Analyse du phénomène de foudre sur les installations d'Orange Cameroun et optimisation de la protection

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DEDICACE



Je dédie ce mémoire qui clôture ma formation dingénieur de conception V A Jésus Christ mon rédempteur,

? Mon père Henry YOPPA et ma mère Rosaline
KOUINKE qui m'ont toujours nourri de leur amour.

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NTS REMERCIEME

Au terme de mon cycLe de formation d'ingénieur de conception de Génie IndustrieL, je profite de L'opportunité qui m'est offerte pour remercier :

? Le Seigneur Dieu Tout Puissant pour m'avoir offert santé, inteLLigence et force nécessaire pour pouvoir mener a bien ce travaiL, et sans qui rien de tout ceci ne serait possibLe ;

? Pr. Pierre MEUKAM pour avoir accepté de présider ce jury ;

? Ing. Joseph KENFACK, qui par sa disponibiLité, son expérience et ses conseiLs pertinents, m'a encadré tout au Long de ce travaiL ;

? Dr Roger TCHUIDJAN pour son soutien au cours du dérouLement de La soutenance ; ? Dr. Lucien MEVA'A, pour avoir accepté d'examiner ce travaiL ;

? Au Chef de Département DépLoiement et Patrimoine d'Orange Cameroun, Ing. Joseph

ALain MAILLI pour avoir accepté de m'accueiLLir au sein de son département ;

? Au Chef de Service DépLoiement et Patrimoine Régions LittoraL - Ouest d'Orange

Cameroun, Ing. JoceLLe TOUKA TCHANA pour Le suivi du travaiL ;

? Tout Le personneL enseignant et administratif de L'ENSP de Yaoundé ;

? Tout Le personneL des services DépLoiement et Patrimoine Région LittoraL - Ouest et Environnement Energie d'Orange Cameroun, en particuLier M, Hugues NGOUEN, René ESSIGA, Honorat MBAMBA, EmmanueL EPEE ; Mme ROUKIA ABAKAKA, pour L'accueiL et Les connaissances recus ;

? Mes frères, scurs et cousin(es) : GiLLes, ALain, Serge, MerveiL, Junior, Narcisse, Viviane, Anny, Ryna, LiLiane, NeLLy, Vanessa, Prudia, Cynthia et autres pour Leur soutien permanent ;

? A mes amis, en particuLier : Junior, Jeannot, GhisLain, France, Christine, Aymar, Eric,

Francis, David, NicoLas, Lydie, Enama et autres pour Leur présence permanente ;

? Tous mes camarades de La promotion 2010 et particuLièrement ceux de La 5GIND, avec

qui j'ai passé cinq (05) beLLes années de ma vie.

Du fond du coeur, merci.

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GLOSSAIRE

LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS
OCM	Orange CaMeroun
BTS	Base Transceiver Station (Station de Base)
CDC	Chemin De Câbles
CM	Ceinture de Masse
AES SONEL	Applied Electrical Services-SOciété Nationale d'Electricité
GSM	Global System Mobile (Système mobile)
FH	Faisceau Hertzien
TGBT	Tableau Général Basse Tension
GE	Groupe Electrogène
CCTP	Cahier des Clauses des Travaux Pratique
BSC	Base Station Controller (Contrôleur de station)
BT	Basse Tension
AGCP	Appareil Général de Commande et de Protection
HLR	Home Localisation Register (Enregistreur de localisation nominal)
VLR	Visitor Localisation Register (Enregistreur de localisation des visiteurs)
IMSI	International Mobil Subscriber Identity
ARFS	Analyse Risque Foudre Simplifiée
ET	Etude Technique
CEM	Compatibilité ElectroMagnétique
PTS	Paratonnerre à Tige Simple
PDA	Paratonnerre à Dispositif d'Amorçage
IEPF	Installation Extérieure de Protection Foudre
IIEP	Installation Intérieure de Protection Foudre
RMM	Réseau de Masse Maillé
MC	Mesure Complémentaire
IDU	InDoor Unit
ODU	OutDoor Unit
ISO	International Standardization Organization (Organisation Internationale de Normalisation)
UTE	Union Technique d'Electricité
CEI	Comité Européen International
HMA	Hauteur Milieu Antenne
HBA	Hauteur Basse Antenne

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LISTE DES SYMBOLES
V/J		Conducteur de masse de couleur Vert et Jaune
Mhz		Mégahertz
Cu		Méplat de cuivre étamé
HTA/BT		Transformateur Moyenne et Basse Tension
Nk		Niveau kéraunique
Ng		Densité de foudroiement
Cv		Cheval-vapeur
H		Champs magnétique
Ae		Surface équivalente de captation de foudre
Nd		Fréquence attendue de coups de foudre
Nc		Fréquence acceptée de coups de foudre
E		Efficacité de la protection
R		Rayon de la sphère fictive
H		Niveau d'exposition aux surtensions
G		Conséquence d'une perturbation
Rp		Rayon de protection

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RESUME

Le projet de fin d'étude porte sur L'anaLyse du phénomène de foudre sur Les instaLLations d'Orange Cameroun et L'optimisation de La protection. L'étude a été Limitée aux stations GSM (stations de base) qui représente L'interface principaL entre Le téLéphone mobiLe et Le réseau GSM.

IL est question ici d'évaLuer Le système de protection foudre actueL par rapport aux exigences des normes internationaLes en vue de La mise en pLace d'un système de protection d'efficacité optimaLe et ceci a un coOt gLobaL reLativement bas.

La démarche adoptée pour Le faire est La suivante :

? une anaLyse de queLques incidents foudres survenus sur Les stations GSM ; ? définir Le contexte normatif internationaL dans Le domaine foudre ;

? modéLiser La protection contre La foudre sur Les instaLLations d'une station GSM en déveLoppant un progicieL : « AnaLyse Risque Foudre SimpLifiée » ;

? mettre en exergue Les moyens actueLs de protection foudre dépLoyés sur station

GSM d'OCM en insistant beaucoup pLus sur Les sites avec ceLLuLes Outdoors ;

? préconiser queLques améLiorations concrètes dans Le sens de La réduction du coOt de

protection tout en ayant un niveau de protection optimaL en s'appuyant sur Les

normes internationaLes ;

? définir Les tâches de maintenance améLiorant Le niveau de fiabiLité et disponibiLité des équipements de service.

Avec Le suivi des plans de maintenance préventive proposé, L'entreprise peut considérabLement réduit ses coOts de maintenance.

Mots clés: GSM, Outdoor, Indoor, Maintenance, Foudre

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ABSTRACT

This end of year dissertation concerns the anaLysis of Lightning phenomena on the instaLLations of Orange Cameroon and to optimize the protection system of these instaLLations. The study was Limited to GSM stations which represent the principaL interface between the mobiLe teLephone and the GSM network.

The principaL objective is to evaLuate the current protection system and compare it with the requirements of internationaL standards, in order to put up an efficient protection system with the Lowest totaL cost.

In order to achieve this objective, the foLLowing procedure was used:

? AnaLyses of some major Lightning incidents on GSM stations;

? Definition of the internationaL normative context in the Lightning fieLd;

? ModeLing the protection against Lightning strikes on a GSM station in order to deveLop a software: « AnaLyse Risque Foudre SimpLifiée »^I;

? Present the actuaL Lightning protection system depLoyed on the GSM stations of Orange Cameroon especiaLLy the sites with Outdoor ceLLs;

? Recommend some improvements based on internationaL standards that can be adopted to reduce the cost of protections whiLe maintaining an optimaL protection LeveL;

? Defining maintenance tasks that wouLd improve the LeveL of reLiabiLity and avaiLabiLity of the equipment.

The company can considerabLy reduce its maintenance cost by adopting and foLLowing meticuLousLy, the preventive maintenance pLan proposed.

Key words: GSM, Outdoor, Indoor, Maintenance, Lightning

I This can be transLated as "SimpLified Risk AnaLysis of Lightning strikes"

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LISTE DES FIGURES

Figure 1: Organigramme d'OCM	16
Figure 2: Echange Réseau GSM-Abonné	18
Figure 3: réseau GSM d'OCM	18
Figure 4: Types de prise de terre paratonnerre	22
Figure 5: Mise a La terre pLatine pyLône	25
Figure 6: CumuLo-nimbus	32
Figure 7: Phénomène Orageux	32
Figure 8: Catégories de coups de foudre	33
Figure 9: Naissance du 1^er arc retour	34
Figure 10: Distribution statistique des coups de foudre	35
Figure 11: Carte Isokéraunique du monde entier	42
Figure 12: Carte de La densité de foudroiement du monde entier	43

Figure 13: protection contre Les coups de foudre indirects (surtension) onde 8/20ps et

protection contre Les coups de foudre direct onde 10/350ps	52
Figure 14: PLan de masse sites BTS Outdoors	63
Figure 15: PLan de masse du LocaL GE	64
Figure 16: pLan de masse de La niche compteur	64
Figure 17: schéma éLectrique d'aLimentation et de distribution des sites BTS Outdoor révisé --	67
Figure 18: pLan du réseau de terre	68
Figure 19: Situation géographique des directions d'OCM	78
Figure 20: Formation du cumuLo-nimbus	81
Figure 21: Modes protection commun et différentieL	82
Figure 22: Schémas de Liaison a La Terre	84
Figure 23: Principe d'utiLisation du conductiver pLus	85
Figure 24: Menu principaL d'ARFS	87
Figure 25: EvaLuation du niveau de protection d'ARFS	88

Figure 26: EvaLuation du risque et besoin de protection contre Les effets indirects de La foudre

d'ARFS	88
Figure 27: mesure de protection contre Les surtensions atmosphériques d'ARFS	89
Figure 28: Mesures de protection contre Les coups de foudre directs d'ARFS	90
Figure 29: Schéma d'aLimentation et de distribution éLectrique d'un site Outdoor	93

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LISTE DES PHOTOS

Photo 1: Types d'écLair 32 Photo 2: Dégâts 44 Photo 3: Remise a niveau: SheLter GE, LocaL technique, prise paratonnerre, LocaL comptage,
parafoudre type 1 dans Le sheLter	45
Photo 4: Parafoudre type 1 détruit - Nouveau parafoudre type 1	46
Photo 5: Dégâts	47
Photo 6: Pointe Paratonnerre a Tige SimpLe sur pyLône	50
Photo 7: Pointe paratonnerre a dispositif d'amorçage	51
Photo 8: Conductiver pLus	85
Photo 9: BTS Outdoor 1800 MHZ et 900 MHZ, Baie d'énergie	91

Photo 10: Regard de terre+fourreau de réserve pour La terre du LocaL GE+fourreau pour évacuation des eaux (sous Les pLats de cuivre de terre) 91 Photo 11: TGBT+Interrupteur+prise+Parafoudre type 2 marque SURTELEC+Barre de terre+ prise étanche sur Le côté pour L'aLimentation du LocaL GE+ CDC 92 Photo 12: Coffret parafoudre type 1 marque SURTELEC de La niche compteur+barre de terre+pLat de cuivre pour La connexion de La barre au regard de terre 92 Photo 13: mise a La terre pieds pyLône-Vue des antenne GSM+pointe paratonnerre+antenne FH ou ODU 92

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LISTE DES X TABLEAU
TabLeau 1: Identification de L'entreprise		14
TabLeau 2: TabLeau vérification périodique		28
TabLeau 3: Caractéristique des differents coups de foudre		35
TabLeau 4: Caractéristiques d'un parafoudre		52
TabLeau 5: Propriétés des conducteurs de descente paratonnerre		56
TabLeau 6: Comparaison des dispositifs de déconnexion		57
TabLeau 7: CaLibres fusibLes et disjoncteur		58
TabLeau 8: Conditions de proximité		62
TabLeau 9: Spécifications parafoudre des aériens GSM		66
TabLeau 10: CoOt des équipements de protection: cas des sites avec pyLône autostabLe		68
TabLeau 11: Devis des équipements de protection foudre		69
TabLeau 12: Périodicité des interventions préventives préconisée		70
TabLeau 13: RécapituLatif d'une inspection visueLLe		71
TabLeau 14: Mode présumé d'agression de La foudre		72
TabLeau 15: Fiche historique d'impact foudre		73
TabLeau 16: Fiche de compte rendu d'intervention		74
TabLeau 17: Check List		79
TabLeau 18: Descriptif technique des parafoudres type 1 et type 2 d'HAGER		79
TabLeau 19: TerminoLogies d'un coup de foudre		82
TabLeau 20: Caractéristiques des parafoudres DEHN		83
TabLeau 21: Caractéristiques coaxstop ASX5053QO et ASX5055QO		86
TabLeau 22: Caractéristiques du parafoudre WeidmuLLer		90

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TABLE DE MATIERES

DEDICACE 1

REMERCIEMENTS 2

GLOSSAIRE 3

RESUME 5

ABSTRACT 6

LISTE DES FIGURES 7

LISTE DES PHOTOS 8

LISTE DES TABLEAUX 9

INTRODUCTION 13

CHAPITRE 1 : CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE 14

1 L'ENTREPRISE OCM SA 14

1.1 Historique 14

1.2 Situation géographique 14

1.3 Identification et mission de L'entreprise 14

1.3.1 Identification 14

1.3.2 Mission 15

1.4 Organisation 16

1.5 Description des Installations 17

1.5.1 Réseau GSM d'orange Cameroun (OCM) 17

1.5.2 Description 19

2 RESEAU DE PROTECTION ET POLITIQUE DE MAINTENANCE DES EQUIPEMENTS DE

PROTECTION FOUDRE ACTUELS 21

2.1 Système de protection foudre actueLLe d'OCM 21

2.1.1 Protection contre Les effets directs de coups de foudre 21

2.1.2 Protection contre Les effets indirects de coups de foudre 22

2.2 OCM : PoLitique de maintenance des équipements de protection foudre 27

2.2.1 Vérification initiaLe 27

2.2.2 Vérification périodique 28

3 PROBLEMATIQUE 29

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CHAPITRE 2 : GENERALITES SUR LA FOUDRE ET SES EFFETS 1 HISTORIQUE 2 LE PHENOMENE DE FOUDRE		31 31 31
2.1 RappeLs		31
2.2 Formation d'un nuage orageux : CumuLo-nimbus		32
2.3 CLassification des coups de foudre		33
2.3.1 Décharge négative nuage-soL		34
2.4 Caractéristiques éLectriques des coups de foudre		34
2.4.1 Intensité des différents coups de foudre		34
2.4.2 Caractéristiques des différents coups de foudre		35
2.5 Energie de La foudre		36
3 EFFETS DE LA FOUDRE		37
3.1 Effets de La foudre sur Les instaLLations de téLécommunication		37
3.1.1 Effets thermiques		37
3.1.2 Effets de montées en potentieL et amorçages		38
3.1.3 Effets éLectromagnétiques		38
3.1.4 Effets éLectrodynamiques		38
3.1.5 Effets éLectrochimiques		39
3.1.6 Effets acoustiques ou de défLagration		39
3.2 Effets de La foudre sur Les êtres vivants		39
3.2.1 Différents types de foudroiements		39
3.2.2 Les pathoLogies de La foudre		40
CHAPITRE 3 : ANALYSE D'INCIDENTS DUS A LA FOUDRE		41
1 STATISTIQUES GENERALES		41
1.1 Considérations factueLLes		41
1.2 Niveau kéraunique au Cameroun		41
1.3 Densité de foudroiement au Cameroun		42
2 ANALYSE D'INCIDENTS DUS A LA FOUDRE		43
2.1 Présentation		43
2.2 RésuLtats de L'anaLyse d'accidents		44

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OPTIMISATION DE LA PROTECTION

2.2.1 Cas de BIPAGA 44

2.2.2 Cas de PAMA 45

2.2.3 Cas du site de La viLLe de Buea 46

2.3 ConcLusions reLatives a L'anaLyse d'incidents. 47

CHAPITRE 4 : ETUDE GENERIQUE POUR LA PROTECTION CONTRE LA FOUDRE 48

1 CONTEXTE NORMATIF 48

1.1 Protection d'une structure contre Les effets directs de La foudre 48

1.2 Protection de L'interface éLectrique contre Les surtensions et impuLsions

éLectromagnétiques d'origine atmosphérique 48

2 DEMARCHE GLOBALE DE PROTECTION CONTRE LA FOUDRE 49

2.1 Présentation du contenu des principaux points d'une étude foudre 49

2.1.1 Introduction 49

2.1.2 Description des instaLLations 49

2.1.3 EvaLuation des protections nécessaires : réaLisation d'une ARFS (AnaLyse Risque

Foudre SimpLifiée) 50

2.1.4 AnaLyse critique et Préconisation de protection (éLaboration d'une Etude

Technique) 53

CONCLUSION ET PERSPECTIVES 75

REFERENCES UTILISEES 76

ANNEXES 78

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INTRODUCTION

Le contexte économique concurrentieL actueL, oü domine La voLonté de bien servir Les cLients de pLus en pLus exigeants tout en respectant Les déLais, pousse Les structures a s'intéresser non pLus aux seuLs critères de productivité et de quaLité mais de pLus en pLus a La réactivité de Leurs systèmes. En effet, L'atteinte des objectifs fixés par Les systèmes de production est Le pLus souvent compromise par des perturbations endogènes, exogènes et /ou fLoues. IL incombe aLors au système de piLotage de réagir très rapidement tout en adoptant La soLution La pLus efficace possibLe.

En effet, au niveau des téLécommunications, iL est constaté une constante évoLution avec notamment L'apparition de nouveLLes technoLogies et La mise en pLace d'architectures de réseaux de pLus en pLus compLexes. De pLus, ces réseaux associent de facon hybride Les supports de transmission que sont Le cuivre, La fibre optique et Les ondes hertziennes.

Dans ce contexte, essentieLLement éLectromagnétique, iL convient de maItriser Les probLèmes de compatibiLité éLectromagnétique pour LesqueLs iL faut prendre en considération Les aspects nouveaux qui apparaissent en termes de pouvoir perturbateur et d'immunité des systèmes. C'est dans ce sens que La société ORANGE CAMEROUN SA, dans L'objectif d'abaisser a un niveau suffisamment bas, La probabiLité de survenue de dégâts matérieLs (meiLLeure couverture financière) tout en offrant une quaLité de service satisfaisante, fait de L'optimisation de La protection contre Les agressions éLectromagnétiques (en particuLier La foudre) L'une de ses préoccupations majeures. Ainsi, La Direction Technique et Informatique d'OCM initia notre thème de fin d'étude intituLé « Analyse du phénomène de foudre sur les installations d'OCM et Optimisation de la protection ».

