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Origine des surtensions transitoires

Les surtensions transitoires ont 4 causes principales :
 - La foudre
 - Les surtensions industrielles ou de manoeuvre
 - Les surtensions électrostatiques (ESD)
 - Les impulsions électromagnétiques nucléaires (IEMN)

En fonction de ces origines, elles vont différer dans leurs amplitudes, leurs énergies, leurs formes ou leurs taux d’occurrence.
Alors que les phénomènes de foudre et de surtensions industrielles sont connus depuis de nombreuses années, les perturbations «ESD» ou «IEMN» sont beaucoup plus spécifiques et dépendent de mutations technologiques récentes. (Utilisation massive des semi-conducteurs pour l’un et armement thermonucléaire pour l’autre).

Effets indirects

Les effets indirects dans le domaine électrique sont de 3 types :
Impact sur les lignes aériennes
Celles-ci étant très exposées, elles peuvent être frappées directement par la foudre, ce qui causera premièrement une destruction totale ou partielle des câbles, et ensuite une onde de tension importante qui se propagera naturellement le long des conducteurs jusqu’aux équipements raccordés à la ligne. L’importance de l’agression sera, bien sûr, fonction de la distance entre l’équipement et l’impact.
Remontée du potentiel de terre
L’écoulement du courant de foudre dans le sol crée des élévations des potentiels de terre qui sont fonction de l’intensité du courant et de l’impédance de la terre locale. En cas d’installation pouvant être connectée à des terres différentes (exemple : liaison inter-bâtiments), des différences de potentiel très importantes apparaîtront lors d’un tel phénomène et les équipements connectés aux réseaux sollicités seront, soit détruits, soit fortement perturbés.
Rayonnement électromagnétique
L’éclair peut être assimilé à une antenne de plusieurs kilomètres de hauteur parcourue par un courant impulsionnel de plusieurs dizaines de kilo-ampères, donc qui rayonne des champs électromagnétiques intenses (plusieurs kV/m à plus d’un kilomètre).
Ceux-ci vont induire des tensions et des courants élevés sur les lignes proches ou sur les équipements en fonction de la proximité et des caractéristiques de la liaison.

Effets directs et indirects de la foudre

Surtensions Industrielles

ou surtensions de manoeuvre : phénomènes engendrés par la mise en route ou l’interruption de puissances électriques.
Les causes de surtensions industrielles sont :

  • Démarrage de moteurs/transformateurs
  • Starters d’éclairage
  • Commutation de réseaux d’alimentation
  • «Rebond» d’interrupteur dans circuit inductif
  • Fonctionnement du fusible ou du disjoncteur
  • Chute de lignes...

Ces phénomènes très fréquents vont générer des surtensions transitoires de plusieurs kV avec des temps de montée de l’ordre de la microseconde qui vont perturber les équipements de réseaux sur lesquels le système perturbateur est connecté.
Surtensions Électrostatiques (ESD)
L’être humain est assimilable électriquement à une capacité de 100 à 300 picofarads : en se déplaçant sur une moquette synthétique par ex., il peut se «charger» jusqu’à 15 kV et, en touchant un élément conducteur, se décharger en quelques nanosecondes avec un courant d’une dizaine d’ampères. Tous les circuits intégrés (CMOS,...) sont très sensibles à ce type de perturbation. La réduction de cette perturbation est généralement réalisée par le blindage et la mise à la masse.
Le phénomène IEMN (Impulsion électromagnétique nucléaire)
L’explosion nucléaire exo-atmosphérique en haute altitude provoque un champ électromagnétique intense (jusqu’à 50 kV/m en 10 ns) qui rayonne sur une zone au sol pouvant atteindre 1200 km de rayon.
Au sol, ce champ va induire des surtensions transitoires très élevées sur les lignes d’énergie, de transmission et sur les antennes... et donc détruire les équipements terminaux (circuits d’alimentation, terminaux informatiques, équipements téléphoniques...).
L’augmentation du champ peut atteindre plusieurs kV/ns. Bien qu’il soit difficile d’éliminer toutes les surtensions induites par une impulsion électromagnétique, il existe des moyens pour les réduire en «durcissant» le système à protéger.
Malgré l’amplitude du phénomène, des solutions de protections peuvent être adoptées telles que le blindage, le filtrage/protection surtension adaptés au phénomène IEMN.