Protéger efficacement son matériel contre les orages

29 juin 2009 à 15h25
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Protéger son matériel contre les variations de tension

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Avec les grandes chaleurs arrivent également les orages et les dangers pour votre installation électrique qu'ils peuvent engendrer. C'est ainsi un téléviseur, une Freebox ou pire, votre ordinateur, qui peuvent être endommagés de façon souvent irréversible. Comment cela se produit-il et surtout, quels sont les moyens à mettre en œuvre pour empêcher un tel phénomène ?

Ce problème est d'autant plus important que la prolifération d'appareils à l'électronique délicate dans nos habitations les rend plus sensibles aux perturbations électriques. Le risque est donc particulièrement important au moment d'un orage durant lequel les nombreux fils électriques, les armatures des bétons ou encore les canalisations peuvent guider la foudre jusqu'à votre maison ou appartement. C'est pourquoi nous avons répertorié pour vous quelques solutions simples ou plus complexes afin de sécuriser tout ou partie de votre réseau électrique, que ce soit durant l'été ou tout au long de l'année.

Sommaire :

Effets directs et indirects, niveaux de protection

Sur le million d'éclairs qui nait chaque heure sur Terre, 10% touchent le sol, transportant un courant électrique pouvant atteindre plusieurs centaines de milliers de volts (pour la tension) et d'ampères (pour l'intensité). Le danger le plus important est alors évidemment le foudroiement. Ce qui tue chaque année plusieurs dizaines de personnes en France est ce qu'on appelle un effet « direct » de la foudre. Pour éviter ce phénomène, nous avons recours, depuis Benjamin Franklin, à des paratonnerres. Ces équipements peuvent être placés dans ce que l'on pourrait appeler le premier niveau de protection, celui qui évite l'impact direct en captant la foudre et en l'orientant vers des lieux d'écoulements privilégiés.

Le second niveau de protection concerne le bon déroulement de cet « écoulement » vers la terre en assurant au circuit électrique une bonne isolation. C'est le rôle des parafoudres haute-tension par exemple. Malgré toutes ces précautions, lorsque la foudre frappe une installation, ce phénomène peut être à l'origine de surtensions passagères. Cela peut se produire via des remontées du courant à partir du sol, des courants conduits par les câbles électriques ou induits par l'impact de la foudre. C'est pourquoi un dernier niveau de protection est nécessaire. C'est celui qui nous intéresse dans cet article, car c'est dans ce domaine qu'il est le plus simple et le moins onéreux d'agir à notre échelle.

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Qu'il soit conduit par les câbles jusqu'à votre habitation, induit par un violent coup de foudre à proximité de celle-ci ou encore qu'il remonte de la terre vers votre installation, le courant issus de la foudre peut faire des ravages (crédits : Franklin France).


Les variations de tension

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Nos appareils électriques fonctionnent grâce au courant qui circule dans votre habitation et dont la tension est, dans nos contrées, de 230 Volts. Le phénomène de surtension, dont les orages sont les causes les plus communes, provoque un dépassement plus ou moins important de cette tension nominale durant quelques fractions de secondes, tension qui peut parfois ne pas être « supportée » par un appareil électrique. Inversement, le phénomène de sous-tension, qui peut quant à lui perdurer davantage dans le temps, empêchera un appareil de fonctionner correctement, puisqu'il ne sera pas suffisamment « alimenté ». La sous-tension reste la plupart du temps inoffensive pour votre matériel, contrairement à la surtension.

Principe général de la protection

Pour éviter à vos appareils électriques de subir ces variations de tension et les protéger de la foudre, il faut réunir plusieurs conditions :
  • empêcher les surtensions transitoires ou effets indirects d'atteindre vos équipements en la dérivant vers la terre ;
  • canaliser et écouler le courant à la terre le plus efficacement possible ;
  • maintenir une tension résiduelle compatible avec vos appareils électriques, afin d'éviter les sous-tensions ou les coupures de courant.