Le présent mémoire résume Le travaiL effectué et s'articuLe en quatre chapitres :

Le premier chapitre énonce Le contexte généraL et La probLématique de notre étude, oü iL sera question de situer Le Lieu et L'environnement de L'étude, et par La suite ressortir cLairement Les préoccupations qui doivent trouver soLution dans La suite du travaiL.

Le second chapitre présente Le phénomène de foudre et ses effets.

Le troisième chapitre présente queLques statistiques d'ordre généraL et incidents foudres survenus sur Les stations GSM d'Orange Cameroun dans Les régions LittoraL et Ouest.

Le quatrième chapitre traite L'état de L'art des discipLines impLiquées dans La démarche de protection contre La foudre ; présente et discute Les résuLtats de L'appLication de La méthode à La résoLution de La probLématique.

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CHAPITRE 1 : ET CONTEXTE PROBLEMATIQUE

1 L'ENTREPRISE OCM SA

1.1 Historique

Le groupe Orange est né en Grande Bretagne en Avril 1994 . Il est acheté par France Télécom en Mai 2000 . Ce dernier décide de regrouper ses activités de téléphonie mobile sous l'appellation d'Orange SA . A partir de cet instant, un processus de " rebranding " est lancé a travers le monde, pour permettre a toutes les filiales de téléphonie mobile de France Télécom, de devenir Orange. La SCM , Société Camerounaise des Mobiles, connu encore sous le nom de MOBILIS , Filiale de France Télécom a 100%, est ainsi devenu ORANGE CAMEROUN SA le 4 Juin 2002.

OCM

, est une société anonyme de télécommunication avec

1.2 Situation géographi que

ORANGE CAMEROUN

en abrégé

Conseil d'Administration dont les directions Générale, Technique & Informatique et de Vente

. Les centres de

annexe 0, vous

AKWA de la ville de Do

sont situées dans la région du littoral, au quartier uala
supervision quant a eux sont répartis dans les villes suivantes :

Douala, Yaoundé, Ngaoundéré,

Garoua, Maroua, Ngaoundéré et Buea. Bafoussam, Bertoua, Bamenda, En
trouverez la situation géographique des directions d'Orange Cameroun.

1.3 Identification et mis sion de l'entreprise

1.3.1 Identification

Tableau 1: Identification de l'entreprise

RAISON SOCIALE	ORANGE CAMEROUN
STATUT JURIDIQUE	Société Anonyme (SA)
DATE DE CREATION (MOBILIS)	28 Mai 1999
DATE DE MISE EN SERVICE DU RESEAU	Février 2000
DATE DE REBRANDING (ORANGE)	04 Juin 2002
SIEGE SOCIAL	Rue franqueville BP. 1864 Douala -	Cameroun
CAPITAL SOCIAL	15 010 000 000 Francs CFA
DIRECTEUR GENERAL	Jean BARDET

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COUVERTURE RESEAU		10 provinces avec 86.3% de La popuLation urbaine couverte
N^°REGISTRE DE COMMERCE		B027585
N^°CONTRIBUABLE		M059900009243M
RANG SUR LE MARCHE CAMEROUNAIS		N°2
NOMBRE D'EMPLOYES		636 (31 janvier 2010) ; 1% d'Expatriés et 99% Camerounais
CLIENTS		3 191 021 (fin Aoüt 2009)
SITE WEB		www.orange.com
TEL/FAX		TéL : [phone] Fax : [phone]

1.3i Mission

OCM est une société privée dont L'objectif est de fournir Les services de communication mobiLe et d'accès au réseau internet sur Le pLan nationaL et internationaL. Tout ceci avec des interfaces (GSM et autres) assurant une quaLité de service optimaLe. ELLe a un chiffre d'affaire de 15 010 000 000 Francs CFA (22 882 597.25 €).

Son actionnariat est réparti de La manière suivante :

? Orange S.A : 69.8% ;

? Société de droit Camerounais: 29.5% ;

? SOCITEL: 0.5% ;

? Personnes physiques représentant les intérêts du groupe: 0.2%.

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1.4 Organisation



Figure 1: Organigramme d'OCM

Les structures et L'organisation interne de La société présentées ci-dessous sous forme d'organigramme date du 1^er Mars 2010.

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1.5 Description des Installations

1.5.1 Réseau GSM d'orange Cameroun (OCM)

Dans un réseau GSM, Le territoire est découpé en petites zones appeLées cellules (secteur ou zone couvert). Chaque ceLLuLe est équipée d'une station de base fixe munie de ses antennes instaLLées sur un ou des points du pyLône.

Dans une ceLLuLe GSM typique (macro ceLLuLe), Les mobiLes peuvent être situés jusqu'à 35 km de La station de base pour Le GSM900 et 2 km (mini ceLLuLe) pour Le DCSI800 (puissance pLus faibLe, atténuation pLus importante avec La distance).

La taiLLe Limitée des ceLLuLes permet de Limiter La puissance d'émission nécessaire pour La Liaison et donc augmenter L'autonomie des mobiLes.

Lorsqu'on téLéphone à partir d'un mobile GSM :

- iL transmet par radio La communication vers La station de base de sa ceLLuLe ;

- La conversation est ensuite acheminée de facon pLus cLassique (cuivre, faisceau

hertzien, fibre optique ou VSAT) vers La station de base du correspondant ;

- cette station de base transmet finaLement La conversation par radio au

correspondant.

Au cours d'un dépLacement, iL est possibLe qu'on sorte d'une ceLLuLe. IL est nécessaire aLors de changer de station de base tout en maintenant La communication : c'est Le transfert intercellulaire ou handover.

Ce processus obLige tous Les mobiLes GSM à écouter Les stations de base des ceLLuLes voisines en pLus de La station de base de La ceLLuLe dans LaqueLLe iL se trouve.

Le système de communication radio est L'équipement qui assure La couverture de La ceLLuLe et comprend :

- Antenne GSM ou radio : 1 par secteur généraLement ;

- EventueLLement une ou plusieurs antennes FH (Faisceau Hertzien) pour La Liaison avec Le contrôLeur de base (BSC) ;

- la station de base BTS (Base Transmitter Station) est L'équipement terminaL du réseau vers Les « stations mobiLes ». Une BTS est un groupement d'émetteurs et de récepteurs fixes. ELLe échange des messages avec Les stations mobiLes présentes dans La ceLLuLe qu'eLLe contrôLe. La BTS utiLise des canaux radios différents seLon Le type d'information échangé (données utiLisateurs ou signaLisation) et seLon Le sens de L'échange ;

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Figure 2: Echange Réseau GSM-Abonné

Oü

? le contrôleur de stations de base BSC (Base Station ControLLer) qui gère au maximum 30 BTS et possède son registre d'abonnés visiteurs VLR stockant Les informations de L'abonné Liées a sa mobiLité ;

? Le commutateur de services mobiles MSC (MobiL Switching Center) est un autocommutateur qui assure Les fonctions de commutation nécessaires en aiguiLLant Les conversations vers Le MSC (gestion du handover) du correspondant ou vers d'autres réseaux (téLéphonique, Internet, Numéris ...) a travers des passereLLes appropriées ;

? Le registre des abonnés nominaux ou HLR (Home LocaLisation Register) est une base de données utiLisée pour La gestion des abonnés mobiLes et fixes. IL contient deux types dinformations :

I les informations statiques (description abonnements, options souscrites, services, détaiL de L'abonné, droits d'accès),

I les informations dynamiques (dernière LocaLisation, nature du terminaL, Etat).



Figure 3: réseau GSM d'OCM

Dans L'optique d'accroItre La capacité de son réseau, Orange Cameroun utiLise actueLLement La norme GSM/DSC couvrant Les bandes GSM 900-1800.

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1.5.2 Description

Suivant un découpage topographique et fonctionneL, on distingue :

? Les sites dits « BTS » :

I Les sites BTS avec ceLLuLes Indoors monobandes ou bibandes (sur terrasse ou sur une daLLe faite au soL),

I Les sites BTS avec ceLLuLes Outdoors monobandes ou bibandes (sur terrasse ou sur une daLLe faite au niveau du soL) ;

? Les sites dits « BSC», comprenant en pLus de BTS, un BSC ;

? Les sites dits « nodal », tous Les équipements du réseau GSM y figurent.

Notre étude se Limitera uniquement a revoir Le système de protection foudre des sites BTS avec pyLône autostabLe, qui sont Les pLus construits actueLLement sur tout Le territoire.

1.5.2.1 Equipements déployés sur sites BTS avec pylône autostable

1.5.2.1.1 BTS avec cellules Outdoors

? Pylône avec baLisage nocturne et diurne qui est soit autostabLe, soit haubané, ou pyLônet muni d'haLogène avec détecteur de présence et d'une écheLLe. La structure est en acier gaLvanisé ou métaLLisé ;

? Antenne GSM ou radio (modeL ALCATEL LUCENT) avec support, pLacée a une Hauteur Basse Antenne (HBA) sur Le pyLône au vues des mesures radios effectuées par OCM ;

? Antenne FH ou de transmission avec support, pLacée a une Hauteur MiLieu Antenne

(HMA) sur pyLône seLon Les résuLtats des mesures de transmission vers un site voisin.

Mesures effectuées par OCM. ELLe est Le pLus souvent en avaL des antennes GSM ;
? câbles coaxiaux, bretelles, connecteurs, duplexeurs (feeders) assurant La Liaison

Antennes - BTS, se retrouvent tout Le Long du pyLône et cheminent ensuite dans Les

CDC vers L'abri BTS ;

? Abris BTS OUTDOOR de type IPE 160, réunissant :

/ Une régLette étanche,

/ une prise avec cLapet,

/ interrupteur et une boite de dérivation,

1 2 BTS outdoors de 900 MHZ et 1800 MHZ (un 900 MHZ pour Les sites monobandes),

/ une Baie d'énergie 48 V,

/ chemin De CabLes,

/ un TGBT (TabLeau GénéraL Basse Tension) et un parafoudre type 2 en amont ;

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? Niche compteur pour Le raccordement AES-SONEL (compteur éLectrique+ disjoncteur généraLe, parafoudre type 1 en avaL) avec porte métaLLique-panneau et indications de sécurité ;

? Un local GE éventueL ;

? Une clôture en panneaux rigides équipée de 2 fiLins de barbeLé et avec concertinas sur Les rebords de La daLLe technique.

1.5.2.1.2 BTS avec cellules Indoors

On retrouve Les mêmes équipements cités précédemment, sauf qu'ici, a La pLace de L'abri BTS, iL est construit un sheLter a L'intérieur duqueL nous avons en pLus des BTS Indoors, une baie d'énergie indoor, CDC et aussi:

? deux venteLes ;

? deux extracteurs d'air ;

? une ou deux coLonnes de cLimatisation ; ? un ou pLusieurs Rack FH.

Remarque : Les BTS et baie Indoors sont dans un sheLter parce qu'iLs ne peuvent fonctionner sous Les intempéries. Ce qui n'est pas Le cas des Outdoors.

Une défaiLLance sur une BTS, antenne GSM ou FH entraIne L'arrêt totaL de La communication du secteur couvert par La station. Une coupure AES-SONEL n'entraIne qu'une interruption partieLLe de L'activité (temps de prise d'aLimentation par Le GE ou au pire des cas Le temps de prise d'aLimentation par Le GE sur remorque).

1.5.2.2 Autres équipements installés

? Sonde de présence d'eau en cas de risque de venu d'eau ;

? Extincteur de 2 kg à CO2 posé contre Le mur de La niche compteur ou contre Le mur coté intérieur du sheLter pour site Indoor ;

? Détecteur d'incendie pour coupure de La ventiLation en cas de sinistre ; ? Local gardien éventueL.

La réaLisation effective des stations GSM d'OCM est faite par Les entreprises suivantes :

? CAMUSAT (structure et génie civiL) ; ? CARTEL (structure et génie civiL) ;

? SAGEMCOM (structure et génie civiL) ; ? ALCATEL LUCENT (Les aériens GSM).

On estime à plus de 600 stations GSM et environ 375 avec pylône autostable sur dalle technique.

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2 RESEAU DE PROTECTION ET POLITIQUE DE MAINTENANCE DES EQUIPEMENTS DE PROTECTION FOUDRE S

ACTUEL

2.1 Système de protection foudre actuelle d'OCM

2.1.1 Protection contre les effets directs de coups de foudre

Les principes sont vaLabLes aussi bien pour Les sites Outdoors qu'Indoors.

2.1.1.1 Installation paratonnerre et descente

La pointe paratonnerre est disposée au sommet du pyLône a une hauteur minimaLe de 2 m, avec angLe de protection minimum de 60^°C. ELLe est éventueLLement rehaussée par un mat en acier gaLvanisé ou inoxydabLe. A partir de La pointe, iL est réaLisé un conducteur de descente en pLat de cuivre étamé 30×2 mm² fixé Le Long d'une des membrures du pyLône par des coLLiers métaLLiques non uniformément répartis. La partie basse de La descente est protégée des chocs mécaniques éventueLs par un fourreau de protection de 2 m et immédiatement au dessus, nous avons un joint de contrôLe (pour mesurage en phase d'expLoitation de La prise de terre). Si un compteur de foudre est prévu, iL est disposé au-dessus du joint de contrôLe.

2.1.1.2 Installation de la prise de terre paratonnerre

La prise de terre d'une station GSM d'OCM Lors de sa finition a une résistance inférieure ou égaLe a 5 ohms et enterrée a au moins 0.5 mètre Le pLus Loin possibLe du pyLône et des instaLLations. La prise de terre du paratonnerre est reLiée directement sur Le circuit de terre en fond de fouiLLes (sous Le massif du pyLône) accessibLe sur une attente ramenée au pied de La descente.

Les types de prise de terre paratonnerre utiLisés par OCM sont :
? piquets triangulés qui utiLise Le pLus de conducteurs ;

? système patte d'oie: iL occupe une surface pLus importante puisque ces trois (03)

conducteurs horizontaux font chacun 2 à 3 m et suffisamment éloigné;

? système patte d'oie améliorée: iL permet de trouver souvent des soLs de natures différentes pour diminuer La résistance de La prise de terre. La patte d'oie améLiorée est utiLisée dans Les cas oü La résistance de terre est >5 0 ;

? piquets alignés: ce système est utiLisé dans des conditions oü Les zones de terrassement sont restreintes.

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Figure 4: Types de prise de terre paratonnerre

Le raccordement des conducteurs entre eux s'opère par brasure ou par des raccords muLtibrins.

2.1.2 Protection contre les effets indirects de coups de foudre

2.1.2.1 Réseau de masse

2.1.2.1.1 Abris BTS outdoor et Baie d'énergie - Shelter BTS Indoor

I. Abris BTS Outdoor et Baie d'énergie

? Un ceinturage de La daLLe BTS par du mépLat de Cu 30×2 mm² ;

? Une Liaison équipotentieLLe entre un poteau de L'abri et une des deux BTS par du pLat de cuivre 30×2 mm² ;

? Des Liaisons V/J de 16 mm² minimum :

/ Entre deux (02) des quatre (04) profiLés IPE 160 des BTS, / entre Les BTS et Leurs profiLés,

/ entre Chemin De CabLes (CDC)-profiLé des BTS 900 et 1800 MHZ, / entre baie d'énergie-CDC,

/ Les CDC sont reLiés a Leurs jonctions,

/ une barre d'équipotentiaLité est faite pour La mise a La terre du petit réseau ainsi formé,

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/ une Liaison équipotentieLLe entre cette barre d'équipotentiaLité et un coin de La cLôture.

Remarque : ce réseau n'a aucune configuration particuLière (ni maiLLé, ni étoiLé), Le tout ici est d'assurer une connexion entre tous Les équipements entrant en jeu dans L'optique d'assurer L'équipotentiaLité du mini réseau.

II. Shelter technique des sites avec cellules outdoors

Lors de nos descentes sur site, nous avons répertoriés deux types d'assembLage et montage du sheLter :

? des sheLters avec kit ;

? des sheLters monobLocs (pLus récurrent).

Pour faciLiter Le passage des cabLes des aériens et de minimiser Les Longueurs de cabLes, La trémie est faite sur un coté extérieur du sheLter.

A L'intérieur du sheLter, iL est fait un réseau maiLLé :

? Ceinture de masse haute qui n'est rien d'autre que Le CDC métallique ;

? Ceinture de masse basse par Le pLat de cuivre 30×2 mm² a 0.2 ou 0.6 m du soL seLon Les obstacLes et reLiée a une barre d'équipotentiaLité pour La connexion au puits de terre du réseau de masse.

Ces deux ceintures sont interconnectées entre eLLes a deux angLes opposés du sheLter par des pLats de cuivre 30×2 mm².

Les racks, Les BTS et Baie d'énergie sont reLiés directement aux ceintures de masse par des pLats de cuivre 30×2 mm². De pLus, iL fait des Liaisons équipotentieLLes entre Les différents équipements par des tresse de masse (ou shunt) de section 16 mm² minimaLe, afin d'éviter une éventueLLe circuLation de courant d'un point a un autre.

Si un parafoudre de type 2 est prévu (en avaL du compteur AES SONEL pLacé au coté extérieur du sheLter), nous avons une barre d'équipotentiaLité en avaL du parafoudre qui est aussi reLiée a La ceinture basse.

2.1.2.1.2 Antennes et liaisons coaxiales

La mise a terre des cabLes coaxiaux est faite a L'aide des kits de masse situés en avaL des antennes et en base du pyLône. Ces derniers sont raccordés a une barrette de terre ou raccord muLtibrin fixé au ceinturage du pyLône fait a ces différents niveaux. Le ceinturage est en mépLat de cuivre 30×2 mm².

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Pour ce qui est de La mise à La terre des antennes (GSM ou FH), eLLe s'effectue via un conducteur V/J de 16 mm² minimum raccordé au niveau des ceinturages du pyLône Le pLus proche.

Pour Les pyLônes de pLus de 55 m, une ceinture suppLémentaire est réaLisée au miLieu du pyLône (pour La répartition du courant de foudre éventueL).

2.1.2.1.3 Niche compteur

Une barre d'équipotentieLLe en avaL du parafoudre pour La mise à La terre du système (compteur éLectrique + parafoudre type 1). L'arrière de La niche compteur et L'abri BTS communiquent, c'est-à-dire que L'arrière de La niche est couvert par La toiture de L'abri BTS. A ce niveau, contre Le mur de La niche, on trouve un TGBT et Le parafoudre type 2 avec barre de terre en avaL. Un pLat de cuivre étamé reLie cette barrette au poteau de L'abri BTS Le pLus proche pour L'équipotentiaLité.

