Les Merveilles de la science/Paratonnerre - Supplément
Dans notre Notice sur le Paratonnerre, nous avons reproduit la partie pratique des Instructions sur les paratonnerres, formulées au nom de l’Académie des sciences de Paris, en 1823, par Gay-Lussac, et en 1854, par Pouillet [1].
Diverses modifications ont été apportées à ces préceptes, en 1855, 1867 et 1868, par l’Académie des sciences, puis, en 1875, par une Commission municipale, à l’occasion des paratonnerres qu’il s’agissait d’établir sur les édifices de la ville de Paris.
Il est indispensable de revenir sur cet important sujet, et de le compléter, en résumant les nouvelles Instructions données par l’Académie des sciences et la Commission municipale de Paris, en 1875. Nous aurons aussi, dans ce Supplément à mentionner les travaux publiés par le chimiste et physicien belge, Melsens, enlevé à la science, en 1886 ; ainsi que le système nouveau de protection des édifices proposé par un physicien français, M. Grenet, que l’on peut rattacher à celui du physicien belge.
CHAPITRE PREMIER
Les savants auteurs des Nouvelles instructions sur le paratonnerre, adoptées par l’Académie des sciences de Paris, en 1867, commencent par dire qu’il ne faut pas oublier « qu’un paratonnerre n’est préservatif, c’est-à-dire utile, que s’il est en parfait état, sinon qu’il est fort dangereux ; — qu’il ne suffit pas d’avoir établi des paratonnerres sur une habitation, pour la préserver de la foudre, qu’il faut les entretenir, surtout lorsque dans leur construction il entre du fer et de hautes tiges élevées au-dessus du bâtiment ; — qu’il faut veiller à ce que le fer soit garanti de la rouille et de toute rupture, car plus les tiges sont élevées, plus les dangers d’une interruption sont graves ; — qu’il est obligatoire que les paratonnerres soient visités et complètement nettoyés, au moins une fois par an, à la fin de l’automne ; — qu’ils doivent être essayés et contrôlés par les procédés électriques en usage ; — enfin qu’il ne faut confier les travaux des paratonnerres qu’à des fabricants spéciaux, connaissant parfaitement les lois et les phénomènes électriques, et non aux entrepreneurs de serrurerie ou de ferronnerie, qui en sont généralement chargés. »
On sait qu’un paratonnerre remplit deux fonctions. Il facilite la décharge de l’électricité dans le sol, en la faisant écouler, sans danger, dans ce vaste réservoir naturel, et il tend à prévenir la décharge disruptive, en neutralisant les conditions qui déterminent cette décharge dans le voisinage d’un corps conducteur.
Pour remplir la première de ces fonctions, un paratonnerre doit offrir une ligne de décharge, pour ainsi dire, parfaite, et plus accessible à l’écoulement de l’électricité que celle que pourraient offrir les matériaux entrant dans la construction de l’édifice qu’il s’agit de protéger.
Pour remplir la seconde fonction, il est nécessaire que le conducteur soit surmonté d’une ou de plusieurs pointes. Les pointes et les flammes possèdent, en effet, la propriété de dissiper, lentement et sans bruit, les charges électriques, en dirigeant vers l’extrémité du conducteur un flux électrique, de nom contraire, qui reconstitue l’électricité naturelle, c’est-à-dire ramène le nuage orageux à l’état de neutralité électrique.
Dans quelles limites s’étend l’action préventive d’un paratonnerre ? L’Académie des sciences, de Paris admettait, dans les Instructions rédigées en 1823, et que nous avons rapportées dans notre Notice des Merveilles de la science, qu’une tige de paratonnerre protège autour d’elle un espace circulaire dont la hauteur de la tige serait le diamètre. Dans le Supplément à ces Instructions, présenté, en 1854, à l’Académie des sciences, par la section de physique, Pouillet, rapporteur, s’exprimait ainsi, au sujet de la zone de protection d’un paratonnerre :
« Nous croyons que le rayon du cercle de protection ne peut pas être aussi grand pour un édifice dont les couvertures ou les combles sont en métal, que pour un édifice qui n’aurait dans ses parties supérieures que du bois, de la tuile ou de l’ardoise. »
Cette importante question du rayon d’efficacité du paratonnerre a été traitée d’une manière approfondie, dans le rapport d’une Commission scientifique à laquelle le Conseil municipal de la ville de Paris avait confié, en 1875, cette étude particulière.
