Tour de Tesla. Que se passe-t-il dans et près d'un gratte-ciel lorsque la foudre frappe?

Lorsque la foudre a attaqué la tour du centre de Lakhta en septembre, notre ingénieur en chef Sergei Nikiforov a rassuré tout le monde, affirmant que la tour avait un "système de protection contre la foudre classique" et qu'il n'y avait rien à craindre. Quel est ce "classique"? Quelque chose de grec ancien me vient à l'esprit ... Et pourquoi pas? Après tout, nous utilisons toujours des résultats de la pensée ancienne comme une roue, une serrure, un calendrier ou du papier. Peut-être que la protection contre la foudre dans la tour est un vieux bien oublié? Alors - si vieux peut aider si nouveau?


Photo ch0col8te

Voyons ça!

Rode Greek à travers le fleuve

Il y a un vélo sur les marins antiques sur Internet.


Trirèmes photo d'ici

Apparemment, même alors, les marins grecs savaient vraiment comment éloigner la colère du Thunderbolt d'une manière ingénieuse. Une épée était attachée verticalement au mât, un câble à lui, les extrémités à l'eau. Cela semble douteux. Afin de trouver quelque chose de similaire, vous devez comprendre la nature de la foudre. Les Grecs ont compris qu'il y avait une autre querelle de famille sur l'Olympe, sauf qui peut, pourquoi l'épée?



Et même si, par accident, après des milliers de Zeus coulés par la trirème, il était possible de comprendre que les éclairs étaient parfaitement pris sur les copys et le xyphos, alors la chaîne était interrompue. Les anciens Grecs n'avaient pas de câbles en acier, et ceux qui l'étaient - le lin, ont une résistivité relativement élevée. Utilisez-le comme guide - et la baignade est presque garantie. Si vous sautez du navire en feu à temps, bien sûr. Si vous êtes complètement chanceux, vous nagerez jusqu'au rivage et direz comment il est mal de menacer Zeus avec une épée du mât.


Peinture «Odyssée et Nausicaa», Rosa Salvator, Los Angeles Museum of Art, env. 1655 Source

Bien sûr, il n'y avait peut-être pas de câbles, mais une chaîne ou un câble, ou le câble était bien trempé avant d'être mis en action. Et en général, ils ont compris les propriétés de l'électricité, des conducteurs et des diélectriques ... Mais pour une raison quelconque, cette connaissance très utile s'est enfoncée dans l'oubli, émergeant des siècles plus tard. Mais il y avait certainement un autre outil auquel même la police devait faire face.

Tonnerre et foudre! Trois mille démons!

Au Moyen Âge, le paradigme scientifique s'est renversé - Jupiter et Thor sont tombés dans l'oubli, et dans l'orage, ils ont vu les machinations du diable.


La destruction de l'Église catholique. Gravure de Matthias Gerung, Allemagne, 1547 Source

L'arme climatique de l'époque est une cloche qui sonne, car, comme vous le savez : "le premier coup de cloche engourdit la force impure, pendant le deuxième coup elle se précipite dans la confusion dans toutes les directions, sur la troisième, si elle n'a pas le temps de s'échapper, elle tombe en enfer . "


Le sinistre Mephistopheles survole Wittenberg. Lithographie d'Eugène Delacroix, 1828

Combien de beffrois ont brûlé et les Arabes sont tombés dans cette lutte, pendant des siècles ils n'ont pas compté. Mais les entrées ultérieures sont la preuve d'un risque mortel:

«Dans le Journal de Paris, pour le mois d'août 1807, ils parlent du paroissien de Trulsky (près de Toulouse) Poujib, un homme plus dévot qu'expérimenté qui, ayant entendu le bruit du tonnerre, s'est précipité vers le clocher et de toutes ses forces a commencé à sonner pour éviter l'orage. Le maire de Trulsky, qui connaissait mieux la physique que Poujibe, se précipita à l'église pour arrêter de sonner; mais il était trop tard: le malheureux Pujibe gisait par terre, frappé par le tonnerre. Le rédacteur en chef du Journal de Paris a déclaré à cette occasion: "Voici un nouvel exemple du danger de sonner pendant un orage."