2.1.2.2 Réseau de terre

2.1.2.2.1 Site BTS Outdoors

I. Terre abris BTS

Une Liaison par pLat de cuivre étamé entre La barre de masse de L'abri BTS et un pLatine pyLône La pLus proche est faite pour sa mise à La terre.

II. Niche compteur

Une barrette de terre pour La mise à La terre du Parafoudre type 1 et de La porte métaLLique de La niche. Cette barrette est reLiée à ceLLe de L'abri BTS via un pLat de cuivre 30×2 mm².

2.1.2.2.2 Site BTS Indoors

I. Chemin de câbles

Pour L'entrée dans Le LocaL technique au niveau de La trémie, Les CDC sont éLevés par deux poteaux métaLLiques dont La prise de La terre de ces derniers est reLiée au pLat de cuivre de terre du LocaL technique dans La continuité du pLat pour Le regard de terre. A L'intérieur du LocaL, iL constitue La ceinture de masse haute.

II. Shelter Réseau de terre identique à ceLui du LocaL GE déveLoppé ci-après.

2.1.2.2.3 Autres éléments à la terre communs aux deux configurations sites

I. Terre pylône : dé de béton ou « paquet cadeau »

Sous chaque semeLLe de pyLône, iL est effectué des micropieux. C'est-à-dire :

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? réaLisation d'une griLLe de terre de 2×1 m en fond de fouiLLe,

? un fOt dont La hauteur est fonction du niveau de fond de fouiLLe,

? quatre (04) mépLats de cuivre étamés soudés sur chaque côté de La griLLe de terre seront soudées en haut de La semeLLe autour de La cheminée (fOt). Un pLat de cuivre remonte et est connecté au niveau de La pLatine (pied du pyLône). Ainsi une référence équipotentieLLe des pieds est assurée.

Pour assurer L'équipotentiaLité entre Les pLatines du pyLône, une griLLe de terre 2×1 m est réaLisé pour L'interconnexion de toutes Les griLLes de terre des pieds pyLône. Cette griLLe est ensuite reLiée au regard de terre pour La mise a La terre du pyLône.

Une connexion prise de terre paratonnerre - regard de terre pour L'évacuation des surtensions ou courant de foudre dans La direction de La prise de terre paratonnerre.



Figure 5: Mise à la terre platine pylône

Lorsque La résistivité éLevée du soL ne permet pas d'obtenir une bonne vaLeur de prise de terre (~ 5 0), Les dispositions suivantes sont prisent :

? Tout autour des conducteurs de terre, iL est rapporté un matériau natureL de moindre résistance (charbon, noix,...) ;

? RembLaiement du soL par une terre de faibLe résistivité.

II. Terre clôture

Deux côtés opposés de La cLôture sont reLiés au regard de terre. Une Liaison équipotentieLLe est réaLisée entre La cLôture et une des pLatines du pyLône.

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III. Echelle pylône

L'écheLLe du pyLône est reLiée au regard de terre via un pLat de cuivre 30×2 mm². Noter qu'une Liaison équipotentieLLe est faite entre L'écheLLe et La partie du CDC se trouvant sur Le pyLône.

IV. Regard de terre

Toutes Les terres sont étiquetées au niveau de La barrette de terre du regard. Les surtensions ou courants de foudre convergent vers Le regard de terre pour être évacuer au travers La prise de terre du paratonnerre.

V. Local GE

IL est fait un ceinturage bas du LocaL GE oü L'on retrouve un Groupe ELectrogène muni de son coffret inverseur et une cuve. Deux Liaisons équipotentieLLes entre Le GE et sa cuve, tous deux reLiés a La ceinture basse. Une barrette de terre est utiLisée pour connecter L'ensembLe au regard de terre.

Leur mise a La terre est assuré par boucLe avec un pLat de cuivre enfouie sous La daLLe muni de piquet de diamètre 18 mm et a 2 m sous Le soL et sur Les quatre coins de La boucLe. La barre de terre interne du LocaL ou sheLter est reLié a cette boucLe par brasure via du pLat de cuivre étamé. Ensuite, un pLat de cuivre reLie La barre au regard de terre.

Le système d'aLarme, Les haLogènes et détecteur de présence que L'on retrouve en base du pyLône est mis a La terre via Le ceinturage du pyLône effectué a ce niveau. Sans oubLier Le portaiL d'accès métaLLique qui est connecté au regard de terre via La tresse de cuivre de 50 mm² ou pLat de cuivre.

Les baLises nocturnes qui pour La pLupart soLaires sont mises a La terre en utiLisant Le V/J de 4-10 mm² connectés en base de La baLise et reLié au ceinturage pyLône Le pLus proche.



NB : Pour des sites sans LocaL GE, non seuLement un inverseur automatique est présent, mais aussi un fourreau de diamètre 70 mm pour L'aLimentation du GE en provenance de La niche compteur et un fourreau de diamètre 32 mm pour La connexion du conducteur de terre du LocaL au regard de terre.

2.1.2.3 Installation parafoudres et régime de neutre

Sur Les stations GSM d'OCM, on retrouve principaLement deux types de parafoudre :

? Coffret parafoudre type 1 que L'on retrouve en avaL du compteur éLectrique pour
Les sites Outdoors, en amont du coffret inverseur du GE pour Les sites BTS Indoors ;

? Coffret parafoudre type 2 que L'on retrouve pour Le cas des sites BTS Outdoors, dans Le LocaL GE s'iL existe en amont du coffret inverseur sinon iL est situé au niveau

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de L'abri BTS en avaL du TGBT qui comprend un disjoncteur principaL avec dispositif a réencLencher^II et tous Les départs (haLogène, Baie d'énergie, EcLairage, Groupe éLectrogène et prise). Par contre, pour Les sites BTS Indoors, iL est pLacé en avaL du TGBT du sheLter.

Au regard de La sensibiLité des équipements et Le type d'aLimentation, et pour assurer une protection contre Le contact direct ou indirect, Le régime neutre utiLisé est Le TNS annexe 6.

En cas de proximité d'une terre AES SONEL (cas des sites sur terrasse), une vérification de La vaLeur de cette prise de terre est faite. Si eLLe est conforme, une Liaison au regard de terre est effectuée par du mépLat de cuivre étamé.

Note : vous trouverez aux annexes 6 et 11, Les caractéristiques des parafoudres type 1 et type 2 de marque DEHN instaLLés sur site et Le schéma éLectrique d'aLimentation et de distribution.

2.2 OCM : Politique de maintenance des équipements de protection foudre

La maintenance d'un système de protection contre La foudre est indispensabLe. En effet, certains composants peuvent perdre de Leur efficacité au cours du temps en raison de La corrosion, des intempéries, des chocs mécaniques, des surtensions et des impacts foudre. Les caractéristiques mécaniques et éLectriques d'un système de protection contre La foudre doivent être maintenues pendant toute sa durée de vie afin de satisfaire aux prescriptions du CCTP d'OCM et aussi d'assurer pLeinement ses fonctions.

2.2.1 Vérification initiale

Dès qu'un site est réaLisé, iL fait L'objet d'une vérification par Le service expLoitation destinée a s'assurer qu'iL a été réaLisé seLon Les règLes de L'art du CCTP. Concernant La protection foudre, Les opérations suivantes sont effectuées :

? Mesurer La vaLeur de La résistance de terre ;

? S'assurer que La Pointe paratonnerre domine d'au moins 2 m L'ensembLe de La zone a protégé ;

? Vérifier que tous Les éLéments du système anti-foudre existent et qu'iLs sont compLets : parafoudre type 1 + éventueLLement type 2 et aussi Le câbLage, descente de feuiLLard cuivre, ceinture basse et haute du pyLône, bornier de raccordement des feuiLLards, joint de contrôLe ;

? Vérifier Les raccords des kits de mise a La terre des câbLes coaxiaux ;

? Mesurer La vaLeur de La résistance des prises de terre ;

II Assure La continuité de service et réduit Le nombre d'interventions. IL est muni d'un compteur d'impuLsion régLabLe. Mais aussi une varistance 2.5 kA + fusibLe 6.3 A (ModeL 31418)

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? Vérifier L'équipotentiaLité des masses (interconnexion des masses des équipements) ;

? Observation du regard de terre pour vérification des différentes connections de terre ;

? Vérification du câbLage du TGBT ;

? ...



NB : Les points suivants sont suivis avec rigueur :

? La vaLeur de La résistance de terre doit être inférieure a 5 ? ;

? La résistance de chaque connexion ne doit pas dépasser 1 m? ;

? La résistance entre deux points doit être inférieure a 10 m?.

Dans des cas oü iL est difficiLe de respecter Les conditions du CCTP, des soLutions adéquates sont prises en coLLaboration avec Le sous-traitant ayant réaLisé Le site pour essayer de rester non Loin des prescriptions dans Le CCTP.

2.2i Vérification périodique

La périodicité est déterminée par une cLassification en zone de protection moduLabLe en fonction de critères teLs que :

? Niveau d'exposition jugé éLevé ;

? Facteurs d'environnement aggravants ;

? Environnement éLectrique.

Pour ce qui est des équipements anti-foudre, Les périodicités sont Les suivantes :

Tableau 2: Tableau vérification périodique

ZONE DE PROTECTION	PERIODICITE
Zone urbain : sites nodaux	1 fois par mois
Zone urbain : sites niveau d'exposition foudre jugé éLevé	2 fois par mois
Zone ruraL	1 fois tous Les 3 mois

Les travaux effectués Lors des visites périodiques sont :

? Etat des supports (coffrets) des parafoudres ;

? Etat des parafoudres ;

? Etat et fixation de La descente de feuiLLard cuivre ;

? Raccord des ceinturages en cuivre sur La descente de feuiLLard cuivre ;

? Raccord des kits de mise a La terre feeders sur La descente de feuiLLard cuivre ;

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? Raccord entre kits de mise a La terre feeders bas et La cornière coLLectrice des terres sur massif béton ;

? Mesure aLternative de chaque brin de terre ;

? Observation du compteur de foudre ;

? Serrage de La bouLonnerie Laiton sur brins de terre ;

? Vérification du réseau de masse (équipotentiaLité des masses) ;

? Vérification de La résistance de terre (= 20 ?) ;

? Etat de La pointe paratonnerre et contrôLe de sa prise de terre ;

? Observation et nettoyage du regard de terre ;

? S'assurer de La continuité éLectrique des conducteurs non visibLe.

En pLus, sur tous Les sites, iL est effectué tous Les 6 mois, une révision généraLe (EcLairage, Groupe éLectrogène, équipements GSM, équipements de protection incLus,...). La vaLeur admissibLe en phase d'expLoitation est = 20 ? compte tenu des changements cLimatiques et structuraux des soLs des différentes régions et LocaLités.

Chaque vérification périodique fait L'objet d'un rapport détaiLLé reprenant L'ensembLe des constatations et précisant Les mesures correctives a prendre, dans LequeL iL est joint un Check List (cf. annexe 1).

Lorsqu'une vérification périodique fait apparaItre des défauts dans Le système de protection contre La foudre, des actions correctives sont effectuées dans Les meiLLeurs déLais pour sa réhabiLitation. Une équipe ad hoc est immédiatement formée pour une intervention dans Les brefs déLais.

3 PROBLEMATIQUE

La protection contre Les effets de La foudre effectuée au sein des stations GSM d'OCM présente queLques points a améLiorés :

? La hauteur de La pointe paratonnerre n'est pas cLairement définie. Tout ce qui est

connu et qui importe est qu'eLLe doit avoir une vaLeur minimaLe de 2 m ;

? ELoignement des équipements GSM de La descente paratonnerre qui n'est point

respecté dans La majeure partie des sites ;

? Les critères de choix des caractéristiques des parafoudres type 1 et type 2 ;

? Le schéma d'aLimentation et de distribution des sites devrait être revu, compte tenu des circonstances différentes des sites ;

? Aucune anaLyse risque foudre n'est réaLisé avant La réaLisation d'une station dans une zone.

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Bref, maLgré La quaLité remarquabLe du système de protection actueL, Lorsque Les données sont disponibLes, Les pertes dues à une agression foudre sont évaLuées à des millions de Francs CFA (cf. chapitre 3).

La maintenance actueLLe faite à Orange Cameroun présentait queLques points obscurs notamment :

? Le suivi des équipements de protection. La gestion de L'historique des défaiLLances pour recadrer La protection n'est pas prise en compte ;

? Le coOt de maintenance préventive jugé éLevé.

En gros, iL est question dans ce cas de revoir Le pLanning de maintenance préventive afin de réduire L'investissement qui découLe, tout en maintenant un niveau de suivi optimaL.

Sur Le pLan nationaLe, L'étude permettra d'éveiLLer Les consciences qu'en t'au danger que représente Le phénomène non seuLement sur Les instaLLations (édifice, équipements éLectriques, éLectroniques,...), mais aussi sur Les êtres vivants. Sujet qui jusqu'à L'heure n'est évoqué dans aucun débat et ne fais L'ombre d'aucune étude sérieuse.

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CHAPITRE 2 : TES SUR LA GENERALI FOUDRE ET SES EFFETS

L'objet du présent chapitre est de donner dans un premier temps, une brève description du phénomène de foudre et ensuite de préciser Les effets possibLes de cette manifestation atmosphérique. Mais avant ceLa, iL convient d'avoir une idée sur L'histoire de L'étude du phénomène.

1 HISTORIQUE

Depuis Les temps Les pLus recuLés de L'humanité, L'Homme a été terrorisé et fasciné par les orages et notamment Leurs phénomènes Les pLus visibLes : foudre et tonnerre. Pour expLiquer ces phénomènes et pour conjurer Le danger, iL faisait appeL a des divinités. La foudre était associée a La coLère des dieux et a La notion de châtiment pour Les fautes ou Les péchés. Ce n'est qu'au )(VII^e siècLe que L'homme commence a se dégager de ces superstitions (avec Les premières théories des physiciens francais et hoLLandais, René Descartes et Frank Boerhaave), et c'est du )(VIII^e siècLe que L'on peut dater Les débuts de La connaissance proprement scientifique de La foudre (expérience de Benjamin FrankLin en 1752). C'est au cours du )()(^e siècLe grâce a L'éLectronique que L'origine de La foudre Livre La pLupart de ces secrets.

2 LE PHENOMENE DE FOUDRE

2.1 Rappels

La foudre est une manifestation de L'éLectricité d'origine atmosphérique, comportant une décharge accompagnée d'une vive Lumière (écLair) et d'une vioLente détonation (tonnerre).

On distingue deux grandes famiLLes d'écLairs :

? Les coups de foudre pour LesqueLs La décharge éLectrique s'effectue entre Le nuage et Le soL ;

? Les éclairs intra nuageux (a L'intérieur du nuage) et inter nuageux (entre différents nuages).

Des deux famiLLes, Les coups de foudre sont beaucoup pLus observés (de 60 à 70 % des décharges totales). Mais aussi, iLs ont fait L'objet d'études Les pLus poussées. Ceci pour des raisons d'ordre pratique (cause de bLessures, mort, incendies de forêts, et perturbations des systèmes éLectriques-éLectroniques de téLécommunication et de transport) et aussi du fait qu'iL est pLus faciLe de mesurer Les caractéristiques optiques et éLectriques des décharges nuage-soL.

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Photo 1: Types d'éclair [17]

2.2 Formation d'un nuage orageux : Cumulo-nimbus

La formation du cumuLo-nimbus (nuage précurseur) est généraLement Liée a une grande instabiLité atmosphérique, caractérisée par des différences de températures importantes entre Les masses d'air au niveau du soL et Les masses d'air en aLtitude.



Figure 6: Cumulo-nimbus [17]

On peut diviser Le nuage en trois parties :

-la partie supérieure (ou encLume) constituée entièrement de gLace et regroupant Les charges positives supérieures.

-la partie centrale composée de gLace et d'eau en surfusion et regroupant Les charges négatives principaLes.

-la partie inférieure constituée de gouttes d'eau et/ou de neige et comportant des charges négatives et des petites poches de charges positives.

Note : En annexe 3, iL est donné une vue schématique du processus de formation du nuage.



Figure 7: Phénomène Orageux [9]

Par beau temps, Le champ éLectrique au soL est de L'ordre de 100 V/m. A L'approche d'un nuage orageux, ce champ commence par slnverser, puis croIt dans de fortes proportions. LorsqulL atteint 10 à 20 kV/m, une décharge au soL est imminente.

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2.3 Classification des coups de foudre

Les décharges de foudre nuage-soL ont été subdivisées en quatre catégories. Ces catégories sont définies en fonction des charges écouLées et de La nature du système de traceurs conduisant a La connexion de La foudre au soL. La figure ci-dessous iLLustre Les quatre catégories des décharges nuage-soL.



Figure 8: Catégories de coups de foudre [5]

Dans Le monde 70 à 90%^III des coups de foudre nuage-soL sont de catégorie 1. Cette forme de décharge est décLenchée par un traceur descendant chargé négativement. Les coups de foudre appartenant a La ^3ième catégorie sont aussi décLenchés par un traceur descendant, mais chargé positivement (décharge dite positive). Cette catégorie regroupe moins de 10% des décharges nuage-soL, mais est accompagné d'un transfert des charges nuage - soL important.

Enfin, Les décharges des catégories 2 et 4 qui sont décLenchées par des traceurs ascendants, sont reLativement rares et apparaissent généraLement aux sommets des montagnes ou des Longues structures.

III Farhad Rachidi, (2004) EPFL, Note de cours « La foudre et ses effets éLectromagnétiques », (EcoLe PoLytechnique fédéraLe de Lausanne)-France.

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2.3.1 Décharge négative nuage-sol

Les mécanismes particuLiers de décharge négative nuage-soL sont présentés ci-dessous :



Figure 9: Naissance du 1^er arc retour

2.4 Caractéristiques électriques des coups de foudre 2.4.1 Intensité des différents coups de foudre

La distribution des intensités des courants de foudre est reportée sur un abaque regroupant toutes Les données mondiaLes. Sont portées en abscisse Le Logarithme de Lintensité du coup de foudre (en kA), et en ordonnée La probabiLité qu'a un coup de foudre de dépasser une intensité donnée. Les courbes ainsi obtenues représentent un faisceau de droites.