Cette Commission était composée de MM. Alphand et Belgrand, inspecteurs généraux des ponts et chaussées, de MM. Fizeau, du Moncel, Ed. Becquerel, Desains, Ch. Sainte-Claire Deville, membres de l’Académie des sciences, de M. F. Lucas, ingénieur des ponts et chaussées, et de M. Francisque Michel, ingénieur, secrétaire.
D’après les recherches très précises exécutées par les physiciens de cette commission, la tige d’un paratonnerre peut protéger efficacement les objets situés à l’intérieur d’un cône de révolution ayant sa pointe pour sommet, et pour rayon de base la hauteur de la tige mesurée à partir du faîtage, multipliée par 1,75. En d’autres termes, le cercle de protection d’un paratonnerre aurait un rayon égal à une fois et trois quarts la hauteur de sa tige.
Au Congrès des électriciens qui fut tenu à Paris, en 1881, M. V. H. Preece, ingénieur électricien au Post office de Londres, énonça, à propos de cette même question, la règle suivante :
« Un paratonnerre protège absolument un espace solide limité par une surface de révolution dont la demi-courbe méridienne est constituée par un quart de rayon égal à la hauteur du paratonnerre et tangent : 1o à celui-ci à son extrémité supérieure, 2o à l’horizontale passant par sa base. »
CHAPITRE II
La zone de protection d’un paratonnerre étant aujourd’hui 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 fer 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. En 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, un de nos plus savants électriciens, Th. du Moncel, mort en 1885 :
« Ceux qui préconisent les petites tiges font 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 présidé à la détermination de leur longueur. »
La forme la plus pratique et la meilleure 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, partant d’une enclave en fer, fixée au 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 l’Académie des sciences de Paris. À 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 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 l’Académie des sciences de Paris, de 1823, recommandaient de terminer les tiges des paratonnerres par une pointe de platine. Les Nouvelles instructions de 1867 ne jugent pas les pointes de platine nécessaires, et disent que ces tiges doivent porter à leur extrémité un simple cône 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. V est le pas de vis ; P, la pointe de cuivre ; A, A′ la partie, fixée par des goupilles, à l’armature communiquant avec le conducteur.
On a réuni sur le même dessin l’attache 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.
Afin 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 métalliques 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 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′B′, la température, étant par exemple de + 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 C′ 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.
À mesure que la température s’élève de plus en plus vers son maximum de + 60 degrés, la dilatation rapproche les extrémités des barres 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 + 10 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, on n’a plus à craindre les détériorations que l’on constatait jadis fréquemment, surtout au point de pénétration du conducteur dans la terre.
À 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 perd-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 voit en A la tige, en C le collier de prise du courant. B est le conducteur qui, une 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 voit 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 prenait un brevet pour une pointe à section angulaire construite en cuivre rouge (rosette). Cette pointe, que représente la figure 311, 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.
| Fig. 311. — Pointe pyramidale de paratonnerre, de M. Buchin. | Fig. 312. — Pointe de paratonnerre à arêtes multiples, de M. Buchin. |
En 1880, le général de Nansouty, de concert avec M. Janssen, ayant à faire installer des paratonnerres à l’Observatoire du Pic du Midi, confièrent les travaux à M. Buchin, qui y plaça 9 paratonnerres de son système, avec la pointe à section angulaire. Les résultats furent des plus satisfaisants.
Dans l’Année scientifique de 1884, nous disions à ce propos :
« Depuis l’installation des paratonnerres du système de M. Buchin, l’Observatoire est complètement à l’abri de la foudre, qui autrefois visitait si souvent le Pic du Midi… La pointe à arêtes aiguës, imaginée par M. Buchin, nous paraît appelée à remplacer, dans un avenir prochain, les pointes actuellement en usage. Aussi croyons-nous devoir la signaler aux physiciens qui s’occupent de l’électricité 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 pointe de paratonnerre, et il prit, en 1886, un 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 arêtes 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.