Lieu - Toulouse, photographe Florian Calas

Ou, d'après les notes de l' Académie des sciences de Paris:

«En 1718, le 15 août, un fort orage a éclaté en Basse-Bretagne; le tonnerre, claquant de forts coups, a frappé vingt-quatre églises situées entre Landernau et Saint-Paul-de-Léon; dans toutes ces églises, ils ont appelé à éloigner l'orage; dans lequel ils n'ont pas appelé, ils sont restés intacts » (ce cas et d'autres peuvent être trouvés dans le Edinburgh New Philosofical Journal, vol. 20, compilé par Robert Jameson)

En général, au moins en France, il est interdit de sonner pendant les orages depuis 30 ans déjà - avec un ordre officiel de la police. Avec d'autres moyens médiévaux pour prévenir les problèmes météorologiques, par exemple, en montrant certaines parties du corps à travers la fenêtre, il semble aussi que ce soit fini. Après tout, ils ont finalement été retrouvés - des moyens sûrs et fonctionnels.

Protection contre la foudre classique telle quelle

Au 18ème siècle, Benjamin Franklin - celui dont le visage est familier à beaucoup à une autre occasion, a inventé le paratonnerre. En 1752, sur le toit de sa propre maison, il installe une tige métallique reliée par un fil métallique à un puits dans la cour.


Circuit de protection contre la foudre Franklin. Figure Wdchk. Source

Ce paratonnerre a repoussé la première attaque d'électricité céleste 34 ans plus tard. Avec succès. Peut-être que l'idée d'une telle conception était déjà dans l'air électrifiée par les découvertes à cette époque. En Russie, Lomonosov et Richman étudient la foudre et l'industriel Akinfy Demidov construit une tour de 57,5 ​​mètres de haut sur la Nevyansk.


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La tour est alors tombée sur les armoiries de la ville, une pièce d'argent de la Banque de Russie en 2007, et 5 francs Ural (en l'an 91 il y en avait un) - pour le «symbolisme» de l'histoire et de l'architecture: la tour déviée de la verticale - 1, 85 m.


Mais c'est le premier paratonnerre domestique, 25 ans avant Franklin. Le design est similaire: une flèche en métal plus un sol.


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Depuis lors, l'humanité a commencé à triompher de la foudre. Tout d'abord, au tribunal. Bourgeois Villiers, qui a installé une nouveauté sur le toit de la maison, a repoussé les revendications des voisins qui considéraient le paratonnerre comme une entreprise dangereuse. Côté défense - Maximilian Robespierre, côté poursuite - Jean-Paul Marat - un moment incroyable! Au cours du procès de 4 ans, le tribunal s'est rangé du côté de Villiers et des paratonnerres. Les parapluies et les chapeaux avec protection contre la foudre gagnent en popularité à Paris.



Aux États-Unis et sans ces histoires, le nombre de paratonnerres est de plusieurs centaines. Le circuit de Franklin - un terminal aérien - un conducteur de descente - la mise à la terre est aujourd'hui considéré comme un classique. Rien de mieux n'a encore été inventé: l'efficacité d'un bon paratonnerre classique approche les 99%. C'est ce que notre ingénieur en chef a commémoré en septembre houleux.

Pourquoi le paratonnerre Franklin fonctionne-t-il?

Franklin, comme Lomonosov et Richman, est venu à comprendre la nature électrique de la foudre, puis - à l'essentiel: vous pouvez «tirer» l'électricité de l'atmosphère, attraper la foudre sur une copie conditionnelle. L'expérience décrite de Franklin avec le vol d'un cerf-volant dans un nuage d'orage est remise en question aujourd'hui, mais d'une manière ou d'une autre, il a tiré les bonnes conclusions en bonne santé, contrairement à son collègue russe Richman - il a payé pour la science de sa vie. Les propriétés des conducteurs étaient déjà découvertes à l'époque, le reste est une question d'ingéniosité et de technologie.