Une installation conforme pour plus de sécurité

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Le premier élément qui doit assurer la sécurité de votre matériel est le réseau électrique lui-même. Pour être en conformité, une installation domestique ne doit comporter que des matériaux et des composants agréés selon la norme européenne CE et doit répondre à toutes les règles de sécurité. Parmi celles-ci figure la présence, au sein de votre installation, d'un tableau électrique central muni de coupe-circuits fusibles, à tort appelés « plombs ». Il s'agit d'un fin fil d'alliage d'argent enfermé dans une cartouche et placé dans un tiroir basculant. Si l'intensité du courant qui circule dans la ligne dépasse une valeur déterminée, le fil fond et ouvre le circuit, évitant ainsi un dégagement de chaleur qui conduirait à un incendie. Sachez qu'il existe différent types de fusibles et dont la qualité se juge à la vitesse à laquelle ils isolent votre réseau électrique de la surtension. Enfin, les plus récents panneaux électriques sont équipés de disjoncteurs thermiques réarmables qui évitent l'utilisation de fusibles.

Du choix de vos appareils

Lorsqu'une surtension parvient jusqu'à votre réseau voire jusqu'à vos appareils, ce sont ces derniers qui vont faire office de résistance au courant électrique. Il est donc intéressant de posséder des appareils qui pourront offrir le maximum d'opposition dans le cas d'un orage, notamment. La donnée qui caractérise cette faculté se nomme impédance, notée Z. Malheureusement, cette donnée est la plupart du temps absente des informations fournies par les constructeurs.

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Il arrive toutefois que certains produits soient réputés pour résister particulièrement bien aux violentes surtensions engendrées par les orages. Au contraire, d'autres appareils sont, de notoriété publique, particulièrement sensibles à ces phénomènes. Deux exemples : la LiveBox Mini d'Orange et la Freebox. Les boîtiers ADSL sont très exposés aux surtensions, étant connectés à la fois au réseau électrique et téléphonique, qui peut également véhiculer les surtensions. Alors que le boitier d'Orange possède une résistance efficace contre les surtensions de 6 000 Volts, la Freebox est quant à elle assez mal conçue de ce point de vue, étant très sensible aux surtensions (il semblerait qu'elle supporte un maximum de 1 000 Volts, tension qui est facilement atteinte... en cas de surtension !). Si cette particularité de la Freebox est bien spécifiée dans les conditions générales de vente, elle n'en reste pas moins l'une des faiblesses du boîtier de Free. Le choix de votre matériel a donc une certaine influence sur sa pérennité en cas de surtension importante et d'orage en particulier.

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Il en va de même pour les blocs d'alimentation de votre ordinateur. Certains sont par exemple capables de résister à des tensions très importantes pendant quelques fractions de seconde, d'autres disposent de voyants lumineux ou sonores en cas de chute ou d'augmentation anormale de la tension. Certains blocs proposent désormais des raffinements très intéressants au niveau de la sécurité. Certains blocs sont ainsi équipés de l'OCP contre les surintensités, de l'OVP contre les surtensions, de l'UVP pour une protection contre les sous-tensions, de l'OPP pour parer aux surpuissances, de l'OTP pour éviter toute surchauffe et du SCP contre les courts-circuits.

Les différents onduleurs

L'onduleur est un boîtier qui se place entre la prise de courant et votre matériel. Il sert à réguler le courant qu'il achemine vers vos appareils et à assurer la continuité du courant électrique en cas de coupure, grâce à ses batteries. Ce qui communément appelé onduleur n'en sont en fait pas vraiment. Ou plutôt pas seulement. En effet, les boitiers que l'on voit parfois trainer sous les bureaux sont en fait des UPS, pour uninterruptible power supply. L'onduleur n'est en fait qu'une partie de ce dispositif, qui comporte également des filtres, un circuit de charge et une batterie d'accumulateurs. Bien qu'ils soient tous composés de ces mêmes éléments, les ASI se différencient par l'électronique qu'ils embarquent. On peut les classer dans trois catégories :

Les onduleurs « Off Line »

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Ce sont les plus rudimentaires et les moins onéreux des onduleurs. Ils sont particulièrement utilisés pour protéger des ordinateurs. Comment fonctionnent-ils ? Dès qu'un problème est détecté sur l'arrivée du courant, ce genre d'appareil passe sur batterie, tout simplement. Trop simplement. En effet, chaque commutation entre la batterie et le secteur crée une micro-coupure de 8 à 10 ms selon la qualité de l'onduleur. Cette micro-coupure ne peut suffire à éteindre votre ordinateur, le temps de décharge des condensateurs présents dans la plupart des alimentations étant plus important. Toutefois, pour des blocs plus sensibles comme ceux qui équipent les serveurs, un tel laps de temps induirait l'extinction de la machine.