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Figure 10: Distribution statistique des coups de foudre [5]

La lecture de La courbe (3) (moyenne) indique que Lintensité d'un coup de foudre négatif atteindra des vaLeurs supérieures a 2 kA dans 99,7 % des cas. La vaLeur moyenne de Lintensité se situe vers 25 kA.

2.4i Caractéristiques des différents coups de foudre

Un coup de foudre est composé en généraL de pLusieurs décharges partieLLes (ramification d'un éclair) s'écouLant par Le même canal ionisé.

Tableau 3: Caractéristique des differents coups de foudre [5]

PARAMETRES	UNITE		PROBABILITE
Raideur max.	kA/ps	95%		50%	5%
Premier coup Coup subséquent Coup positif
		9.1 10 0.2		24 40 2.4	65 162 32
Energie spécifique	J/c) ou A2s	95%		50%	5%
Premier coup Coup subséquent Coup positif
		6.0 10^3 5.5 10^2 2.5 10^4		5.5 10^4 6.0 10^3 6.5 10^5	5.5 10^5 5.2 10^4 1.5 10^7

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Charge totale		C	95%	50%	5%
décharge négative décharge positive
			1.3 20	7.5 80	40 350
Durée totale		ms	95%	50%	5%
décharge négative décharge positive
			0.15 14	13 85	1100 500

NB : La définition des paramètres des coups de foudre est donnée en annexe 4. Commentaires sur le tableau

Le TabLeau 1 précédent montre notamment que :

? De L'observation des raideurs maximaLes, on peut dire que Les coups subséquents ont Leurs temps de montée beaucoup pLus rapides que Les premiers coups de foudre négatifs. Les temps de montée des coups positifs sont quant à eux significativement pLus Longs ;

? L'énergie spécifique d'un coup de foudre va en décroissant seLon qu'iL s'agit d'un

coup positif, d'un premier arc de foudre négatif, d'un coup subséquent ;

? La charge totaLe associée à une décharge négative est généraLement pLus faibLe que

ceLLe associée à une décharge positive ;

? La durée totaLe d'un coup de foudre positif est souvent pLus importante que ceLLe d'un coup de foudre négatif.

2.5 Energie de la foudre

Est-iL intéressant de capter L'énergie de La foudre ? C'est Là une question souvent posée. Mais avant de se poser cette question, iL est judicieux de se poser une autre question : queLLe est réeLLement L'énergie de La foudre ?

Supposons que Le champ éLectrique atmosphérique sous nuage orageux est de L'ordre de 20 kV/m. Donc La différence de potentieL nuage-soL avoisine 100 MV (qui correspond à une aLtitude de 5 km). En moyenne, un écLair transporte une charge de 20 C. Un écLair dure en moyenne 25 ms si on ne tient compte que d'un coup unique sans réiLLuminations :

? L'énergie de ce coup de foudre est donc : 100 MV ×20 C = 2 GJ ;

? La puissance instantanée de ce coup de foudre = 2 GJ/25 ms= 80 GW.

IL y a environ 2.5 millions de coups de foudre par an au Cameroun.

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? L'énergie annueLLe des coups de foudre = 5 000 TJ ;

? Ramenée a une puissance moyenne (sur 365 jours), ceLa donne : (5 000.10¹²)/ (365x24x3600)= 158 MW.

CeLa correspond a La consommation d'environ 73 000 foyers.

A titre de comparaison, Les puissances déLivrées par La centraLe hydrauLique d'Edéa (263 MW), La centraLe de SONGLOULOU (388 MW) et ceLLe de LAGDO (72MW).

Admettons que L'on veuiLLe tout de même récupérer cette énergie. Pour ceLa, supposons que L'énergie des coups de foudre soit captée par des paratonnerres de type frankLin. Une tige de 10 mètres de haut capte La foudre dans un rayon de L'ordre de sa hauteur, soit une aire de L'ordre de 300 m².

Sachant que La superficie du Cameroun est d'environ 475 442 km² et que La densité moyenne des coups est de 5, iL faudrait donc instaLLer environ 2 milliards de tiges. On imagine L'esthétique d'un teL réseau! Si L'on souhaite poursuivre ce raisonnement, si chaque tige pèse 5 kg, iL faudrait aLors investir une masse de cuivre de 10 milliards de kg. Même a 500 FCFA le kg, ceLa représente un coOt de matière première de 5 miles miliard de francs CFA !

De pLus, on imagine Les difficuLtés techniques qu'iL faudrait résoudre pour stocker une énergie aussi diffuse et aLéatoire que ceLLe de La foudre.

3 EFFETS DE LA FOUDRE

A L'instant oü La foudre a frappé un objet, Le courant de foudre est un courant éLectrique comme Les autres, qui circuLe suivant Les Lois ordinaires de L'éLectrotechnique et qui entrainent Les mêmes effets que ces derniers dans différents instaLLations.

3.1 Effets de la foudre sur les installations de télécommunication

ILs sont de deux types :

? Effets directs : ceux qui touchent directement L'équipement (effets thermiques, éLectrodynamiques, de défLagrations, éLectrochimique) ;

? Effets indirects : ceux qui infectent L'équipement indirectement (effets éLectromagnétiques, montées en potentieL et amorçage).

3.1.1 Effets thermiques

Les effets thermiques associés au phénomène de foudre peuvent être de pLusieurs sortes.

De manière généraLe, un courant éLectrique s'écouLant dans un corps conducteur entraIne son

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échauffement. Ce phénomène, quaLifié d'effet JouLe, peut être a L'origine, dans Le cas de La foudre, de La fusion des conducteurs dont Le voLume n'est pas suffisant pour évacuer La quantité de chaLeur générée par Les courants de foudre.

3.1i Effets de montées en potentiel et amorçages

L'amorçage (L'étinceLage ou arc éLectrique) se produit Lorsque La tension éLectrique entre deux points dépasse un seuiL qui dépend du miLieu isoLant et de L'éLoignement entre ces deux points. Ce phénomène transitoire se produit dans L'air Lorsque Le champ éLectrique est de L'ordre de 30 kV/cm.

Ces différences de potentieL peuvent ainsi occasionner :

? des destructions d'équipements éLectriques ou éLectroniques ;

? des cLaquages entre Les descentes de paratonnerre et des objets métaLLiques proches reLiés au soL, créant ainsi un risque important d'infLammation.

3.1.3 Effets électromagnétiques

Le canaL de foudre ainsi que Les éLéments écouLant Le courant de foudre a La terre génèrent

un champ éLectromagnétique. Des courants et tensions induits vont aLors apparaItre dans Les

conducteurs proches. Le potentieL généré autour du point d'impact est donné par I

2ðD ,

ñ

U =

avec ñ La résistivité du soL, I courant de foudre et D distance du point par rapport a L'impact.

Les différences de potentieLs en résuLtant peuvent a Leur tour entraIner des cLaquages dans Les éLéments éLectriques ou éLectroniques reLiés a ces conducteurs. Ces cLaquages peuvent être égaLement de forte intensité et créer un risque d'infLammation ou de destruction du même type que ceLui créé par Le coup direct.

Par aiLLeurs, certains équipements sensibLes aux perturbations éLectromagnétiques peuvent

être perturbés ou détruits par Le champ I

H =

créé par un écLair proche.

2ðD

3.1.4 Effets électrodynamiques

ELLes arrivent dès Lors qu'un courant fort circuLe dans un conducteur se trouvant dans un champ magnétique généré par des courants voisins. Ces effets peuvent être soient attractifs, soient répuLsifs suivant La disposition des conducteurs Les uns par rapports aux autres. Ces efforts peuvent atteindre de plusieurs centaines à plusieurs miliers de newtons pour des coups de foudre vioLents et conduisent a des ruptures de cabLes, déformation mécanique pouvant entrainer des arrachages de support (perforation du béton au niveau des fers a béton).

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3.1.5 Effets électrochimiques

Ces effets sont généraLement négLigeabLes sur Les instaLLations au soL, Les quantités de matières pouvant se décomposer par éLectroLyse restant faibLes, même pour des quantités de charges transférées importantes. Une surveiLLance des prises de terre reste cependant nécessaire (risque de corrosion, de fissure...).

3.1.6 Effets acoustiques ou de déflagration

Les forces éLectrodynamiques Liées au courant s'écouLant dans L'écLair créent une diLatation de L'air du canaL de foudre, accompagnée d'une éLévation de pression dans Le canaL.

Cette surpression et La disparition brutaLe de L'écLair, créent une onde de choc se propageant ensuite dans L'atmosphère. Cette onde de choc peut générer de fortes surpressions sur des structures avoisinantes (pyLônes, LocaL technique,...). Cette onde de choc se transforme progressivement en onde sonore au-deLà d'une dizaine de mètres.

3.2 Effets de la foudre sur les êtres vivants

IL était question pour nous d'avoir une idée sur Les effets qu'a La foudre sur Les instaLLations de téLécommunication. Mais, cependant, iL paraIt instructif de simpLement citer Les risques pour L'homme associés au phénomène de foudre, à titre indicatif, d'une part, et pour La protection éventueLLe des opérateurs sur site d'autre part.

3.2.1 Différents types de foudroiements

En ce qui concerne L'atteinte d'une personne par un coup de foudre, iL convient de distinguer :

? foudroiement direct : La décharge éLectrique se produit par impact direct de La foudre sur La personne ;

? Le foudroiement par éclair "latéral" : Le courant de foudre "descend" par un éLément faibLement conducteur avant de choisir un chemin de moindre résistance qui peut être une personne se situant à proximité ;

? Le foudroiement par "tension de pas" : Lorsque La foudre frappe un point au soL, on a aLors une différence de potentieL suffisante pour générer un courant passant par Les membres inférieurs d'un individu ou d'un animaL ;

? Le foudroiement par "tension de toucher" : La tension de toucher intervient comme mécanisme de foudroiement Lorsqu'une personne touche un objet conducteur Luimême parcouru par un courant de foudre.

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3.2.2 Les pathologies de la foudre

Le risque majeur des foudroiements est l'arrêt cardio-respiratoire. Comme dans Le cas des éLectrisations par courant de fréquence industrieLLe, seuLe La réanimation cardiaque et respiratoire immédiate peut sauver La victime.

Cependant, Le diagnostic de foudroiement peut poser des difficuLtés, La pathoLogie de La foudre n'étant pas toujours bien identifiée. Une erreur de diagnostic peut avoir de Lourdes conséquences, Le foudroiement s'accompagnant généraLement de compLications Lourdes.

Dans tous Les cas, un examen approfondi par un spéciaListe s'impose. Les types de Lésions générées par La foudre sont muLtipLes :

? Lésions neuroLogiques ;

? Lésions cardio-vascuLaires ;

? brOLures des tissus et des chairs ;

? Lésions traumatiques, auditives ou ocuLaires.



NB : A La suite d'un foudroiement, on observe rarement des brOLures internes profondes. C'est que jamais La totaLité du courant de foudre ne passe par L'intérieur du corps; bien au contraire, ce n'est qu'une faibLe fraction de ce courant qui Le traverse, La pLus grande partie s'écouLant par L'extérieur.

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CHAPITRE ₃ : ANALYSE D'INCIDENTS DUS A LA
FOUDRE

L'objet de ce chapitre est de mettre en Lumière Les conséquences engendrées par La foudre a travers queLques statistiques d'ordre généraL et une brève synthèse des incidents Liés a La foudre ayant affecté Les instaLLations d'OCM pour ce qui est de La zone LittoraL-Ouest.

1 STATISTIQUES GENERALES

1.1 Considérations factuelles Dans Le monde :

? on dénombre environ 20 millions d'orages par an (55 000 par jour). ILs sont moins fréquents aux Latitudes septentrionaLes ;

? La foudre frappe de 50 à 100 fois par seconde La surface terrestre. TotaL annueL mondiaL : 16 000 000 à 32 000 000 coups de foudre^IV.

Pour ce qui concerne Le territoire Camerounais, on estime a 120 orages^V et 2.5 millions de coups de foudre par an.

Les conséquences de ce phénomène atmosphérique sont particuLièrement importantes. Mais sur Le territoire Camerounais, Les connaissances en matière de foudre sont très précaires, de pLus, on constate La non existence d'organismes spéciaLisés dans L'agression foudre. Toutefois au sein d'OCM, Les dégâts occasionnés par Le sinistre sont pour La pLupart matérieL avec :

? destruction totaLe ou partieLLe des équipements GSM ;

? Groupe éLectrogène ;

? LocaL comptage.

D'un point de vue financier, Le coOt annueL des dommages se chiffre en millions de francs CFA.

1.2 Niveau kéraunique au Cameroun

L'activité orageuse d'une commune peut être quantifiée par un niveau kéraunique. Le niveau kéraunique noté N_k est défini, en un endroit donné, comme étant Le nombre de jours par an au cours desqueLs Le tonnerre est entendu. Les données coLLectées par des observateurs

IV INSTITUT NATIONAL DE L'ENVIRONNEMENT INDUSTRIEL ET DES RISQUES : INERIS (septembre 2001), Méthodes pour l'évaluation et la prévention des risques accidentels, Direction des Risques AccidenteLs (DRA) ; France.

V Extrait de La carte isokéraunique mondiaLe du monde entier étabLie par La NASA Lors des observations a L'aide d'instruments OTD et LIS d'AvriL 1995 - Février 2003 par Leurs experts.

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humains sont agrégées par Les organisations météoroLogiques ou Les grands expLoitants de réseaux éLectriques qui dressent des cartes de niveau kéraunique.

La précision de La mesure réaLisée dépend directement de La quaLité du réseau d'observation, c'est-à-dire en L'occurrence du maiLLage (découpage) du territoire, de La disponibiLité et de La fiabiLité des observateurs.

Les cartes de niveau kéraunique ont permis de dresser une cartographie de L'activité orageuse sur La terre et de réaLiser queLques études sur La saisonnaLité des orages.



Figure 11: Carte Isokéraunique du monde entier [12]

Au Cameroun, iL se situe en moyenne autour de 120 jours de tonnerre /an. 1.3 Densité de foudroiement au Cameroun

Notée N_g , cette grandeur, exprimée en Nombre d'impact ou de fLashs (ou d'arcs) par km²

et par an permet de comparer Le foudroiement pour des régions ou des périodes différentes. ELLe peut être caLcuLée sur une zone de forme et de taiLLe queLconque et prend en compte La totaLité des impacts détectés.

Cet indicateur donne une mesure précise de L'agression foudre d'un site, sans prendre en compte Les aspects éLectriques.

Dans Le monde, La carte de densité de foudroiement est :

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Figure 12: Carte de la densité de foudroiement du monde entier [7] Au Cameroun, eLLe se situé autour de 5 impacts/km²/an^VI.

NB : La détermination de La densité de foudroiement s'effectue aussi en fonction du niveau kéraunique par La reLationVII ,

N g = . · N k 1 25

0 02

IL s'agit d'une grandeur utiLisée dans La norme NF C 17-100 pour L'évaLuation du niveau de protection contre Les coups de foudre.

2 ANALYSE DiNCIDENTS DUS A LA FOUDRE

2.1 Présentation

L'anaLyse d'incidents menée dans Le cadre du présent mémoire a été étabLie a partir de données issues de La base de données d'OCM. Ainsi, L'anaLyse concerne 3 incidents survenus en Mai 2007, Février 2008 et Juin 2010 dans Les LocaLités de BIPAGA, PAMA (viLLe de Kribi) et La viLLe de Buea. Dans La suite, iL est fait un descriptif synthétique de ces incidents.

L'examen de ces incidents permet non seuLement de tirer des concLusions statistiques assez définitives, mais aussi de mettre en Lumière queLques-unes des principaLes caractéristiques des dégâts initiés par La foudre sur Les instaLLations de téLécommunication.

VI VaLeur moyenne [30, 40, 70] divisé par 10. Par La Loi empirique, nous avons 7 impacts/km²/an.

VII Extrait de La norme EN 62305-2 p62

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2.2 Résultats de l'analyse d'accidents 2.2.1 Cas de BIPAGA

SeLon Le rapport « remise en état du site de BIPAGA après incendie », L'incendie survenu La nuit du 07 au 08 Mai 2007 est partie depuis Les instaLLations AES SONEL (transformateur foudroyé) et s'est propagé sur :

? Le LocaL comptage ;

? Les deux compartiments (zone technique et zone GE) du sheLter.

IL s'agit d'un site BSC avec pyLône haubané de 75m, construit Le 26 janvier 2000 construit par CAMUSAT. Les dégâts occasionnés par Le sinistre sont :

? destruction quasi totaLe de tous Les équipements GSM (IDU et ODU, cLimatiseur 1.5CV, Baie d'énergie+Batteries, BTS Indoor, feeders+breteLLes,...) et groupe éLectrogène ;

? LocaL compteur brOLé.



Photo 2: Dégâts: CDC+câbles, shelter, GE, local comptage et disjoncteur principal + compteur [6]

La remise a niveau du site a été confié a CAMUSAT par La Direction Technique pour Les travaux de Génie CiviL et ALCATEL LUCENT pour Les instaLLations radio et FH. IL s'agissait de :

? connecter Le GE a La terre existante ;

? mesurer La terre sur site et refaire un regard d'équipotentiaLité pour Le réseau de terre ;

? vérifier L'empLacement de La patte d'oie ;

? faire 2 daLLes SheLter et LocaL GE + éLectrifier ;

? rempLacer Les Feeders, connecteurs et breteLLes ;

? faire Les kits de mise a La terre de tous Les Feeders ;

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? réaLiser montage du SheLter et instaLLation du LocaL GE ;

? rempLacer Le transformateur HTA/BT et compteur SONEL ;

? de démonter de L'ancien LocaL technique ;

? instaLLation d'un coffret parafoudre de type1 (dans Le LocaL GE) et un parafoudre type 2 dans Le sheLter sous Le TGBT dans Le sheLter.



Photo 3: Remise à niveau: Shelter GE, local technique, prise paratonnerre, local comptage, parafoudre
type 1 dans le shelter [6]

Le coOt de La remise a niveau du site a été évaLué a pLus de 20 millions de Francs CFA

Remarque : aucun parafoudre n'a été instaLLé en avaL du coffret compteur. Et pourtant, seLon Le pLan de masse, Le LocaL comptage est assez éLoigné des deux autres Locaux, en cas de surtension, iL est fort probabLe qu'avec La Longueur des câbLes que L'impédance de transfert puisse être accentuée.

2.2.2 Cas de PAMA

Nous n'avons pratiquement pas eu d'informations sur cet incident, principaLement sur Le mode d'agression de La foudre. Tout de même, nous avons retrouvé dans Les archives deux rapports d'intervention effectués par ALCATEL LUCENT pour La remise a niveau du site.

