Pour limiter les effets de la foudre sur un navire de plaisance, qu'il s'agisse d'un voilier ou d'un bateau à moteur, il faut procurer un chemin rapide est facile au courant, réaliser une liaison équipotentielle de qualité et réaliser la protection des équipements sensibles. Si le premier objectif est facile à réaliser, les deux autres le sont nettement moins...

La cage de Faraday et la protection des personnes

Le principe de base de protection d'un navire contre la foudre revient à construire une cage de Faraday autour de laquelle le courant de l'éclair va s'écouler dans la mer, pour reprendre une analogie marine, en protégeant l'équipage !

Sur un voilier, une antenne sur le mât, généralement métallique, fait office de récepteur. Le courant descend de l'antenne par un conducteur placé dans le mât puis rejoint le voile de quille métallique, les boulons de quille ou une plaque de mise à la masse suffisemment dimensionnée. Alternativement, le courant peut descendre par l'étai ou par les haubans qui devraient tous se retrouver connectés, via un câble ou une tresse, à l'une ces trois mises à la terre.

La surface et le nombre des plaques de masses varie beaucoup suivant la qualité de réalisation des bateaux. Ainsi, sur des unités haut de gamme on voit souvent plusieurs plaques : AC, DC et lumières.Sur une vedette habitable, même principe avec la mise à la masse d'une antenne sur la superstructure.

Sur un dayboat ou un open, pas de cage de Faraday, nous reviendrons, dans notre dernier article de la série, sur les comportements à adopter en présence d'un orage.

Section et continuité de ces circuits et surface de contact de masse sont critiques. La norme ISO TR 10134 détermine les caractéristiques d'un système de mise à la masse de la foudre mais cette norme n'a été obligatoire que de 1993 à 2020 (ISO 10134:1993; ISO 10134:2003) sur les bateaux CE neufs de moins de 24 mètres et destinés à la plaisance.

Cette texte ISO TR 10134:2020  ne constitue désormais plus une norme obligatoire, mais un "Technical Report", informatif, et son préambule contient d'ailleurs une mise en garde "La présence d'un dispositif de protection contre la foudre sur un bateau n’implique pas que le respect du présent Rapport Technique apporte une protection complète contre les dommages matériels ou les blessures corporelles." qui n'est pas de nature à rassurer les chantiers qui peuvent être amenés à endosser la responsabilité des dommages en cas de foudroiement.

La liaison équipotentielle

La cage de Faraday est capable de distribuer le courant de la foudre tombée sur le récepteur que constitue une antenne ou un mâtereau. Ce type de protection est valable lorsque la foudre tombe sur le récepteur de fait une antenne.

Or, dans bien des cas, la foudre ne tombe pas sur le récepteur, mais dans l'eau. Dans ce cas, la présence, dans un rayon qui peut dépasser plusieurs dizaines de mètres, d'un navire dont la coque comporte des éléments conducteurs, peut les faire se comporter comme des points d'entrée du courant dans le bateau. 

Le courant doit alors trouver le chemin le plus court possible vers la plaque de masse pour être dissipé dans l'eau. Dans le cas ou ce cette liaison n'existe pas, le réseau électrique du bateau peut être mis hors service.

Des arcs secondaires naissent entre le point d'entrée métallique et des conducteurs ou des éléments des circuits DC.

Aucun appareil, aucun conducteur ni ancune batterie, même lithium équipée d'un BMS-découpleur, conçue pour un système 12 ou 24 V ne peut encaisser quelques milliers d'ampères sans destruction totale. Tous les appareils connectés au circuit DC sont menacés ECU du moteur, alternateur, chargeurs, convertisseurs, lampes, winches électrique, guindeau, pompes antant d'appareils qui ne sont pas protégés contre de telles intensités et surtensions. 

Certains auteurs considèrent qu'une bande de masse, longue de plusieurs mètres et large de quelques centimètres seulement serait plus éfficace qu'une plaque carrée. Mais la mise en œuvre d'une telle bande complique encore le montage.

En présence d'une liaison équipotentielle efficace des éléments métalliques, le courant, confronté à une absence de différence de potentiel, ne peut gagner les circuits DC qui restent protégés.

Il est intéressant de noter que les normes américaines relative aux liaisons équipotentielles sur les navires de plaisance sont nettement plus sévères que les européennes...

Ces dernières se contentent d'imposer la connexion à la liaison équipotentielle des objets métalliques de grandes dimensions quand les américaines imposent un "bonding", une mise à la masse, l'ensemble des éléments électriques, même de petites dimensions.

La protection des équipements électriques et de l'électronique

Les alimentations des équipements électriques et électroniques présents à bord sont tous protégés, s'ils sont bien montés, par un fusible en rapport avec le courant maximal amené à être supporté par le câble qui les alimente. Mais même dans ce cas et sans protections supplémentaire, aucun de ces fusibles n'est capable de résisiter aux milliers d'ampères que représentent un éclair. 

La radio et les équipements de communication sont les plus exposés, leur antennes jouant le rôle de récepteur du courant des éclairs. Mais la communication du courant de l'éclair au circuit DC met en péril tous les appareils qui y sont reliés. 

Les plus importants (ECU moteur, alternateur, radio, électronique) devraient être protégés par un disposotif individuel para-surtension. 

Les grands yachts disposent, sur tous leurs circuits DC de ces dispositifs anti-surtension, très semblables aux coffrets parafoudre présents qui protègent les onduleurs des installations photovoltaiques. La protection, installée en amont de la ligne et de l'appareil à protéger dévie le passage du courant lors d'une surtension vers la plaque de masse et protège les appareils situés en aval.

Des dispositifs parasurtension existent également pour tous les cables coaxiaux comme les câbles d'antennes.