Sur ce principe, un réseau fortement perturbé sera la cause de nombreuses commutations qui endommageront petit à petit votre onduleur, dont la durée de vie est liée au nombre de cycles charge/décharge. Pour éviter des basculements trop nombreux, certains onduleurs disposent des fonctions « Booster » qui apportent une certaine tolérance de fonctionnement.

Enfin, le courant de sortie d'un tel onduleur est de piètre qualité, c'est-à-dire que les tensions et les fréquences sont assez peu stables, particulièrement si le courant d'entrée est lui-même mauvais.

Les onduleurs « Line Interactive »

Ces onduleurs ressemblent fort à leurs cousins « Off Line » à ceci près que les filtres qui les composent sont de meilleure qualité. Le courant d'entrée est donc corrigé, ce qui lui évite de sortir des valeurs seuils que tolère l'onduleur. Les conséquences principales sont un recours moins fréquent à la batterie et un courant de sortie de bonne qualité. Il n'en reste pas moins que pour ce type d'onduleurs, la micro-coupure présente au moment du basculement entre alimentation par secteur et alimentation par la batterie peut être gênante pour du matériel très sensible aux variations de tension. Sachez toutefois que le temps de commutation est plus court que sur un onduleur Off Line, avec seulement 2 à 4 ms de coupure. Ces onduleurs sont très utilisés pour protéger des stations de travail, des serveurs et tout autre élément sensible dans un réseau.

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Schéma de l'onduleur de type Line Interactive


Les onduleurs « On Line Double Conversion »

Cette solution diffère assez radicalement des deux autres, puisqu'il n'y a tout simplement ici aucune commutation. En effet, le courant passant dans ce type d'onduleurs est converti vers les batteries puis reconverti en sortie. Il est ainsi recréé en permanence. Il n'y a ainsi jamais de commutation et par conséquent aucune micro-coupure. Les onduleurs « On Line Double Conversion » sont ainsi les seuls à pouvoir prétendre assurer un courant en continu et sont préconisés pour des installations électriquement très peu stables et les appareils particulièrement sensibles aux différences de tensions.

Choisir votre onduleur

Quels sont les critères à retenir au moment du choix de votre onduleur ? Le type d'appareil tout d'abord. Nous l'avons vu, les modèles dit « Off Line » sont en retrait d'un point de vue technique, mais ont l'avantage d'être moins chers que leurs cousins. Les onduleurs « On Line Double Conversion » sont à réserver à un usage professionnel. Les « Line Interactive » semblent être le meilleur compromis, avec des commutations moins fréquentes et un temps pour effectuer cette opération particulièrement court.

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La durée durant laquelle la batterie pourra assurer l'alimentation de vos appareils peut également être un critère prépondérant. Généralement, cette donnée est fournie en terme d'autonomie en demi-charge et à pleine charge. Sachez que ces autonomies ne dépassent généralement pas le quart d'heure dans le premier cas, et les 5 minutes dans le second. Cela reste toutefois suffisant pour enregistrer son document et éteindre son ordinateur. Le temps de chargement des batteries peut également être un argument important pour certains, tout comme le nombre de sorties dont dispose l'appareil.

Certains onduleurs possèdent également des interfaces de gestion qui permettent, via une prise réseau ou USB, de les diriger à distance. Les modèles les plus évolués sont ainsi capables d'effectuer une sauvegarde de vos documents et d'éteindre votre machine sans intervention physique de votre part. Sachez de plus qu'un PC sous Vista branché en USB à un onduleur bénéficie des modes de gestion de l'alimentation avancées, similaires à ceux dont bénéficient les ordinateurs portables.

