffisante pour l'écoulement de l'électricité.