Le paratonnerre à pointes multiples de M. Buchin a été installé, comme nous l’avons dit, en 1880, à l’Observatoire du Pic du Midi. Les expériences faites par M. Vaussenat, 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 montage 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.
| Fig. 314. — Pointe du paratonnerre du génie militaire, de M. Buchin. | Fig. 315. — Montage de la tige du paratonnerre du génie militaire de M. Buchin. |
D’ailleurs, la section des tiges en fer creux est plus que suffisante, au point de vue de 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 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 inférieure, 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 troisième écrou est destiné au serrage du conducteur.
Une tige de 6 mètres, avec ses écrous, pèse 35 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. Buchin réunit donc à un montage facile une grande légèreté et une section suffisante pour l’écoulement de l’électricité.
CHAPITRE III
Il nous reste à faire connaître les travaux entrepris par Melsens, professeur de chimie à l’École de Bruxelles, qui a consacré un grand nombre d’années à étudier toutes les questions relatives au paratonnerre, et qui a fait adopter en Belgique un ensemble particulier de dispositions pour cet instrument.
Dans le système nouveau proposé par Melsens et adopté par l’Académie royale de Bruxelles, d’après un rapport très approfondi, les longues tiges sont remplacées par des aigrettes métalliques fixées sur tous les points saillants d’un édifice ; et les conducteurs qui sont de petites dimensions, communiquent à la terre par plusieurs points.
Le paratonnerre Melsens est fondé sur ce principe qu’il n’y a jamais d’action électrique qu’à la surface et non à l’intérieur d’un corps bon conducteur de l’électricité.
Melsens, pour démontrer ce principe, faisait la curieuse expérience que voici.
Si l’on suspend à l’un des conducteurs d’une machine électrique un récipient tressé en fil de fer, tel qu’un panier à salade ; et si, lorsque ce récipient est électrisé, on en approche de petites balles en moelle de sureau, on les voit s’élancer d’abord vers le panier métallique, puis s’en écarter, dès qu’elles l’ont touché, preuve évidente de l’état électrique extérieur du récipient. Maintenant, si au lieu d’approcher les balles de sureau de ce panier, on les introduit dans le panier, on voit, par l’immobilité qu’elles conservent, qu’il ne se manifeste aucun effet électrique à l’intérieur du corps qui les renferme.
Faraday répéta sur lui-même cette curieuse expérience, qui prouve bien qu’aucune action électrique ne se manifeste à l’intérieur d’un corps bon conducteur, alors même que celui-ci est mis en communication avec la terre. Le savant physicien ayant observé qu’une cage renfermant des oiseaux et reliée au sol par une chaîne métallique pouvait recevoir de fortes décharges électriques, sans que les animaux qu’elle renfermait en fussent incommodés, se plaça lui-même dans une cage à barreaux de fer que l’on électrisait, et il ne ressentit aucun des effets que font éprouver les décharges électriques.
De cette expérience, Melsens déduisit que pour se préserver de la foudre il suffisait de se placer dans l’intérieur d’un réseau métallique, mis en communication avec un sol bon conducteur.
C’est ainsi que lui vint l’idée de protéger les édifices en les enveloppant d’une sorte de cage de fer, munie de pointes, ou mieux d’aiguilles métalliques, facilitant l’écoulement de l’électricité.
Le paratonnerre Melsens consiste donc en un certain nombre de barres de fer courant tout le long de la ligne de faîte des arêtes du toit, des angles des murs, etc., des édifices à protéger. Ces barres métalliques sont toutes reliées entre elles, et communiquent avec le sol par un grand nombre de points. À leurs principaux points de rencontre, et principalement sur la toiture, on dispose des aigrettes en fil de cuivre, qui jouent le même rôle que nos tiges de paratonnerre et sont, pour le moins, aussi efficaces.
La figure 316 représente les pointes-aiguilles qui sont disposées le long du conducteur de fer.