Enfin vient le paramètre puissance. Celui-ci est exprimé en VA (Volt-Ampère). Il existe un calcul assez simple vous permettant de connaître la puissance dont vous avez besoin. Additionnez la puissance nécessaire à différents appareils électriques qui seront branchés sur votre onduleur (par exemple un PC, une imprimante, un disque dur externe) et multipliez le tout par 1,67. Si les résultats obtenus sont légèrement surévalués, ce n'est pas un mal. En effet, il vaut mieux prévoir large dans le cadre d'un tel achat, afin que votre installation soit évolutive (vous pourrez ajouter un appareil plus tard), et il convient de considérer, dans votre calcul, la charge maximale que peut demander votre matériel.

Prises parafoudres et parasurtenseurs

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Si les onduleurs sont d'excellentes solutions pour protéger votre équipement à la fois des orages et des chutes de tension et assurer une alimentation saine et continue, cette solution reste assez onéreuse. Il existe d'autres types appareils qui peuvent vous prémunir contre les surtensions. Les parafoudres en font partie, le terme générique pour ce genre d'équipement étant les parasurtenseurs. Comme leur nom l'indique, ces éléments n'assurent qu'une protection contre une élévation anormale de la tension du courant du secteur. Il ne peut rien contre une tension trop faible et n'assurera en aucune façon une alimentation de secours en cas de coupure électrique.

Sachez ensuite qu'il existe des parafoudres haute tension et basse tension. Les premiers sont réservés à des équipements lourds, s'installent en extérieur et ne nous concernent pas. Les parafoudres basse tension se découpent eux-mêmes en plusieurs catégories, selon la technologie employée : les appareils de type 1 utilisent principalement la technologie à éclateur (souvent à gaz), ils sont conçus pour les locaux équipés de paratonnerres. Les parafoudres de type 2 utilisent les technologies à varistance ou diodes TVS. C'est le type le plus utilisé dans le domaine domestique. Enfin, les modèles de type 3 utilisent principalement la technologie à varistances. Ils assurent la protection finale et doivent être assistés par un parafoudre de types 1 ou 2.

Trois techniques différentes

Les différents types de parasurtenseurs sont donc définis en partie par les techniques qu'ils utilisent. Voyons brièvement en quoi consistent ces différentes technologies.

Les varistances :

Lorsque la tension du courant d'entrée franchit un certain seuil, l'impédance de ces composants chute, permettant l'évacuation de la surtension. Quand la tension redevient correcte, l'impédance reprend sa valeur d'origine. Ces composants vieillissent relativement vite et chauffent lorsqu'une surtension les traverse. De ce fait, ils sont parfois équipés de disjoncteurs thermiques.

Les diodes TVS (pour Transient Voltage Suppressor) ou diodes à effet Zener :

Leur fonctionnement est identique à celui des varistances, mais elles offrent une meilleure protection grâce à un temps de réponse très faible. Elles ont de pus une durée de vie quasiment illimitée. Si une surtension est plus intense que celle qu'elles peuvent supporter, ces diodes se mettent en court-circuit définitivement.

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Les éclateurs :

Ces composants sont constitués de deux électrodes placées face-à-face dans un milieu qui peut être de l'air ou du gaz. Au-delà d'une certaine tension entre ces deux électrodes, un arc électrique se forme, coupant le passage du courant. La lenteur de cet amorçage (environ 1 µs) est un défaut de ce type de composant pour la protection, mais les éclateurs sont très robustes et permettent de dévier des courants de foudre importants.

Choisir son parafoudre

Tout comme pour les onduleurs, il convient de s'équiper du matériel qui correspond à vos besoins. Plusieurs éléments peuvent vous indiquer le chemin à suivre.

La place dans votre réseau électrique

Contrairement aux parafoudres haute tension, les modèles basse tension peuvent prendre des formes différentes. Ils s'installent dans le tableau électrique principal de votre logement ou peuvent prendre la forme de bloc ou de prises pour protéger certains appareils seulement. Il existe à ce propos des produits spécialisés dans la protection de votre réseau téléphonique et d'autres qui seront voués à sauver votre télévision en cas d'orage.

Votre installation électrique conditionnera en grande partie votre choix : l'accès au panneau principal, la possibilité ou non de le modifier (pour les locataires, par exemple), l'ancienneté de votre installation... Tous ces éléments seront à considérer au moment de l'achat d'un parafoudre.