Les dégâts mentionnés sont Les suivants :
? Parafoudre type 1 endommagé ;

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Photo 4: Parafoudre type 1 détruit - Nouveau parafoudre type 1 [8]

? Liaison Pama-Bipaga détruite ;

? Liaison Pama-ferme suisse détruite

Les pertes du trafic sur Le site ont été estimé a 697 Erlang soit a peu près 6 273 000 FCFA (1 erLang=9 000 FCFA). La mise en service de La liaison Pama-Bipaga s'éLève a 2 163 787 FCFA et ceLLe de Pama-ferme suisse est 2 202 901 FCFA (devis ALCATEL LUCENT [4]).

2.2.3 Cas du site de la ville de Buea

La nuit du 28 au 29 juin 2010 dernier, La foudre s'est abattue sur Le poste HTA/BT aLimentant La station GSM. IL s'agit d'un site BSC avec pyLône autostabLe de 72 m.

Suite a L'expertise des agents d'expLoitation d'OCM et ceux d'AES SONEL, Les dégâts suites au sinistre sont Les suivants:

? Perte du transformateur HTA/BT ;

? FusibLe HTA et BT aérien ;

? Coffret {Compteur+ Disjoncteur principaL (AGCP)} d'AES SONEL ;

? Carte de gestion du coffret inverseur du GE.

Le constat est qu'hors mis La carte de gestion du coffret inverseur du GE, aucun équipement de La station GSM n'a été infecté par Le sinistre.

La remise a niveau du site, pour La pLupart, a été fait par Les agents d'AES SONEL, Le rempLacement de La carte du coffret et une révision généraLe par Les agents d'OCM.

Remarque : La surtension induite par Le coup de foudre sur Les Lignes BT annihiLée efficacement par Les parafoudres type 1 et type 2 de marque DEHN. Notons encore une fois que La non prise en compte de La prise de terre des infrastructures d'AES SONEL a faiLLi être La cause d'énormes pertes.





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OPTIMISATION DE LA PROTECTION



Photo 5: Dégâts: coffret comptage+ disjoncteur principal+Transformateur HTA/BT et fusible BT [1] 2.3 Conclusions relatives à l'analyse d'incidents.

La foudre représente une cause significative d'incident majeur en miLieu de téLécommunication, dont Les dommages peuvent se chiffrer, pour une instaLLation, a pLusieurs miLLions de francs.

En termes d'incident, La foudre conduit principaLement a des incendies (cas de BIPAGA).

Dans tous Les cas étudiés ci-dessous, L'incident initié par La foudre a conduit a une propagation du sinistre par effet de jouLe.

La foudre peut conduire a un sinistre de manière indirecte en entraInant La défaiLLance d'organes éLectriques de sécurité ou de contrôLe (cas du site de La viLLe de Buea).

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CHAPITRE 4 : ETUDE GENERIQUE POUR LA
PROTECTION CONTRE LA FOUDRE

Ce chapitre présente dans un premier temps Le contexte normatif dans LequeL s'inscrira L'étude de protection foudre, dans un deuxième temps, présente La démarche adoptée pour La réaLisation de L'étude et enfin, passer a L'appLication aux cas des stations GSM d'Orange Cameroun.

1 CONTEXTE NORMATIF

Les premiers paratonnerres ont été mise en pLace au xVIII^e siècLe, mais Les utiLisateurs ne savaient pas si Le dispositif repoussait ou attirait La foudre, mais iL protégeait efficacement Les édifices. Ainsi, Les paratonnerres deviennent impératifs sur certaines instaLLations. C'est ainsi que La protection contre La foudre fut introduite dans Les textes des normes de certains pays, mais vu La situation actueLLe du Cameroun sur La connaissance du sinistre, pour mener a bien L'étude nous nous servirons de normes françaises et internationaLes qui ont été rédigé pour garantir une protection optimaLe de La popuLation, des biens et de L'environnement. Une partie de ces textes comprend un voLet qui traite de La protection contre La foudre. A L'instar :

1.1 Protection d'une structure contre les effets directs de la foudre

? NF C 17-100 (juillet 2000) : protection contre La foudre - instaLLations de paratonnerres ;

? NF C 17-102 (décembre 2001) : protection des structures et des zones ouvertes contre La foudre par paratonnerre a dispositif d'amorçage ;

? La série CEI/ EN 62305 -(1 à 3) : principe, évaluation et mesures de protection de structure (juin 2005-septembre 2006).

1.2 Protection de l'interface électrique contre les surtensions et impulsions électromagnétiques d'origine atmosphérique

? Le guide pratique UTE C 15-443 (juillet 1996) : Protection des instaLLations éLectriques BT contre Les surtensions d'origine atmosphérique-Choix et instaLLation des parafoudres ;

? CEI 61643-1 (octobre 1995) : dispositifs de protection contre Les surtensions connectés aux réseaux de distribution basse tension. Certifie La sécurité du parafoudre et ses paramètres de fonctionnement ;

? ISO 11801 et CEI 50 173 (avril 2005) : règLe de câbLage pour obtenir une instaLLation de quaLité et performante.

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2 DEMARCHE GLOBALE DE PROTECTION CONTRE LA FOUDRE

A La Lumière des recommandations normatives citées pLus haut et au regard des pLans proposés par L'INERIS et GESIP, Le pLan type que nous utiLiserons pour La réaLisation de L'évaLuation du niveau de protection foudre est Le suivant :

? Introduction ;

? Description des instaLLations ;

? EvaLuation des protections nécessaires (réaLisation d'une ARFS) ;

? AnaLyse critique et préconisation de protection (éLaboration d'une ET) ; ? ConcLusion.

Le contenu de chacun de ces points-cLés sera précisé dans Le paragraphe ci-dessous.

2.1 Présentation du contenu des principaux points d'une étude foudre

L'objet des paragraphes a venir est de présenter La démarche généraLe retenue pour La réaLisation de L'étude de protection foudre.

2.1.1 Introduction

ELLe indique Le contexte, ainsi que Les objectifs a atteindre au cours de L'étude.

2.1i Description des installations

La partie descriptive des instaLLations a pour objectifs :

? didentifier Les instaLLations prises en compte dans L'étude ;

? de fournir Les données qui servent aux caLcuLs de L'efficacité des protections

nécessaires a chaque instaLLation (Longueur, Largeur, hauteur, densité de

foudroiement LocaL, type de structure, environnement immédiat, contenu) ; ? de préciser Les zones a risque (incendie, expLosion, Les procédés a risques) ; ? dindiquer Les équipements dont La défaiLLance entraIne :

/ une interruption partieLLe des activités,

/ L'arrêt totaL des activités,

/ une condition aggravante a un risque d'accident,

/ une cause d'accident.

IL s'agit d'une phase cruciaLe pour La suite de L'anaLyse dans La mesure oü eLLe définit Les principaLes hypothèses et données d'entrée permettant d'évaLuer Les niveaux de protection nécessaire et existante du site étudié. La coLLaboration du responsabLe du site est importante pour tendre vers pLus d'efficacité.

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2.1.3 Evaluation des protections nécessaires : réalisation d'une ARFS (Analyse Risque Foudre Simplifiée)

Pour garantir L'intégrité des instaLLations, L'anaLyse des effets de La foudre doit prendre en compte Les effets directs et indirects. Pour évaLuer La pertinence du système de protection foudre actueL, nous aLLons appuyer excLusivement aux normes énoncées pLus haut. En pLus, nous aLLons réaLiser en conformité a ces normes, L'appLication « Analyse Risque Foudre Simplifiée » qui serait utiLe pour L'étude préaLabLe de protection foudre avant La construction d'une station GSM dans une zone.

2.1.3.1 Détermination du besoin de protection contre les effets directs : Evaluation probabiliste

L'évaLuation probabiListe du risque ne présente pas un caractère d'obLigation. Toutefois, Les résuLtats permettent une cLassification des risques et donc de définir des priorités dans Le choix des protections et de vérifier La pertinence d'un système de protection.

IL existe seLon La norme NF C 17-100, quatre principaux dispositifs de protections externes que sont :

? La pointe paratonnerre a tige simpLe ;

? La pointe paratonnerre a dispositif d'amorçage ; ? Le Paratonnerre a fiL tendu ;

? Le Paratonnerre a cage maiLLée.

2.1.3.1.1 La Pointe du paratonnerre à Tige Simple (PTS)



Photo 6: Pointe Paratonnerre à Tige Simple sur pylône^VIII

2.1.3.1.2 La Pointe du paratonnerre à Dispositif d'Amorçage (PDA),

Tout comme Le PTS, on Le pLace aux points hauts. On évaLue son efficacité en comparant, en Laboratoire, L'instant d'amorçage du traceur ascendant qu'iL émet a ceLui qu'émet un PTS. Cette efficacité est L'avance a L'amorçage (ionisation de L'air

VIII Extrait de L'Avant Projet DétaiLLé p102 du site NDOBO RAIL de La viLLe de DOUALA : Archive OCM

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avec assez d'avance par rapport a d'autres traceurs) caractérisant Le PDA et est évaLuée en i.Js. L'avance a L'amorçage maximum toLérée normativement est de 60 us.



Photo 7: Pointe paratonnerre à dispositif d'amorçage [13]

L'évaLuation du risque de foudroiement sur une structure est réaLisée seLon La norme NF C 17-100 en trois étapes :

? caLcuL de La surface équivaLente A_e de captation de La foudre ;

? caLcuL de La fréquence attendue Nd de coups de foudre directs sur La structure ; ? caLcuL de La fréquence acceptée N_c de coups de foudre directs sur La structure.

L'évaLuation des ces indicateurs foudroiement est incLue dans L'appLication VBA « Analyse Risque Foudre Simplifiée » dont une présentation détaiLLée est faite en annexe 9.

2.1.3.2 Détermination du besoin de protection contre les effets indirects

L'utiLité de mise en pLace de dispositifs de protection contre Les effets indirects de La foudre est mise en exergue dans L'appLication « Analyse Risque Foudre Simplifiée ». Toutefois, iL important de rappeLer queLques notions sur Le choix des parafoudres (aérien et BT) a instaLLé sur des stations GSM.

2.1.3.2.1 Choix d'un parafoudre

I. Généralités sur les parafoudres

La protection contre Les surtensions a pour but de maintenir La continuité de service et de réduire ses effets a un niveau acceptabLe pour La sécurité des personnes et des biens. La principaLe caractéristique des parafoudres est Leur rapidité de réponse.

Ces surtensions transitoires arrivent a pLusieurs kV en peu de lis. Pendant ce temps de monté, iL arrive un moment oü Le parafoudre n'agit pas et cette tension croissante arrivera aux équipements reLiés.

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On retrouve dans Les sites de téLécommunication, deux catégories de parafoudres suivant Le mode d'adduction énergie ou téLécom :

? parafoudre des Lignes BT (réseau éLectrique) ;

? parafoudre des Liaisons coaxiaLes (réseau téLécom).

II. Choix d'un parafoudre pour BT

Le parafoudre se caractérise par sa tension admissibLe U_c, ses pouvoirs de décharge _Imax et I_n, ainsi que son niveau de protection U_p.

Tableau 4: Caractéristiques d'un parafoudre^IX

CARACTERISTIQUES	DEFINITIONS
Tension admissibLe Uc	Tension maximaLe a 50 Hz que peut supporter Le parafoudre en régime permanent
Niveau de protection Up	Tension aux bornes du parafoudre lors du passage du courant In
Pouvoir de décharge Imax	Courant de décharge maximal que peut écouler le parafoudre une seule fois sans dommage. Cette valeur est mesurée à partir de l'onde d'essai 8/20us.
Pouvoir de décharge In	Courant de décharge nominaL que peut écouLer Le parafoudre 20 fois sans détérioration. Cette vaLeur est mesurée a partir de L'onde d'essai 8/20ps.
Courant de foudre maximaL Iimp	C'est Le courant que peut écouLer a La terre, un parafoudre de type 1 (en présence d'un paratonnerre). Cette vaLeur est mesurée a partir de L'onde d'essai 10/350ps.

Les 90% des surtensions d'origine atmosphérique peuvent être modéLisées a partir des 2 ondes de courant typiques :



Figure 13: protection contre les coups de foudre indirects (surtension) onde 8/20us et protection contre les
coups de foudre direct onde 10/350us [10]



NB : dans Les configurations du progicieL, iL est impLémenté un voLet concernant L'utiLité et Les caractéristiques du parafoudre type 1 a instaLLé sur site. De pLus un compLément beaucoup pLus précis est faite au niveau de L'Etude Technique (ET).

IX Extrait du Guide UTE C 15-443, p35

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III. Choix de parafoudres pour les liaisons coaxiales

La séLection du parafoudre adapté au réseau de communication s'effectue seLon Les critères suivants :

? Niveau de protection des équipements raccordés a des réseaux de transmission tant externes qu'internes ;

? Fréquence de fonctionnement de La bande ;

? La puissance et La tension véhicuLées dans Le réseau de transmission.

IL est impératif que :

? Le parafoudre soit connecté au circuit de terre de L'instaLLation (comme L'équipement protégé) ;

? Le sens entrée/sortie (ou Ligne/équipement) du parafoudre doit être respecté pour éviter Le coupLage.

2.1.3.3 Analyse économique

Une évaLuation économique pour chaque système de protection choisi est essentieLLe dans La démarche quaLité-prix. En effet, IL s'agit d'évaLuer, Le coOt du système de protection actueLLe et La vaLeur des pertes annueLLes obtenue par utiLisation de ces moyens de protections ; que nous aLLons par La suite, comparer avec Le coOt des moyens de protection préconisé en se référent uniquement sur L'efficacité des deux types de protections.

Donc le problème est de minimiser le coût de protection tout en maintenant une meilleure efficacité.

2.1.4 Analyse critique et Préconisation de protection (élaboration d'une Etude Technique)

L'objectif de cette partie est d'améLioration Le système de protection actueL. ELLe est une mise en exergue de L'existant, ensuite L'éLaboration d'une ET (seLon Les normes) et enfin suivant Les écarts énumérer des soLutions compLémentaires ou rectificatrices.

2.1.4.1 Etat des lieux

Une présentation détaiLLée du système de protection est faite au chapitre 1. Pour L'évaLuer, nous aLLons La comparer avec Les prescriptions des normes. Ceci concerne La partie ci-dessous.

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2.1.4.2 Elaboration d'une étude technique

Contre Les effets éLectromagnétiques de La foudre, Les deux équipements de protection (paratonnerre et parafoudre) ne se révèLent guère efficace. En effet, iL se pose Les probLèmes suivants :

? CompatibiLité ELectromagnétique (CEM) ;

? ProbLème foudroiement par « tension par pas » et « tension au toucher ».

Une fois Le niveau de protection nécessaire est défini par ARF, L'objectif de L'ET est de définir de façon détaiLLée Les IEPF et Les IIPF seLon Les normes de La série NF EN 62305-2, ainsi que Les moyens de protection compLémentaires éventueLs (bLindage, cheminement des cabLes, ...), de préventions auxiLiaires (aLerte d'orage, détecteur de foudre,...)

2.1.4.2.1 Protection contre les effets directs de la foudre

Le niveau de protection étant connu, L'objectif ici est d'instaLLer L'(es) équipement(s) de protection extérieurs contre La foudre. Autrement dit, iL faut définir :

? L'empLacement des différents éLéments de L'instaLLation (au moins a 3 m de La descente) ;

? Le tracé de La descente ;

? L'empLacement et Le type de La prise de terre.

I. Positionnement du paratonnerre

A. Zone protégée

ELLe est déLimitée par L'enveLoppe de révoLution de même axe que Le paratonnerre et définie par Les rayons de protection correspondant aux différentes hauteurs h.

Si L'on décide d'utiLiser un PTS, Le rayon de protection est déterminé par Le modèLe de La sphère fictive, mais dépend de La hauteur h par rapport au point haut a protéger et du niveau de protection choisi :

R_p = 0.6 · h · ( 2R -h )



Par contre dans Le cas d'un PDA, Le rayon de protection dépend en pLus de son avance a L'amorçage.

R p = 0.6 · h · (2R - h) + Ä L · (2R + ÄL)



Note : vu Le niveau kéraunique probabLe au Cameroun, Les performances d'un paratonnerre sur un site sont soumises a un coefficient de sécurité de 40%

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Ä L (m) = V ( m ì s) · Ä T ( ì s) avec ÄT : avance à l'amorçage du PDA par rapport au PTS

B. Matériaux et dimensions

La (Les) partie(s) des paratonnerres écouLant Le courant de foudre sont en cuivre, métaL cuivreux ou en acier gaLvanisé. La tige a une section conductrice supérieure a 120 mm².

II. Mise en oeuvre

A. Paratonnerre

La pointe paratonnerre doit être située a au moins 2 m au-dessus de La zone qu'iL protège, y compris Les antennes. Le conducteur de descente est fixé au paratonnerre par L'intermédiaire du système de connexion qui se trouve sur La tige support. CeLui-ci est constitué d'un dispositif mécanique adapté assurant un contact éLectrique durabLe

B. Mât rallonge

IL permet éventueLLement de suréLevé Le paratonnerre. En cas de haubanage par des haubans conducteurs, ceux-ci sont reLiés, aux points d'ancrage bas, aux conducteurs de descente par des conducteurs spécifiques.

C. Conducteurs de descente

Destinés a écouLer Les courants de foudre des dispositifs de capture vers Les prises de terre, iLs sont disposés a L'extérieur de La structure. Une seuLe descente est suffisante dans Le cas oü La projection horizontaLe du conducteur est supérieure a sa projection verticaLe. Le conducteur de descente est impLanté de teLLe sorte que son parcours soit Le pLus direct possibLe, ceci en tenant compte de L'empLacement de La prise de terre. IL doit être Le pLus rectiLigne possibLe en empruntant Le chemin Le pLus court, en évitant tout coude brusque ou remontée. Le tracé des descentes doit être choisi de manière a éviter La proximité des canaLisations éLectriques et Leur croisement. De même, Le contournement des acrotères ou corniches est a éviter, de peur d'avoir un danger de cLaquage diéLectrique. Les fixations des conducteurs se font sur La base de trois fixations au mètre et Le raccordement avec entre conducteur s'opère par serrage avec des pièces de raccordement de même nature, par rivetage pLein, par soudure. ILs doivent être protégés sur 2 m a partir du soL a L'aide de fourreaux contre Les chocs mécaniques éventueLs.