Un des avantages du paratonnerre Melsens c’est que, communiquant au réservoir commun par plusieurs points, on n’est pas exposé aux dangers qui résultent quelquefois d’une solution de continuité entre la tige des paratonnerres ordinaires et leur conducteur unique.
Le prix de revient de l’établissement d’un paratonnerre Melsens est bien moins élevé que celui du système ordinaire ; ce qui est encore à considérer. Ainsi, une caserne belge de 20 000 mètres carrés de surface a été munie de paratonnerres Melsens, moyennant une dépense de 6 000 francs. Elle se serait élevée à près de 36 000 francs si l’on avait eu recours au paratonnerre de Franklin.
Un dernier avantage de cet appareil de protection, c’est qu’il permet de ne pas altérer l’effet architectural des monuments, et qu’on peut facilement le dissimuler à la vue.
La plupart des édifices belges, l’Hôtel de Ville de Bruxelles entre autres, sont pourvus de paratonnerres Melsens, si adroitement disposés qu’on ne les aperçoit qu’à grand’peine, et qu’ils ne nuisent en rien à l’effet artistique de ce monument.
Nous donnerons quelques renseignements biographiques sur Melsens, l’un des savants les plus distingués de la Belgique, qui fut enlevé à la science le 20 avril 1886.
Frédéric Melsens était né à Louvain, en 1814. Ses études terminées, il se rendit à Paris. Ses aptitudes et son goût prononcés pour les sciences physiques et chimiques lui permirent d’entrer bientôt dans le laboratoire particulier de J.-B. Dumas, où il se lia avec Stas et Leblanc. Observateur attentif et d’un esprit porté aux spéculations scientifiques, il se livra à une foule de recherches, qui lui valurent le prix Montyon, en France, et le prix du Dr Guinard, en Belgique. Mentionnons, entre autres, sa découverte de la substitution chimique inverse, ses travaux sur la poudre, sur l’action thérapeutique de l’iodure de potassium dans l’intoxication saturnine et mercurielle, sur la saponification aqueuse des corps gras, etc.
Rentré dans son pays, en 1846, Melsens fut nommé professeur de chimie et de physique à l’École de médecine vétérinaire de Cureghem. Il fit du laboratoire assez rudimentaire de cette Université l’un des mieux outillés du pays, et il y professa brillamment jusqu’à son admission à l’éméritat. Dès 1860, il avait été nommé examinateur permanent à l’école militaire.
Membre des Académies des sciences et de médecine de Belgique, Melsens était membre correspondant d’un grand nombre d’Académies et de sociétés savantes étrangères, et commandeur de l’Ordre de Léopold, décoré de la croix civique de 1re classe.
Bien que jouissant d’un repos mérité, Melsens s’est intéressé jusqu’à son dernier jour aux progrès de la science, et la fin de sa vie n’a pas démenti un seul instant sa carrière toute de travail et d’études se rapportant toujours à quelque objet d’utilité publique.
Son activité s’était portée sur les sujets les plus divers. Chimie, agriculture, physiologie, balistique, physique, sciences pures et sciences appliquées, il a touché avec succès à une multitude de questions. Il n’écrivait jamais sans avoir à produire une idée nouvelle ou des expériences dignes d’attention.
En chimie, il publia un travail important sur l’extraction du sucre de canne ou de betterave par l’emploi des sulfites, et un autre sur l’aldéhyde ; d’autres encore sur l’action de l’ammoniaque et des composés ammoniacaux, sur les matières organiques, la conservation des bois, le charbon décolorant, le coton-poudre, etc.
En thérapeutique, on lui doit une série d’études relatives à l’action physiologique de l’iodure de potassium et de l’ammoniaque, etc.
Melsens a obtenu à l’état liquide un grand nombre de gaz, en mettant à profit la propriété que possède le charbon récemment calciné d’absorber les gaz en quantité considérable.
Ses expériences sur les effets des projectiles l’ont conduit à des résultats très curieux, au point de vue mécanique. Ses dernières années furent consacrées en grande partie à l’étude de la question générale des paratonnerres auxquels il apporta les utiles perfectionnements que nous avons signalés.