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Les caractéristiques techniques

Ce sont évidemment des informations importantes qui conditionneront votre achat si tant est que vous sachiez ce dont vous avez besoin. Les caractéristiques traditionnellement fournies pour les parafoudres sont les suivantes :
  • Uc : la tension maximale que peut supporter en utilisation « classique », c'est-à-dire sans surtension ;
  • Up : la tension que le parasurtenseur peut accepter lors d'une surtension importante cette fois ;
  • In : le courant que le parafoudre peut évacuer à plusieurs reprises sans subir de dommages ;
  • Imax : le courant de décharge maximal que le parafoudre peut évacuer une fois sans dommage ;

Les options

Si les caractéristiques techniques constituent un critère prépondérant, certaines options peuvent peser sur votre choix. Certains modèles sont ainsi capables de protéger également votre connexion à Internet en adoptant une entrée pour les câbles réseau de type RJ11 et RJ45. De même, il existe des parasurtenseurs capables d'assurer la sécurité de votre téléviseur et autres appareils raccordés à une antenne. Cette dernière peut également véhiculer les surtensions produites par un orage. Enfin, certains constructeurs proposent des assurances avec leur produit. En cas d'inefficacité avérée de la prise parasurtenseur, votre matériel est ainsi couvert à une certaine hauteur, parfois plusieurs dizaines de milliers d'euros. Méfiance toutefois, car il arrive que ces assurances soient en réalité de bons arguments marketing et que les clauses prévues par les constructeurs empêchent leur application dans de nombreux cas.

Le prix

Sous forme de prise, les parafoudres couvrent une large gamme de prix, partant de quelques euros pour les protections coaxiales (antenne TV) à plusieurs centaines d'euros pour les meilleurs modèles, qui comprennent généralement pas moins de 8 prises et de multiples options. Si vous cherchez en revanche à installer un parafoudre directement dans le tableau principal, sachez également que le coût de remplacement d'une cassette ou cartouche de remplacement est 50€ à 80€.

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Les appareils électriques ont pris une très grande place dans notre quotidien et s'assurer de leur bon fonctionnement est logiquement une priorité pour certains d'entre nous. En cas d'orage ou de réseau électrique capricieux, les dangers pour votre matériel sont réels. Nous l'avons vu, certaines solutions sont envisageables, et de l'onduleur au parasurtenseur, certains équipements sont à même de protéger efficacement votre matériel. Reste à choisir correctement les modèles qui correspondent le mieux à vos besoins.

Cependant, ces seuls appareils ne sauront vous prémunir totalement de tous les dommages que peut provoquer la foudre. Un réseau électrique en bon état est un sérieux atout, et la présence de prise de terre dans votre installation par exemple est indispensable, particulièrement dans le cadre de l'utilisation de parasurtenseur qui sont inefficaces sans ce type de prise. Vérifiez par ailleurs que vos prises électriques, car les apparences sont parfois trompeuses et il arrive qu'une prise ne soit pas réellement connectée à la terre.

Prenez également soin d'éviter tous les faux contacts et les courts-circuits dans vos branchements. Enfin, rappelez-vous bien que le seul réseau électrique n'est pas le seul atteint en cas de surtension, et particulièrement d'orage. Le réseau téléphonique et l'antenne TV de votre habitation peuvent également conduire ces courants intenses. C'est pourquoi les boîtiers ADSL sont si sensibles aux orages et sont généralement les premiers à défaillir.

Sachez ensuite que vous n'êtes pas tous égaux face à ces risques. En effet, la foudre frappe nettement moins dans le Finistère qu'en Rhône-Alpes. Vous trouverez ci-dessous la carte de cette répartition des risques liés à la foudre.

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La carte des risques d'exposition à la foudre par régions. Crédit : entraidelec.com


Enfin, la solution ultime reste... de débrancher vos appareils des prises électriques et téléphoniques en cas d'orage violent. C'est évidemment la solution la plus efficace et la moins onéreuse, mais si un orage survient en votre absence, elle est impossible à mettre en œuvre. La combinaison de cette précaution et de la présence d'un matériel protégeant vos appareils les plus sensibles est probablement une bonne solution.
Modifié le 01/06/2018 à 15h36
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