Les conducteurs de descente utiLisés sont définis dans Le tabLeau suivant :

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Tableau 5: Propriétés des conducteurs de descente paratonnerre^X

CONDUCTEURS DE DESCENTE
Matière	Observations	Dimensions minimales
Cuivre	Recommandé pour sa bonne conductibiLité éLectrique et sa tenue a La corrosion	Tresse étamé de 16 mm^2 minimum Rond (troLLey) Ö8 mm PLat de cuivre de 30×2 mm
Acier inoxydabLe	Recommandé dans certaines atmosphères corrosives	Rond (troLLey) Ö8 mm PLat d'acier de 30×2 mm CabLe nu 50 mm^2 minimum
aLuminium	Doit être utiLisé sur surfaces en aLuminium	Rond (troLLey) Ö8 mm



NB : vu Le caractère impuLsionneL du courant de foudre, Le conducteur pLat offrant à section identique une pLus grande surface extérieure est préféré au conducteur rond. Ce dernier en cuivre étamé vue ses propriétés physiques, mécaniques et éLectriques.

Pour effectuer Les mesures de La prise de terre, sur chaque conducteur de descente, on retrouve a environ 2 m au-dessus du soL, une borne de mesure. De pLus, si un compteur de coups de foudre est prévu, iL doit être instaLLé sur Le conducteur de descente Le pLus direct, et au-dessus de La borne de mesure et, dans tous Les cas, a environ 2 m au-dessus du soL.

2.1.4.2.2 Protection contre les effets indirects I. Localisation des parafoudres

A. Cas des lignes BT

Les parafoudres se raccordent en dérivation de L'instaLLation a protéger, entre Les conducteurs actifs et La terre.

L'énergie contenue dans L'onde de choc est teLLe que pLusieurs étages de parafoudres sont nécessaires pour La ramener a un niveau suffisamment bas.

Un parafoudre de type 1 pLacé en tête (en avaL du disjoncteur de branchement) de L'instaLLation brise L'onde de foudre et supprime une grande partie de son énergie.

X Extrait de La norme NF C 17-102 de Décembre 2001 ; p25

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La tension résidueLLe appLiquée aux équipements éLectriques, est à son tour Limitée grace au second étage de protection réaLisé par des parafoudres de type 2.

EventueLLement un troisième étage de protection peut être envisagé au pLus près de L'instaLLation sensibLe.

La coordination de parafoudres peut être natureLLe si La Longueur des cabLes entre parafoudres est suffisante (environ 10 m) car L'onde de surtension peut être ampLifiée par L'impédance de La Ligne jusqu'à augmenter de 1 KV aux bornes du matérieL. Si teL n'est pas Le cas (configuration de L'instaLLation éLectrique impose), eLLe sera réaLisée par L'insertion d'inductances dimensionnées en fonction du courant de Ligne.

Des précautions d'instaLLation s'imposent notamment en Longueur totaLe de conducteurs de raccordement qui ne doivent pas excéder 0.5 mètres.

NB : iL est recommandé de dédier une protection spécifique au parafoudre afin de s'affranchir d'une éventueLLe fin de vie en court-circuit. Cette protection devrait être capabLe d'interrompre Le défaut, donc agir Le pLus rapidement possibLe avec une capacité de coupure appropriée. Par contre, eLLe ne doit pas réagir au courant nominaL de décharge (I_n). En théorie, 2 soLutions sont possibLes : Fusibles ou Disjoncteur.

Le tabLeau ci-dessous compare Les 2 soLutions en fonction des comportements requis.

Tableau 6: Comparaison des dispositifs de déconnexion [10]

PARAMETRE	FUSIBLE	DISJONCTEUR
Chute de tension (améLioration de Up)	+	-
Comportement en courant impuLsionneL	+	-
Icc	+	-
Compacité	-	+
Coüt d'acquisition	+	-
TéLésurveiLLance d'état	+	+

Du tabLeau, iL convient de dire que L'utiLisation de fusibLe constitue La soLution de déconnecteurs associés aux parafoudres La mieux adaptée.

Le caLibre minimaL de ce déconnecteurs est fonction de La vaLeur du courant maximaL de décharge _Imax du parafoudre :

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Tableau 7: Calibres fusibles et disjoncteur [18]

Imax (kA)	Calibre du fusible gG-gL (en A)	Calibre du disjoncteur courbe C (en A)
8 à 20	16	10
25 à 35	80	25
40 à 120	125	50

B. Cas des composants aériens^XI

La mise à La terre gLobaLe des composants aériens est un point très important. Les raisons d'une mise à La terre gLobaLe sont :

? Protection contre Les coups de foudre avoisinants ;

? Evacuation de L'éLectricité statique (courants de défaut) dans Les cabLes et Les équipements.

Les dérivations de toutes Les parties métaLLiques et notamment du cuivre (bLindage) des cabLes coaxiaux résoLvent Le premier point. C'est pourquoi toutes ces connections doivent être pLacées à chaque endroit oü La foudre pourrait être modifiée ou court-circuité. Donc :

? Les parafoudres sont instaLLés pour éviter toute surtension au niveau de La BTS. Comme Les antennes et Les BTS génèrent beaucoup d'éLectricité statique et de parasites ;

? Une mise à La terre doit être instaLLée sur Le chassis de L'antenne (sur La fixation basse dans certains cas).

II. Equipotentialité des masses métalliques et IIPF

Dans La recherche de L'efficacité d'une protection contre Les surtensions d'origine atmosphérique, La réaLisation de L'équipotentiaLité est aussi importante que Le choix des parafoudres.

Le principe consiste à reLier entre eux, par un conducteur, Les masses des matérieLs éLectriques et éLectroniques et Les éLéments conducteurs seLon Les principes d'un Réseau de Masse Maillée (RMM).

XI Le terme "aérien" concerne Le système compLet composé d'antennes, de cabLes coaxiaux, connecteurs et d'éLéments paraLLèLes comme Les kits de terre. Par extension, Les aériens comprennent tous Les composants entre La BTS et L'interface air.

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A. Réseau de masse : cas des sites radiocommunication

IL est constitué d'un ensembLe de structures conductrice interconnecté qui constitue un écran éLectromagnétique pour Les systèmes éLectroniques et personnes, de La fréquence zéro (courant continu) jusqu'aux fréquences radioéLectriques basses. IL comprend :

? Les canaLisations métaLLiques ;

? Les ferraiLLages du bâtiment ;

? L'IEPF et IIPF ;

? Les conduites de distribution d'énergie ;

? Chemin de câbLes et conducteurs d'équipotentiaLité ; ? Les bâtis ;

? Les baies et coffrets d'équipement associés ;

? ...

Tous reLiés au puits de terre, ainsi qu'entre eux en des points muLtipLes avec une impédance minimaLe réaLisabLe en faisant des Liaisons de mise a La masse Les pLus courtes possibLes.

La configuration d'un RMM comporte Les éLéments suivants :

? Une ceinture de masse (CM) située en partie basse des Locaux. IL est constitué d'un conducteur en troLLey de Ö8 mm ou en pLat de cuivre de 30 mmx2 mm fixé sur des coLLiers métaLLiques. Situé entre 0.20 et 0.60 m du soL de référence en fonctions de divers obstacLes ;

? Une structure métaLLique située en partie haute des Locaux (baie, coffret, chemin de câbLes, supports bureaux et informatiques,...) ;

? Les Liaisons entre La CM et La structure métaLLique haute (au moins 4) ; ? Les Liaisons entre La CM avec Les Barres de terre ;

? Toutes Les parties métaLLiques (charpente métaLLique, canaLisation d'eau, etc.) et Les structures métaLLiques (pLateLage, gaine de cLimatisation, etc.) pénétrant dans Le pLanché doivent être reLiées au réseau de masse ;

? Des conducteurs suppLémentaires (pLat de cuivre, troLLey, tresse, câbLe nu) sont ajoutés pour assurer un maiLLage compLet.

La résistance mesurée entre deux points queLconques du RMM ne doit pas dépasser 5 mU. Sur un RM, seuLes Les connexions bouLonnées, serties, brasées ou soudée par aluminothermie

B. Chemins de câbles métalliques

Pour atténuer Les effets de transmission des perturbations éLectromagnétiques émissent par

La foudre, iL faut étabLir une bonne CEM (diminuer ou supprimer L'infLuence soit de La foudre,

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soit du coupLage et soit du système victime). Ainsi, pour ceLa un chemin de cabLe métaLLique, intégré au réseau de masse, convient parfaitement.

L'efficacité d'un chemin de cabLe est basée sur sa continuité éLectrique. En effet, sa structure métaLLique absorbe une partie de La perturbation et La transforme en bruit. IL faut néanmoins pour ceLa respecter Les règLes de L'art de L'instaLLation éLectrique :

? Séparer Les cabLes de puissances, des cabLes d'informations de 20 cm minimum ; ? Leur section est adaptée au besoin ;

? Un compartimentage permet La séparation des cabLes, sinon Les attacher avec des coLLiers pLastiques sur des « Lignes » différentes ;

? Assurer La continuité éLectrique : raccordement bout a bout par des cornières d'écLissage et du fer pLat perforé visée par des bouLons poêLiers en face du raccord ou par chevauchement des trois faces ;

? ReLier Les chemins de cabLes au réseau de masse tous Les 15 à 20 m ou au minimum aux 2 extrémités ;

? ReLier Les chemins de cabLes entre eux tous Les deux mètres Lorsqu'iLs ont un

parcours paraLLèLe et au croisement La Liaison peut être assuré par des consoLes ;
? ILs sont posés sur des consoLes ou traverse prévues a cet effet et situés a une

distance minimaLe de 5 cm du mur et 15 cm du plafond ;

? RéaLiser un étiquetage du chemin pour préciser La nature des cabLes mis en cuvre (aLternatif, continu, signaux).

C. Mise à la terre

C'est L'ensembLe des moyens mis en oeuvre pour reLier une partie métaLLique conductrice a La terre.

De manière généraLe, La mise a La terre est constituée :

? prise de terre ;

? barres de terre ;

? conducteur de terre.

La prise de terre est un corps conducteur ou un ensembLe de corps conducteurs enterré dans Le soL et éLectriquement en contact avec ceLui-ci, ou intégré dans du béton, LequeL étant en contact avec un soL sur une Large surface (par exempLe cas des fondations des pyLônes d'OCM).

IL existe deux grandes famiLLes de prise de terre :

? ceLLes devant éLiminer des courants de foudre ;

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? ceLLes devant éLiminer des courants industrieLs.

SeuLe La première famiLLe nous importe pLus dans Le cadre de notre étude.

Dans ce cas, vue La nature impuLsionneLLe du courant de foudre et afin d'assurer Le meiLLeur écouLement possibLe dans La terre tout en minimisant Le risque d'apparition d'une surtension dangereuse a L'intérieur du voLume a protégé, une prise de terre unique doit être réaLisée.

2.1.4.3 Préconisation de protection

Pour une protection efficace contre Les effets du sinistre, iL est important, vu Les changements cLimatiques et La physionomie différentes par région, de réaLiser une ARF pour définir précisément Le niveau de protection nécessaires aux instaLLations. ELLe est modéLisée a travers une appLication VBA « Analyse Risque Foudre Simplifiée ». Une présentation détaiLLée du progicieL est faite en annexe 9.

2.1.4.3.1 Dispositions particulières
A L'issue de l'ARFS, nous avons :

? Le niveau de protection nécessaire ;

? Les caractéristiques minimaLes importantes du parafoudre type 1 (U_c, _Imax, Up) et La nécessité du besoin de protection secondaire (parafoudre type 2) ;

? Hauteur et évaLuation de La protection des effets directs foudre (PTS et PDA).

I. Protection contre les effets directs des coups de foudre A. Installation paratonnerre et descente

a. Installation pointe paratonnerre

Le cahier de charge d'OCM préconise un cône de protection de 60° avec Le haut des antennes. Pour une hauteur^XII de 2.4 m, nous avons approximativement a un rayon de protection de 3.5 m (surface de protection : 38.5 m²).

Par aiLLeurs, Les configurations de La pLupart des sites d'OCM se présentent comme suit :

? Cas des sites avec pyLône haubané-superficie : 340 m², avec L=20.00 et L=17.00 m ; ? Cas des sites avec pyLône autostabLe-superficie : 14 m², avec L=7 et L=7 m.

Du fait que La position de La pointe est variante, IL est cLair que non seuLement, toute La zone technique n'est pas entièrement dans tous Les cas protégée contre Les coups de foudre directs, mais aussi La surface de captation de coups de foudre du a La présence du pyLône n'est pas entièrement protégé.

XII Hauteur de La pointe paratonnerre La pLus utiLisée.

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MaLgré L'utiLisation de mât de raLLonge, Le moyen Le pLus efficace est d'utiLiser Le progicieL qui suivant Les dimensions de La zone à protégée (zone de captation foudre), vous donnes La hauteur de La pointe et Le rayon de protection correspondant.

b. Installation de la descente

ELLe est faite sur La membrure pyLône La pLus éLoignée des instaLLations GSM (3 m minimum). ELLe doit être fixée en trois points par mètre sur cette dernière par des coLLiers en acier inoxydabLe.

Un détecteur de foudre à mouLin^XIII par exempLe et éventueLLement un compteur de foudre

doivent être présent pour Les sites ayant au L'ARFS recommande un niveau de protection I+MC,

I ou II et aussi ceux ayant déjà subit des dommages.

B. Installation de la prise de terre paratonnerre

L'instaLLation de La prise de terre sur Les sites d'OCM est en règLe au vu de La norme NF C 17-102. Toutefois, Lorsque La résistivité du terrain ne permet pas d'obtenir, avec Les dispositions utiLisées actueLLement, une résistance de terre inférieure à 10 0, Les dispositions compLémentaires suivantes peuvent être utiLisées :

? MuLtipLier Le nombre de prises de terre en Les raccordant entre eLLes ;

? AppLiquer un traitement qui permette une diminution de L'impédance et possède un haut pouvoir d'écouLement (par exemple : conductiver plus commercialisé au Cameroun par technologie zentrum).

De pLus Les conditions de proximité de La prise de terre paratonnerre avec Les instaLLations BT, HTA, conduite métaLLique des gaz n'est pas prise en compte dans La construction d'une station GSM. En effet, iL s'agit de faire des distances de découpage suivant Le tabLeau cidessous :

Tableau 8: Conditions de proximité [10]

Service concerné	Distance minimale
	Résistivité du sol =500 ?m	Résistivité du sol >500 ?m
Prise de terre HTA	8 m	16 m
Terre du neutre (poteau BT aLimentant Le site)	(2 m	4 m
Conduites métaLLiques de gaz	2 m	5 m

XIII IL est composé d'une sonde de détection des perturbations éLectromagnétiques et d'un boitier de contrôLe reLiés par un câbLe tressé. La sonde est fixée en haut du mât et Le boitier sur raiL DIN affichant Le niveau de perturbation grâce à une écheLLe Lumineuse. Son rayon de détection est de 5 à 10 km. IL permet Le régLage de deux seuiLs d'aLerte (environ 20 à 30 minutes avant L'orage). L'aLerte pourra être câbLée dans La baie d'énergie. Son aLimentation 48 Vcc et son prix d'achat 339 880 FCFA (TTC) (modeL SURTELEC).

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II. Protection contre les effets indirects de coups de foudre

A. Réseau de masse

Le réseau de masse observée pour La pLupart, ne présente aucune configuration, toutefois L'interconnexion des différentes masses et La connexion au puits de terre est faite. SeuLe L'impLantation des équipements sur site est a revoir car nous ne savons si Les distances de sécurité entre cabLes sont respectées et L'utiLisation queLque fois abusives des conducteurs de masse et de terre (shunt et pLat de cuivre étamé).

Dans Le souci de sOreté de fonctionnement et dans Le respect des recommandations du guide pratique UTE C 15-900, nous proposons un pLan de masse maiLLé pour ce qui est des sites Outdoors avec pyLône autostabLe. QueLques retouches pourront y être apportées suivant Les dimensions de La zone technique du site et des équipements en pLace :



Figure 14: Plan de masse sites BTS Outdoors

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Figure 16: plan de masse de la niche compteur

Figure 15: Plan de masse du local GE



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NB : Le compteur doit être Le pLus près possibLe du soL.

Pour Le cas des sites Indoors, L'impLantation est La même, Le seuL changement réside dans Le fait qu'au Lieu d'avoir un abri BTS, nous avons pLutôt un sheLter.

Cette impLantation est assez optimaLe. En effet :

? Accès rapide et simpLe au LocaL GE pour y effectué des opérations de maintenances éventueLLes ;

? UtiLisation réduit de CDC et une séparation optimaLe entre Les câbLes y circuLant ;

? Respect de La distance de sécurité qui sur Le pLan de masse de La figure 28 est 3.4

m. IL faudra toujours La maintenir au meiLLeurs au dessus du seuiL de 3 m ; ? Baie d'énergie près du LocaL compteur et à L'intérieur de « L'abri BTS » ; ? Le TGBT est incLus dans La niche compteur.

B. Localisation et installation des parafoudres-schéma électrique de distribution et d'alimentation d'un site

a. Localisation et installation des parafoudres

i. Cas des lignes BF

Les règLes de L'art d'instaLLation des parafoudres sont exécutées conformément au guide UTE C 15-443. A La Lumière des expLosions assez répétitive des parafoudres (SURTELEC, SOULE), nous préconisons L'utiLisation de parafoudre avec réserve de protection et téLésignaLisation, dont L'aLarme pourrait être câbLée dans La Baie d'énergie, à L'occurrence L'utiLisation de parafoudre débrochabLe HAGER (type 1 et type 2) qui doté non seuLement d'un déconnecteur magnétique, mais aussi d'un déconnecteur thermique et aussi, intègre un doubLage de borne. Avec L'utiLisation du progicieL, on pourra revoir s'iL est nécessaire d'instaLLer en avaL, un parafoudre type 2 étant donnée qu'à L'intérieur de La baie d'énergie, on y retrouve un parafoudre avec un niveau de protection =1.35 kV. Le déconnecteur magnétique du parafoudre HAGER type 1 est un fusibLe et non un disjoncteur qui Lui est moins avantageux (cf. tabLeau 6).



NB : Si L'acquisition des parafoudres HAGER n'est envisageabLe par La structure, iL est important qu'eLLe utiLise excLusivement Les parafoudres DEHN qui pour Le type 1 admet aussi un fusibLe comme déconnecteur magnétique. En annexe 2, iL est fait un tabLeau descriptif des parafoudres HAGER.

