Nous avons vu que les éclairs se formaient lorsque des canaux ionisés appelés traceurs, lancés du nuage et du sol, et de charges contraires, se rejoignait. Un de ses traceurs, le traceur descendant ou traceur par bonds, crée un champ électrique qui atteint des centaines de kilovolts par mètre, et qui, en se rapprochant du sol, va avoir pour effet de créé des traceurs dits ascendants. C'est lorsque un ou plusieurs traceurs ascendants rentrent en contact avec le descendant que l'éclair se forme.
Les différences de charges entre le nuage et le sol explique pourquoi les traceurs ascendants partent des arbres ou des clochers (les charges opposées s'attirent, les charges partant du sol iront donc le plus près possible des charges opposées, donc le plus haut possible). De plus, le traceur ascendant « cherchera » le chemin où la resistance est la plus faible possible, c'est à dire les élément conducteurs. C'est ce qu'on appelle effet de pointe, et justifie l'efficacité des paratonnerres. Ils présentent par conséquent un moyen de capter les éclairs. Seulement, le champ d'action des paratonnerres est relativement faible, et dépend de nombreux paramètres, tel que l'intensité electrique du traceur descendant ou la hauteur du paratonnerre. En effet, le paratonnerre ne captera l'éclair que si son traceur descendant est à une distance de D=10*I2/3 mètres, I étant l'intensité électrique du traceur en kiloampère, et si c'est le premier « obstacle » rencontré a cette distance, comme c'est le cas pour le cas (a). Dans le cas (c), le traceur ascendant partira du sol, n'ayant pas rencontré le paratonnerre dans un cercle de rayon D. Dans le dernier cas, le cas (c), le traceur descendant se trouve simultanément a la distance D du sol et du paratonnerre, le traceur ascendant partira donc indifféramment du sol ou du paratonnerre.
Ainsi, si on admet que la distance D est plus importante que la hauteur du paratonnerrre , un paratonnerre captera tout traceur ascendant a une distance D, selon le schéma suivant :
Le volume où le traceur descendant est capté par l'éclair est donc égale au volume de la demi-sphère de rayon D ajouté au cylindre de rayon D et de hauteur H la hauteur du paratonnerre. Ce qui donne :
V= ∏HD²+(4/(3*2)∏D3) = ∏D²(2D/3 + H)
Sachant que l'intensité moyenne des éclairs est de 20 kA, en moyenne
D = 10*202/3 = 73,68m
V = 837311,8 + ∏D²H Si on prend H = 5 m
V = 922543,1 m3 soit en ciron 100000m3
Par rapport au sol, le paratonnerre couvre une zone de ∏D² soit environ 17 000 m². La france a une superficie de 675 417 km² soit 675 417 000 000 m². Il faudrait donc environ 39 000 000 de paratonnerre pour capter tous les éclairs en France
La recherche dans le developpement de la protection contre la foudre a mis au point un autre paratonnerre, le paratonnerre a dispositif d'amorçage (pda), qui lance un traceur ascendant avant que celui ci ne parte naturellement. Ce traceur sera donc la plupart du temps le premier traceur ascendant qui entrera en contact avec le traceur descendant, d'où un champ d'action agrandi.
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