CHAPITRE IV
On doit rapprocher du paratonnerre Melsens le paratonnerre de M. Grenet, le physicien auquel on doit le perfectionnement de la pile au bichromate de potasse.
On vient de voir qu’il existe actuellement deux systèmes de paratonnerres. L’un est construit avec des tiges de fer aussi hautes que possible ; mais comme le fer est peu conducteur et très oxydable, il entraîne l’établissement de puits spéciaux, fort dispendieux, et une surveillance rigoureuse. L’autre supprime les grandes tiges, qu’il remplace par de nombreuses petites pointes de cuivre rouge, et il peut se placer sur toutes les toitures, même les plus légères. Il assure un écoulement certain à l’électricité atmosphérique. Par la disposition de ses conducteurs en forme de rubans et en cuivre rouge, il fait participer le bâtiment tout entier à la conductibilité, et constitue dans son ensemble un immense paratonnerre à grande surface
C’est ce dernier système que M. Grenet a préconisé, sous le nom de « paratonnerre pour tous » et qui a été employé à peu de choses près, en 1887, à Greenoch (Angleterre), dans le nouvel Hôtel de ville, d’après les instructions du professeur Jamies.
L’installation du paratonnerre de M. Grenet comprend, en effet, des conducteurs en ruban de cuivre rouge, de 23 à 30 millimètres de largeur, sur 2 ou 3 millimètres d’épaisseur ; une série de petites pointes de même métal, placées sur les points élevés des bâtiments ; des bandes horizontales en cuivre reliées aux conducteurs principaux ; enfin une communication avec la terre établie à la fois par les canalisations métalliques souterraines de l’eau et du gaz, et par des plaques de cuivre rouge entourées d’une couche de coke et enfoncées dans le sol humide.
Le système de M. Grenet, qui est le plus simple et le plus économique, possède, en outre, l’avantage d’offrir la plus grande protection possible. Il n’étend pas son influence au delà du bâtiment sur lequel il est placé, et garantit cependant celui-ci d’une manière complète.
Dans les Instructions de l’Académie des sciences de Paris de 1867, et dans celles de la Commission municipale de Paris, en 1875, on préconise toujours les hautes tiges, parce qu’on leur accorde une sphère de protection proportionnelle à leur hauteur. L’expérience a cependant démenti bien des fois cette règle, et dans de nombreux orages, on a constaté que des tiges de paratonnerre n’ont pu protéger un espace d’un rayon égal à leur simple hauteur. Le fait s’est présenté notamment à la cathédrale de Bayeux. Cet édifice, de plus de 100 mètres de longueur, sur 40 mètres de largeur, est muni d’anciens paratonnerres, armés de neuf tiges, dont une est placée au sommet de la coupole, à une hauteur de plus de 85 mètres au-dessus du sol, et deux autres sur des tours à des hauteurs de 75 mètres. Malgré ces conditions, l’édifice a été incapable de protéger, à 40 mètres de distance, de petites constructions, qui ont été foudroyées à plusieurs reprises, et il a subi lui-même des décharges latérales, à une hauteur de 20 à 25 mètres au-dessus du sol.
Le paratonnerre à petites et nombreuses pointes en cuivre rouge placées au-dessus des faîtages, et reliées, par des rubans de même métal, à toutes les parties métalliques du bâtiment, ainsi qu’à la terre, se recommande donc par la sûreté de ses effets, si la communication à la terre est établie d’une part avec une plaque de cuivre rouge installée dans de bonnes conditions, et d’autre part, avec les canalisations souterraines de l’eau et du gaz.
Le paratonnerre pour tous de M. Grenet a été l’objet, en 1888, d’un rapport approbatif à la Société d’encouragement. Le rapporteur, M. Henri Becquerel, s’exprimait ainsi, à propos des installations de paratonnerre faites depuis plusieurs années, sous la direction de M. Grenet, par M. Mildé fils, constructeur à Paris :
« Ces installations, dit M. Henry Becquerel, méritent d’attirer l’attention de la Société, autant par les résultats obtenus que par les soins apportés pour satisfaire aux conditions d’établissement qui jusqu’ici ont été reconnues les meilleures pour les protections contre les dégâts de la foudre. Sur plus de cent installations existantes depuis plusieurs années en France ou à l’étranger, M. Grenet n’a encore reçu aucun avis d’insuffisance de protection, des réclamations se fussent certainement produites en cas d’accidents, car, dans un excès de confiance, M. Grenet garantit l’efficacité de ses paratonnerres.