En sommes, Le type 1 devra être doté d'un pouvoir de décharge important, mais avec un niveau de protection ~2,5 kV

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ii. Cas des aériens GSM

Aucun parafoudre n'est instaLLé en amont de La breteLLe basse dans Les stations GSM. Toutefois La mise à La terre des aériens est faite en conformité avec Les normes, de pLus seLon Le tabLeau ci-dessous et L'historique des défaiLLances, un parafoudre n'est pas d'une nécessité.

Tableau 9: Spécifications parafoudre des aériens GSM [20]

	Composants	Antenne	Mise à la terre d'antenne	Parafoudre
Pylone	PyLône 36 m	Spécifique à L'utiLisation	Sur Le corps d'antenne	Si spécifié^XIV
	PyLône 42 m	Spécifique à L'utiLisation	Sur Le corps d'antenne	Si spécifié
	PyLône de pLus de 42 m	Spécifique à L'utiLisation	Sur Le corps d'antenne	Si spécifié

Au cas oü La nécessité y survient, ces protections seront montées en série avec Les feeders à proximité des BTS (rattaché aux breteLLes bas) bas avec raccordement à La terre sur Le CDC et La BTS.

Au des caractéristiques des aériens, nous préconisons L'utiLisation des coaxstop ASX5053O et ASX5055QO dont Les caractéristiques sont données sont données en annexe 8 et L'acquisition peut se faire chez Le sous-traitant CARTEL (fiLiaLe de FRANCKLIN France).

b. Schéma électrique de distribution et d'alimentation d'une station GSM

Le câbLage éLectrique du TGBT faite actueLLement par Le sous-traitant présente queLques points d'incohérence au vu de La norme NF C 15-100 :

? La séLectivité n'est pas totaLe entre DDR du RéencLencheur moduLaire et disjoncteur tétrapoLaire du GE ;

? Le choix du déconnecteur (iL faut s'assurer qu'iL à un pouvoir de coupure ~ au courant nominaL de décharge) et s'assurer aussi qu'au moins Le parafoudre de type 1 est muni de dispositif de déconnection thermique et magnétique.

Compte tenu de ses remarques, nous proposons Le schéma ci-dessous qui va en conformité avec Les règLes de L'art de La norme NF C 15-100 :

XIV Pour des sites ayant déjà été foudroyés ou fortement exposés de niveau I+MC et I

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Figure 17: schéma électrique d'alimentation et de distribution des sites BTS Outdoor révisé

Ce schéma reste vaLabLe dans Les des sites Indoors, nous avons juste queLques équipements suppLémentaires a intégré dans Le circuit (cLimatiseur- 220V, rack FH-48V,...).

C. Réseau de terre

QueLques remarques et recommandations peuvent ressortir de L'observation du réseau de terre effectué sur Les sites d'OCM a savoir :

? La non uniformaLité du réseau de terre queLque soit La typoLogie du site (réseau de terre différent même pour des sites de même configuration) ;

? La présence de connexion de terre inutiLe et inexistante dans certains cas (mise a La

terre de L'écheLLe inutiLe, équipotentiaLité cLoture baie d'énergie pas réaLisé,...) ; ? Pas d'unicité de prise de terre (prise de terre AES SONEL pas prise en compte) ; ? La séparation des conducteurs de terre (pLat de cuivre 30×2 mm²) et fourreau pour

aLimentation pour GE.

Au vu de ces remarques, comme recommandations pour ce qui est des sites BTS Outdoors, nous préconisons Le réseau de terre suivant :

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Figure 18: plan du réseau de terre

2.1.4.3.2 Analyse économique

Au regard des systèmes de protection des stations GSM avec pyLône autostabLe. Le coOt du système de protection est évaLué a 8.475 millions de FCFA reparti comme suit :

Tableau 10: Coût des équipements de protection: cas des sites avec pylône autostable (36-72 m)

DESIGNATION	PRIX (en FCFA)
Fourniture et instaLLation Paratonnerre+descente+patte d'oie	2	175	000
Fourniture et instaLLation écheLLe protection foudre (bouLonnerie+visserie)	1	700	000
Fourniture et réaLisation réseau de MISE A LA TERRE / type patte d'oie avec piquets de terre 2m, mesure comprise, R < 5 ohms, avec remise en état du terrain	1	200	000
Fourniture, pose et câbLage d'un TGBT seLon pLan OCM avec parafoudre de type I et II	3	400	000
TOTAL	8	475	000

L'utiLisation des éLéments suppLémentaires suivant Le contexte (résuLtat de L'ARF et L'ET) peut pousser a avoir un coOt un peu au dessus de ceLui-ci, mais La continuité de service et L'efficacité du système de protection foudre est beaucoup pointiLLeux et entre en étroite Ligne avec Les normes NF C 17-100 et NF EN 62305-2.

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Le tableau ci-dessus présente de manière plus détaillé un devis estimatif des équipements de protection d'une station GSM en général qui pourra être fournit au sous-traitant pour une meilleure appréciation des coOts des installations de protection foudre :

Tableau 11: Devis des équipements de protection foudre



PARAFOUDRE et RESEAU DE TERRE et MISES A LA TERRE	U				Fcfa
Fourniture d'une pointe paratonnerre type FRANKLIN de 2m, y compris support de fixation	U				Fcfa
Fourniture de rallonge pour paratonnerre par élément de 2 m.	m				Fcfa
Fourniture de ruban en cuivre étamé 30 x 2 mm avec colliers métalliques pour descente ou ceinturage, raccordé incl. tous acc.	m				Fcfa
Fourniture d'une borne de coupure de terre sur pylône	U				Fcfa
Fourniture d'un fourreau de 2 m de protection pour méplat avec colliers y compris tous accésoires.	U				Fcfa
Mesure de la résistance de terre	U				Fcfa
Amenagement terre type triangle R< 5 ohms avec piquets de terre longueur 2 m, depuis dans terre ou rocaille, y compris la mesure de la terre et remise en état du terrain	U				Fcfa
Regard de visite de terre en béton avec bornier de raccordement en cuivre	U				Fcfa
Raccord de croissement (eventuel patte d'oie)	Fft				Fcfa
Fourniture d'une barre de terre dans la niche compteur	U				Fcfa
Fourniture d'une barette de terre a l'abri BTS Outdoor	U				Fcfa
Fourniture et raccordement tresse de masse 10-30cm, 16mm^2 V/J y compris tous acc. de pose et de raccordement.	m				Fcfa
Fourniture et raccordement cable de terre 16mm^2 V/J souple y compris tous acc. de pose et de raccordement.	m				Fcfa
Ceinturage intérieur du shelter/local technique par installation de 02 descentes de cuivre sur côtés opposés pour liaison ceinturages haut et bas y compris fourniture et fixation	Fft				Fcfa
Fourniture d'un coffret parafoudre HAGER ou DEHN de type 1 dans la niche compteur	U				Fcfa
Fourniture d'un coffret parafoudre HAGER ou DEHN de type 2 a installer sous le TGBT	U				Fcfa
Mise a la terre des poteaux métalliques de la clôture, du portail et du local GE	U				Fcfa
Fourniture d'un détecteur foudre type a moulin	U				Fcfa
Fourniture d'un compteur de foudre	U				Fcfa
Fourniture d'une barrette de coupure a l'extérieur du shelter	U				Fcfa

Tous les prix sont exprimés en FCFA hors taxes

Logo du
fournisseur

DEVIS DES EQUIPEMENTS DE PROTECTION FOUDRE

Nom du site:
Code site:
Fourniseur:
N^° du dévis:
Date du dévis:

Uté Pu (HT) Qté Total

TVA: 0,1925

Total (HT)

Total TTC

Fcfa

Fcfa

Fcfa

2.1.4.3.3 Les modalités de vérification des équipements de protection-La maintenance des équipements de protection

Selon la norme NF EN 13306 X 60-319 la maintenance est définie comme l'ensemble de toutes les actions techniques, administratives et managériales durant le cycle de vie d'un bien (équipement), destinées a le maintenir ou a le rétablir dans un état dans lequel il peut

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accompLir Les fonctions requises. Ainsi, maintenir c'est effectuer des opérations (dépannage, rempLacement, réparation, inspection...) permettant d'assurer La continuité et La quaLité de service ou de production au coOt gLobaL optimum. Etant donné L'importance à Lui accorder, nous aLLons dans La suite présenter :

- Un pLanning de maintenance préventive ; - Les causes possibLes des pannes ;

- queLques dispositions compLémentaires.

Nous éLaborerons un fichier qui pourra contenir L'historique des pannes.

I. Vérification ELLe consiste à s'assurer que :

- LinstaLLation de protection contre La foudre est conforme à La conception basée sur La norme NF EN 62305-3 de décembre 2006 ;

- tous Les composants de LinstaLLation de protection contre La foudre sont en bon état et peuvent assurer Les fonctions auxqueLLes iLs sont destinés, et quiL n'y a pas de corrosion ;

- toutes Les dispositions ou constructions récemment ajoutées sont intégrées dans Le SPF (Système de Protection Foudre).

D'après La norme NF EN 62305-3 de décembre 2006, La vérification est effectuée immédiatement après La finition d'une instaLLation et 6 mois après sa mise en service.

II. Planning de maintenance préventive

La périodicité des vérifications est déterminée par Le niveau de protection. Ainsi, L'intervaLLe maximaL entre inspections d'un SPF est répertorié dans Le tabLeau ci-dessous :

Tableau 12: Périodicité des interventions préventives préconisée

Niveau de protection	Inspection visuelle (année)	Inspection complète (année)	Inspection complète des systèmes critiques
I et II	1	2	1
III et IV	2	4	1
NOTE : Pour Les structures avec risques d'expLosion une inspection compLète est suggérée tous Les 6 mois. IL convient d'effectuer des essais une fois par an.

La périodicité d'OCM est conforme à La norme et va même au-deLà, puisque Leur périodicité est beaucoup pLus renforcée. Donc L'on peut dire que Le suivi est bien mené.

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Toutefois, L'appLication de ce programme, pourrais en première vue réduire considérabLement Les coOts de maintenance. L'assurance de La continuité dans Le service n'est pLus a démontré suite a L'utiLisation de ce pLanning car eLLe découLe de La norme NF C 17-100 et du guide UTE 15-443.

III. Procédure de vérification

A. Inspections visuelles Tableau 13: Récapitulatif d'une inspection visuelle

TACHE A EFFECTUEE	OBSERVATION (OK, NOK, OU COMMENTAIRES)
Conception est conforme a La norme NE EN 62305-3 de décembre 2006
Etat du TGBT^XV
Etat du coffret compteur^XV'
Etat des parafoudres^XVhI
Distances de sécurité (séparation) sont maintenues
Les connexions sont serrées et Les conducteurs et bornes présentent une continuité
Les connexions visibLes de terre sont intactes (opérationneLLes)
Joint de contrôLe, compteur foudre, fourreau de protection
Etat des câbLes a L'intérieur du CDC
Présence paratonnerre (ht min=2.00 m+descente)
Autres

B. Inspections complètes ELLe comprend une inspection visueLLe compLétée par :

? Les essais de continuité des parties non visibLes Lors de Linspection initiaLe et qui ne peuvent être contrôLées par inspection visueLLe uLtérieurement ;

XV CâbLage correct et disjoncteurs+fusibLe en bon état

XVI Etat du compteur et de L'AGCP (câbLage correct)

XVII Présence et câbLage correcte parafoudres

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? Les vaLeurs de résistance de La prise de terre. IL convient d'effectuer des mesures de terre isoLées ou associées et d'enregistrer Les vaLeurs dans un rapport d'inspection du SPF :

I La résistance de chaque éLectrode de terre et si possibLe, La résistance de La prise de terre compLete; iL convient de mesurer chaque prise de terre LocaLe à partir de La borne d'essai en position ouverte (mesure isoLée) < 5 0,

I Les résuLtats des contrôLes visueLs des connexions des conducteurs et jonctions ou Leur continuité éLectrique.

Dans Le cas ou La résistance de La prise de terre généraLe va au deLà des 5 0 et que L'empLoi des procédures habitueLLes n'y changent pas grand-chose, iL peut s'avérer utiLe d'utiLiser Le produit « Conductiver plus » de La structure EspagnoLe « APLICACIONES TECNOLOGICAS, SA » dont La fiLiaLe Camerounaise est TECHNOLOGIE ZENTRUM. IL s'agit d'un geL non corrosif et permet d'améLiorer La conductivité du soL.

IV. Fiche de l'historique des défaillances

Notre fiche sera éLaborée à partir des données suivantes :

Tableau 14: Mode présumé d'agression de la foudre

		Repérage des causes de pannes
	Repérage		Désignation
a			Foudre
b			Surtension AES-SONEL
c			Autres causes
		Classes des pannes
	Nature des pannes		Désignation par famille de pannes
A			Panne éLectrique^X\hIII
B			Panne mécanique ou Génie civiL^XIX

Ce fichier permettra de mieux maItriser Les fréquences d'apparition des défauts et de remettre en question Le niveau de protection.

XVIII Tout ce qui est matérieL éLectrique

XIX Concerne : pyLône, daLLe, LocaL, cLôture,...

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Tableau 15: Fiche historique d'impact foudre

ORANGE CAMEROUN Site :								Année			:
Localité :
					FICHE HISTORIQUE
Date	Equipements protection	de	désignation	Classe panne	de la	Cause panne	de	la	Temps d'indisponibilité (en heure)	Coût de (en FCFA)	réhabilitation
_ _/_ _/20_ _
_ _/_ _/20_ _

Le rempLissage de cette fiche se fait sur consuLtation du compte rendu d'intervention faite par Les agents d'intervention (service d'expLoitation Orange+ sous-traitant). Ce compte rendu permettra d'avoir toutes Les informations sur toutes actions de maintenance menée en vu de La mise en service des équipements de protection foudre. A partir de ce fichier, nous pourrons avoir Leur état, Les causes de La défaiLLance, Le coOt totaL de L'intervention, Le nom de L'exécutant La date et Le nom du superviseur (contremaItre).

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Tableau 16: Fiche de compte rendu d'intervention

FICHE DE COMPTE RENDU D'INTERVENTION
Désignation de l'opération :					Temps
					Prévu :		réeL :
Maint d'oeuvre			Equipement de protection échangé		Autres
Sous-traitant ou OCM	TotaL		Code OCM	Coüt totaL	Code OSM		prix
TotaL 1			TotaL 2		TotaL 3
Total=total 1+ total 2+ total 3= FCFA
Cause(s) de la défaillance :
Anomalie(s) observée(s) :
Observations :
Rapport de L'intervention		Fait Le : _ _/_ _/20_ _				Intervenant(s) :
Sous La supervision de :

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CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Le travaiL qui s'achève portait sur « L'anaLyse du phénomène de foudre sur Les instaLLations d'Orange Cameroun et Optimisation de La protection ».

Pour y parvenir, nous avons:

? passé en revue Les incidents antérieurs survenus aux stations GSM d'Orange des Régions LittoraL et Ouest ;

? éLaboré une démarche gLobaLe de protection contre Les effets de La foudre en vue d'une améLioration du système de protection au regard des normes ;

? modéLisé L'étude risque foudre en mettant sur pied un progicieL qui est une appLication VBA de Microsoft ExceL, qui permettra a L'entreprise d'avoir une idée précise de La situation géographique de Leur site en vue d'une protection beaucoup pLus efficace.

Comme améLioration continue de La poLitique de maintenance, nous avons proposé des fiches notamment ceLLes exposant Les causes des défaiLLances, L'historiques des défaiLLances, compte rendu d'intervention. Ceci pour une anaLyse futur du retour d'expérience.

Pour L'audit d'une zone en vue de La construction d'une station GSM, nous avons éLaboré une fiche « anaLyse risque foudre ».

Ce travaiL offre de nombreuses perspectives notamment :

? La connaissance du cadre normatif de L'étude foudre qui jusqu'ici n'est pas encore pris en compte par La pLupart des structures ;

? L'extension de L'étude aux sites soLaires et BSC d'OCM ;

? L'intégration du processus d'améLioration continue des équipements de protection et de Leurs maintenances sur La base du retour d'expérience.

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REFERENCES UTILISEES

OUVRAGES, ETUDES, RAPPORTS, MEMOIRES

[1] Arsène TANKEU. 2010. Rapport d'intervention sur le site de la ville de Buea. Archive OCM : DouaLa

[2] Farhad RACHIDI. 2004. La Foudre et ses effets éLectromagnétiques. Note de cours CompatibiLité ELectromagnétique. EPFL : Lausanne

[3] Guide Foudre. 06 Octobre 2009. Groupe d'Etude de Sécurité des Industries PétroLières et chimique. Rapport N°2009/01 ; p : 16-18

[4] Georges TADA (ALCATEL LUCENT). 10 Mars 2008. Remise à hauteur des liaisons PAMABIPAGA et PAMA-FERME SUITE. Archive OCM : DouaLa

[5] INERIS (Institut NationaL de L'Environnement IndustrieL et des risques). Septembre 2001. Le risque foudre et les Installations Classées pour la Protection de l'Environnement. Direction des Risques AccidenteLs (DRA) : France

[6] JoceLLe TOUKA TCHANA. Juin 2007. Spécifications techniques pour le remplacement du shelter de Bipaga. Archive OCM : DouaLa

[7] Marc BONNET. 2005. Evolution des mesures du foudroiement. Météorage : France ; 7p

[8] MOUSSANGO VaLentin (ALCATEL LUCENT). 10 Mars 2008. Remise à hauteur parafoudre et installation électrique du site de PAMA. Archive OCM : DouaLa

[9] Schneider ELectric. Novembre 2000. Protection des installations électriques contre la foudre. ART 62974 : Paris

PUBLICATIONS PARUES DANS DES JOURNAUX, DES PERIODIQUES, DES ACTES DE CONGRES

[10] Ahmed ZEDDAM & SyLvain PERSON. 2004. Protection des réseaux de télécommunications contre les effets de l'environnement électromagnétique. ENSTP de Yaoundé : 26 juiLLet-30 juiLLet 2004. France téLécom

[11] OLivier Dessibourg. 2005. Comment naît un coup de foudre. EcLairage : Les mystères de La physique, 08 AoQt 2005. Le temps : BruxeLLes ; 13p

[12] TechnoLogie Zentrum Cameroun, SA. Catalogue protection foudre d'Aplicaciones Tecnologicas (maison mère siège en Espagne)

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DOCUMENT ELECTRONIQUE

[13] ALain CHAROY. Les PDA (Paratonnerres à Dispositif d'Amorçage) et leur normalisation [En ligne]. [AEMC], 2002. 4p. DisponibLe sur internet:

http://www.LightningsafetyaLLiance.com/documents/acem_air_terminaLs.pdf

[14] CabLofiL : Réseau de masse [en ligne]. DisponibLe sur internet : http://www.cabLofiL.fr/content.aspx?page=120&section=13&Language=5

[15] Catalogue DEHN [en ligne]. DisponibLe sur internet : http://www.dehn.de/design07_frame/engLish/service/downLoads/cataLogues.htmL

[16] Catalogue Hager [en ligne]. DisponibLe sur internet :

http://www.hagergroup.fr/parafoudres

[17] Explication des phénomènes de la foudre [En ligne].2004 [dernière mise à jour 10/06/04]. DisponibLe sur Internet :

http://orage-et-foudre.pagesperso-orange.fr/index.htm

[18] L'approche globale de la foudre [en ligne]. [FrankLin France], 2006 [Dernière version]. DisponibLe sur Internet :

http://www.frankLin-france.com/spip.php?rubrique8

[19] Pr. Henryk Markiewicz et Dr. Antoni KLajn. Mise à la terre-Bases de calcul et de conception [en ligne]. [PoLogne : Université de technoLogie de WrocLaw], AoQt 2007. DisponibLe sur Internet :

http://www.Leonardo-energy.org/France

[20] Spécification des aériens GSM [en ligne]. DisponibLe sur internet : http://www.technoLoguepro.com/gsm/chapitre_3_GSM.htm

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ANNEXES

ANNEXE 0: SITUATION GEOGRAPHIQUE DES DIRECTIONS D'OCM



Figure 19: Situation géographique des directions d'OCM

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ANNEXE 1: CHECK LIST

Tableau 17: Check List^XX

N°__ CHECK LIST Mois de ______
	Site : Intervenant(s): Date :
A TABLEAU COMPTAGE				F RESEAU DE MASSE
	Boite C-C Serrage bornes boite CC et fixation				Serrage et aspect général
	Contact fusibles			G CLIMATISATION
	Caractéristique fusibles(AD,GL,... ) A				Climatiseur Marq._____ Nbre/Puis. ___/___
	Compteur serrage bornes (8 tri,4 mono)				SplitMarq._____ Nbre/Puis. ___/___
					Présence grille de protection
	caractéristiques (..../ ... A,)				Bon écoulement eau condensation
	N° de série:				Etanchéité intérieur
	Index:				Niveau bruit de fonctionnement
	Disjoncteur Caractéristiques ( / ; mA)				État du thermostat
					Temporisation et Prise du climatiseur
	Serrage bornes (8 ou 4)
	Niveau de protection Exposé aux intempéries			H EXTRACTEUR
				Fonctionnement capteur température
			Température consignation capteur			*
B COFFRET INVERSEUR
	Serrage partie puissance			I BAIE D'ENERGIE CHLO/SAFT
	Entrée et sortie contacteur secours				I-1 Contrôle
	Entrée et sortie contacteur normal				Aspect général des batteries
	Entrée et sortie borniers utilisation				Nombre de redresseurs:
	État des fusibles				Nombre de branches:
	Fixation et disposition				Contrôle paramètres de configuration:
					Courant Utilisation
C TGBT					Contrôle de la tension floating Uf =
D	Serrage connections intérieurs				Marque batteries:
	Repérage éléments				I-2 Simulation des alarmes
	Test du différentiel				Alarme 1 (non urgente)
	État des câbles				Alarme 2 (MS)
	Nbre Disjoncteur libre(réserve)				Alarme 3 (intrusion)
	Aspect intérieur (touffu,aéré)				Alarme 4 (urgente)
	Entrée des câbles (par un PE)				Alarme 8 (température haute )
	Reenclencheur (Nbre____ 48Vdc 230 AC)*				Alarme 6 (défaut GE )
					Alarme 9 (marche GE )
	LOCAL GE				Alarme 11 (défaut AES )
	État du GE (propreté)
	Présence de tous les constituants			J SECURITE
	Niveau du gasoil:				État serrures
	Capacité de la cuve:				Étanchéité porte
	Orientation gaz combustion				Étanchéité des locaux
	Index du compteur horaire:				Présence extincteur
E					Vigiles sur site
	ECLAIRAGE
	Shelter			K PARAFOUDRE
	Tube fluo				Nombre Et Marque
	Projecteur extérieur				État du parafoudre
	Éclairage secours
	Local GE			L ENVIRONNEMENT
	Tube fluo			Nbre de BTS Nbre IDU
	Projecteur extérieur		Autres
	Éclairage secours
	Balisage			M OBSERVATIONS GENERALES
	État de fonctionnement			(accès, état gle, plaintes, pro po sitio ns...)
	Extérieur
	État de fonctionnement
	NB : 1- Valider une case par OK, 2- remplir les valeurs
	3- To ut équipement plo mbé ne do it être démo nté (*) Rayer la mentio n inutile Si co ffret d'alarme installé
Nom et signature de lintervenant Nom et signature du responsable technique
^2

ANNEXE 2 : CARACTERISTIQUES PARAFOUDRES HAGER TYPE 1 ET TYPE 2

Tableau 18: Descriptif technique des parafoudres type 1 et type 2 d'HAGER [16]

REFERENCE HAGER	SPA 412 A	SPN 465R
Type de parafoudre	Type 1	Type 2
Type réseau	3 Ph+N	3 Ph+N

XX Archive d'OCM datant de 2006

	ANALYSE DU PHENOMENE DE LA FOUDRE SUR LES INSTALLATIONS D'OCM OPTIMISATION DE LA PROTECTION
Réserve+ contact tétésignatisation		Oui	Oui
Réseau		230/400V	230/400V
Mode de connexion		P/PE, N/PE, P/N	P/PE, N/PE, P/N
Régime de neutre		TT, TNS	TT, TNS
Tension de régime permanent max Uc		255 VAC	255 VAC
Tenue surtension temporaire UT		400 VAC	400 VAC
Courant de fonctionnement permanent Ic		Aucun	Aucun
Courant de fuite à Uc
Courant de décharge nominal In		50 kA	50 kA
15 chocs 8/20 ps
Courant de décharge maximal Imax		150 kA	65 kA
Tenue maximale 8/20 us
Courant de choc maximal Iimp Tenue maximale 10/350 us		50 kA	12.5 kA
Niveau de protection (a In) Up		1.5 kV	1.2 kV
Courant de court-circuit admissible Icc		25 kA	15 kA
Dispositif de déconnexion magnétique		Fusible gG-gL 32A	Disjoncteur courbe C 20A
Dispositif de déconnexion thermique		oui	oui

Conformité aux normes

NF EN 61643-1 France

CEI 61643-1 Internationale

(C'est tout simpLement pour expLicité Les caractéristiques remarquabLes des parafoudres, toutefois, Les caractéristiques des parafoudres découLent de L'anaLyse risque foudre)

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Figure 20: Formation du cumulo-nimbus

ANNEXE 3 : FORMATION DU CUMULO-NIMBUS

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ANNEXE 4 : DEFINITIONS DES PARAMETRES D'UN COUP DE FOUDRE

Tableau 19: Terminologies d'un coup de foudre [5]

TERMINOLOGIES	DEFINITIONS
VaLeur de crête du courant	vaLeur maximaLe atteinte par L'intensité d'une impuLsion de courant
Temps de monté	durée entre L'instant du début de L'impuLsion de courant et L'instant oà ce courant atteint sa vaLeur maximaLe
Temps de décroissance	durée entre L'origine et L'instant oà La vaLeur de L'onde est retombée a 50%
Raideur de L'impuLsion	eLLe s'obtient au cours du front de montée. ELLe est donnée par - i(t ) i(t ) 2 1 K = Ce des tensions induites . paramètre sert au caLcuL
	- t t 2 1 dans Les circuits éLectriques proches du canaL de foudre
Charge totaLe	eLLe représente La charge éLectrique totaLe écouLée par un écLair. IL est utiLe pour estimer La quantité de métaL fondu au point d'impact, sur une tige paratonnerre,...
Energie spécifique	ELLe représente L'énergie que Le courant d'un coup de foudre peut dégager dans une résistance de un ohm

ANNEXE 5 : MODE DE PROTECTION

Le parafoudre de tête doit assurer au moins une protection en mode commun (entre Les conducteurs actifs et La terre)



Figure 21: Modes protection commun et différentiel [9]

Si La prise de terre de LinstaLLation est mauvaise une protection en mode différentiel est conseiLLée (entre Les conducteurs actifs).

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ANNEXE 6 : PARAFOUDRE DEHN ET SCHEMA DE LIAISON A LA TERRE

Caractéristiques parafoudres

Tableau 20: Caractéristiques des parafoudres DEHN [15]

		Parafoudre coordonnés type 1 (DEHNSTOP 4P 255) mode protection a éctateur a air	Parafoudre type 2 ; mode de protection a varistance (DEHN GUARD DG TT 230 400 FM)
Tension nominale Un		230 V	230 V
Tension de régime permanent Uc		255 V	255 V
Type de réseau		Tous	Tous
Courant court-circuit Icc		12,5 kA	20 kA
Courant impulsion de décharge (onde 10/350 us) Iimp		-	-
Courant maximal de décharge (onde 8/20 us) Imax		50 kA	40 kA
Tension résiduel (à In) Up		~2,5 kV	~1,5 kA
Temps de réponse		<1 ns	<25 ns
Fusible/disjoncteur amont		32 A gL/gG	Disjoncteur 20 A courbe
Section de raccordement		4-25 mm^2	4-25 mm^2
Montage		Rail DIN symétrique	Rail DIN symétrique
Régime neutre		TT et TN
Température de fonctionnement		-40° à 85°C	-40° a 85°C
Visualisation de fin de vie		Voyant vert	Voyant vert
Etat en fin de vie		Circuit ouvert (déconnecteur thermique)	Circuit ouvert (déconnecteur thermique)
Télésignalisation par contact sec		oui	oui
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IL s'agit des parafoudres débrochabLes de La structure DEHN France. Mais hors mis ce type qui est Le pLus répandu, on retrouve aussi sur site, Les parafoudres de marque SURTELEC, SOULE, FRANKLIN.

Schéma de Liaison à la Terre

Le schéma de Liaison a La terre^XXI définit Le mode de raccordement a La terre du point neutre d'un transformateur de distribution et des masses côté utiLisateur. ELLe caractérisée par deux Lettres :

? 1^er indique Le raccordement du neutre du transformateur I T pour raccordé a La terre,

I I pour isoLé (ou impédant) par rapport a La terre.

? 2^nd Lettre indique La facon de connecter Les masses utiLisateurs I T pour raccordées a La terre,



Figure 22: Schémas de Liaison à la Terre [9]

I N pour raccordée au neutre, LequeL est raccordé a La terre.

XXI En abrégé SLT, Le régime utiLisé pour La pLupart des sites d'OCM est Le TT. Les normes prévoient pour Les sites téLécom, Le TNS. Toutefois Les deux défauts d'isoLement (de masse et entre phase) sont mieux gérés pour Les régimes TT et TNS. Le TNC est interdit par La norme NF C15-100 pour Les instaLLations a risque d'incendie ou d'expLosion.

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terre.

Gel non-corrosif et améLiorant La conductivité du soL. En d'autres termes La prise de

Photo 8: Conductiver plus

ANNEXE 7 : CONDUCTIVER PLUS



Figure 23: Principe d'utilisation du conductiver plus [12]

Les instructions pour une éLectrode de terre sont Les suivants :

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ANNEXE 8 : CARACTERISTIQUES DES COAXSTOP ASX5053QO ET ASX5055QO

Tableau 21: Caractéristiques coaxstop ASX5053QO et ASX5055QO [18]

Référence ASX....QO	5053	5055
Connectique	Type 7/16	Type 7/16
Mode de raccordement	MâLe/femeLLe
Traversée de cLoison (protection IEMN)	Oui	Oui
Bande passante	880-960 MHz	1.6-2 GHz
Pertes d'insertion	<0.05 dB (<0.1 dB 0.8 - 1 MHz)	<0.05 dB (<0.1 dB 1.4 - 2,2 GHz)
Taux d'onde stationnaire	<1.1 (<1.05 900 - 940 MHz)	<1.1 (<1.05 1.75 - 1.85 MHz)
Coefficient de réflexion	>26.5 dB	>26.5 dB
Pouvoir d'écoulement onde 8/20	100 kA	100 kA
Puissance maximale admissible	1300 W	900 W
Impédance	50?
Indice de protection	IP 66
Resistance d'isoLement	>10^10?

ANNEXE 9 : PRESENTATION DU PROGICIEL « ANALYSE RISQUE FOUDRE SIMPLIFIEE »

Afin de vous permettre de mieux maItriser Les fonctionnalités qu'offre l'application Analyse Risque Foudre Simplifiée que nous avons conçue, nous nous proposons de vous La présenter de façon détaiLLée. CeLa dit, cette présentation qui tient Lieu de guide d'utiLisation, s'articuLera autour de La présentation de L'interface.

Mais avant, iL est important de signaLer que L'appLication est dotée d'une simpLe procédure d'installation simple. En effet, avant de passer a La phase d'expLoitation de L'appLication, queLques opérations simpLes s'imposent. ELLes sont Les suivantes :

? Ouvrez Le LogicieL Microsoft ExceL 2003 (s'iL est instaLLé sur votre machine. Dans Le cas contraire instaLLez Le d'abord) ;

? Par La suite, cLiquez sur Le menu « OutiLs » de La barre de tâches ;

? Sur Le menu dérouLant, pointez sur « Macro » ;

? Et sur Le sous menu dérouLant, cLiquez sur « Sécurité... » ;

? Dans Le menu contextueL que d'affiche, choisir et cLiquez sur « Niveau de sécurité faibLe... » ;

? Pour finir, cLiquez sur « OK » ;

? Fermer Le LogicieL Microsoft ExceL.

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Vous pouvez aLors copier L'appLication sur votre disque et L'utiLiser dès a présent.

Pour Lancer L'appLication, double cliquez tout simpLement sur ceLLe-ci. Vous verrez aLors

s'afficher une interface avec Le menu de L'appLication. Cette dernière se présente comme suit :



Figure 24: Menu principal d'ARFS

L'interface affiche aLors 2 boutons permettant a L'utiLisateur de faire de choix. Le Bouton OK pour entrer dans L'appLication et L'autre QUITTER pour quitter L'appLication (indiqué en info-buLLes automatique).

Lorsque L'utiLisateur cLique sur Le bouton OK, un formulaire s'ouvre pour donner La possibiLité a L'utiLisateur « averti » d'évaLuer Le niveau de protection contre La foudre nécessaire pour ces instaLLations :



NB : La vaLeur de La densité de foudroiement est par défaut 5 (densité moyenne au Cameroun)

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Figure 25: Evaluation du niveau de protection d'ARFS

Une fois L'efficacité et Le niveau de protection connu, L'utiLisateur peut passer a La suite, en cLiquant sur Le bouton Suite. Un nouveau formuLaire s'ouvre pour Lui permettre de voir s'iL est impératif d'instaLLer Les parafoudres sur Le site.



Figure 26: Evaluation du risque et besoin de protection contre les effets indirects de la foudre d'ARFS

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Si La protection ne s'avère pas utiLe, L'utiLisateur peut quitter L'appLication en cLique sur Le bouton ferme. Dans Le cas contraire, en cLiquant sur Le bouton Suite, Le formuLaire cidessous s'affiche, donnant Les caractéristiques du parafoudre type 1 et aussi La nécessité d'avoir une protection fine.



Figure 27: mesure de protection contre les surtensions atmosphériques d'ARFS

L'option Préc offre La possibiLité de rentrer a La boIte de diaLogue précédente afin d'effectuer des modifications, si jamais on s'est précédemment trompé. Le bouton Suite, Le formuLaire ci-après, vous renseignement Le dispositif de protection contre Les effets directs de La foudre et aussi évaLue La zone protégé par suivant Le type de paratonnerre utiLisé par rapport a La surface de captation de La foudre dO a La présence du pyLône. On y retrouve aussi queLques indications suppLémentaires pour La réaLiser effective du système de protection.

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	Figure 28: Mesures de protection contre les coups de foudre directs d'ARFS

Le bouton Retour permet de revenir au menu de L'appLication. Le bouton Quitter met fin a L'appLication.

ANNEXE 10 : AUTRES ELEMENTS SUPPL2MENTAIRES SUPPLEMENTAIRES

Comme protection fine, a L'intérieur de La Baie d'énergie, nous avons un parafoudre type 3 de Weidmuller débrochable, donc Les caractéristiques techniques sont :

Tableau 22: Caractéristiques du parafoudre Weidmuller

Tension de régime permanent		Uc	280 V-
Courant nominal de décharge		In	20 kA
Courant maximal de décharge		Imax	40 kA
Niveau de protection		Up	1,35 kV
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ANNEXE 11 : QUELQUES PHOTOS DES EQUIPEMENTS D'UNE STATION GSM BTS OUTDOOR D'OCM : CAS DE NDOBO RAIL

IL s'agit d'un site avec pyLône autostabLe de 36 m



Photo 9: BTS Outdoor 1800 MHZ et 900 MHZ, Baie d'énergie

Baie d'énergie est un bLoc redresseur qui aLimenté en 230/400 VAC (3P+N+T) Livre en sortie une tension de 48 Vcc. ELLe comporte :

? un parafoudre type 3 (WeidmuLLer),

? une puissance minimaLe de 10 kW (fournit par 5 moduLes redresseurs).



Photo 10: Regard de terre+fourreau de réserve pour la terre du local GE+fourreau pour évacuation des
eaux (sous les plats de cuivre de terre)



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OPTIMISATION DE LA PROTECTION



Photo 13: mise à la terre pieds pylône-Vue des antenne GSM+pointe paratonnerre+antenne FH ou ODU

Photo 11: TGBT+Interrupteur+prise+Parafoudre type 2 marque SURTELEC+Barre de terre+ prise étanche
sur le côté pour l'alimentation du local GE+ CDC



Photo 12: Coffret parafoudre type 1 marque SURTELEC de la niche compteur+barre de terre+plat de
cuivre pour la connexion de la barre au regard de terre



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Figure 29: Schéma d'alimentation et de distribution électrique d'un site Outdoor^XXII

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