Le point caractéristique du système de protection employé par M. Grenet est la substitution de rubans de cuivre rouge aux conducteurs en barres de fer réglementaires.
En France, malgré les avantages que donne la bonne conductibilité du cuivre, en permettant de réduire considérablement le poids des conducteurs, on avait le plus souvent préféré l’emploi du fer, comme devant moins tenter la cupidité des malfaiteurs. Les conducteurs en cuivre de M. Grenet paraissent convenablement protégés contre la détérioration due à la malveillance.
Ces conducteurs sont des rubans de cuivre rouge de 3 centimètres de largeur, de 2 millimètres d’épaisseur et d’une longueur indéfinie ; ils s’appliquent (sans faire de saillie sensible) sur les toitures et sur les murs des bâtiments ; ils suivent tous les contours, peuvent être dissimulés par une couche de peinture, et enfin dans les points où l’on pourrait les atteindre, ils sont protégés par un tube méplat en fer galvanisé. Des agrafes spéciales, pour chaque partie des bâtiments, maintiennent les conducteurs, en permettant le jeu de la dilatation. Enfin la forme plate des conducteurs se prête également bien aux raccords, qui peuvent être faits par de larges surfaces soudées, favorables à la bonne conductibilité.
La flexibilité de ces conducteurs permet de satisfaire, d’une manière complète, aux dernières prescriptions de l’Académie des sciences, et de relier électriquement, avec les conducteurs principaux, toutes les parties métalliques des édifices, planchers et conduites diverses.
Des précautions toutes particulières sont prises pour établir une bonne conductibilité avec le sol. Ces prises de terre sont des spirales plates, formées de 16 mètres de ruban et plongées horizontalement dans l’eau.
Un mètre de ruban pèse 500 grammes, alors qu’un mètre réglementaire en fer, ayant la même conductibilité, pèse 3 kilogrammes.
Les conducteurs en cuivre peuvent donc s’établir sur des toitures légères, sans nécessiter des frais spéciaux qu’entraîne l’établissement de conducteurs lourds tels que les barres ou câbles en fer.
La facilité de la pose a permis à M. Grenet de réduire le prix de son système de protection à la moitié, et parfois au tiers, de ce qu’il serait en employant les conducteurs en fer. Mais cette économie, M. Grenet la réalise aussi, en supprimant ces grandes tiges et en les remplaçant par de très courtes tiges en cuivre placées sur tous les points culminants des édifices.
Mais, dans l’état actuel de nos connaissances sur l’efficacité des divers systèmes de protection contre la foudre, on ne peut pas dire que les grandes tiges ne constituent pas une protection efficace, pour des bâtiments construits en bois et pierres. L’expérience acquise depuis un siècle a montré que chaque fois que la conductibilité a été bonne, la protection par les grandes tiges a été efficace.
Quoi qu’il en soit, il semble que M. Grenet a fait un emploi judicieux de toutes les ressources que lui donnaient les bâtiments qu’il a protégés, puisque, jusqu’ici, les protections qu’il a établies ont été efficaces.
À ce titre, le Comité prend en sérieuse considération les perfectionnements apportés par M. Grenet dans ses installations de protection contre la foudre. »
Pour terminer ce sujet, nous dirons qu’en Angleterre le système de paratonnerre le plus généralement adopté est celui de sir Snow Harris, Il ne comporte qu’une seule pointe, mais le conducteur est en cuivre, et affecte, dans toute sa longueur, la forme d’une bande plate.
En Allemagne, les paratonnerres ne diffèrent des nôtres qu’en ce que la tige est surmontée d’une boule, dont le rôle ne s’explique pas très bien, puisque l’électricité s’écoule plus rapidement par les pointes que par les surfaces arrondies.