De 1860 à 1890, il y avait une vignette avec l'expérience de Franklin avec un cerf-volant sur un billet de 10 dollars des États-Unis et ce n'est que plus tard que le portrait de l'inventeur est entré dans des billets de 100 dollars

Le moment fondamental du système classique de protection contre la foudre en est un. À l'aide d'un conducteur, fournir un circuit continu depuis la réception de la décharge jusqu'à sa mise à la terre. Nous pouvons dire qu'un tel système prévoit et réalise l'intention de l'éclair lui-même. Un invité céleste électrique veut exactement la même chose - non pas pour se frayer un chemin à travers l'épaisseur de l'isolateur d'air, mais pour amener les particules bipolaires à une connexion avec le moindre effort. Et les gens lui offrent le chemin de la moindre résistivité.


Photo de Patrick Fisher. Source

À quoi il ressemble dans la tour du centre de Lakhta

Donc, nous avons besoin d'un collecteur de courant métallique. La flèche métallique de la tour s'adapte parfaitement - plus de 100 mètres au-dessus d'un conducteur propre!



Mais - pas seulement lui. Le profil des cadres de fenêtres à double vitrage de la coque supertall est également en métal, et le métal est dans les éléments du système de service de façade.



La tour peut attraper un éclair sur toute la hauteur. C'est important - le coup ne tombe pas toujours au point le plus haut, et les nuages ​​d'orage peuvent être en dessous de la flèche.
Après avoir reçu la décharge, les conducteurs descendent. Dans la flèche, leur rôle est joué par des colonnes de tuyaux en acier, en dessous - des plaques d'acier galvanisé. Les plaques encerclent le périmètre du sol et sont reliées en une chaîne fiable par des bandes principales verticales situées dans le corps des colonnes du périmètre et la coque du noyau.


Le courant de la coque externe passe à travers un conducteur flexible (dans une tresse rouge) vers un collecteur de plaques métalliques le long du périmètre du sol



La ligne verticale pour la décharge de la décharge électrique est traversante, passe de haut en bas de la tour sans séparation par les plafonds et est le principal paratonnerre du gratte-ciel. Elle va
aux points négatifs, où le circuit de protection contre la foudre de la tour est connecté à la boucle de terre du bâtiment multifonctionnel. De là, les électrons se précipitent le long de la cage de renforcement des piles MFZ profondément dans le sol et, finalement, se rencontrent avec des protons, se remettant à zéro quelque part dans les anciennes strates d'argiles précambriennes.

La foudre peut-elle faire fondre la façade ou la flèche d'une tour?

Bien sûr, les températures de la foudre sont terrifiantes. "Leader" - décharge forvad, vient à des températures de 30 mille degrés Celsius! Cinq fois plus chaud que le cœur de la terre, 30 fois plus chaud que la lave, qui a instantanément détruit Pompéi, Herculanum et Stabia. Néanmoins, la flèche de la tour a résisté à trois attaques de foudre en septembre et est restée inchangée.


Photo de Victor Gusik

C'est parce que la foudre vole du collecteur de courant vers le sol à des vitesses supersoniques - plus de 1000 kilomètres par seconde! Les particules électriques achèvent leur parcours si rapidement que le métal n'a tout simplement pas le temps de chauffer et de fondre. Si la chaîne avait des maillons à haute résistance ou que l'impulsion elle-même durait beaucoup plus longtemps, le résultat pourrait bien sûr être différent.

Protection cellulaire

À l'intérieur de la flèche de la tour, il y a du matériel de navigation et de communication, des systèmes SOF et d'autres équipements électriques. Si la foudre frappe la flèche, que va-t-il lui arriver? Et en général avec le reste de l'équipement électrique d'un gratte-ciel?



Cette situation est standard - tous les tableaux électriques du Lakhta Center sont protégés contre les surtensions. Quant au directement placé dans la flèche, un détail curieux est ajouté ici. La flèche du centre de Lakhta elle-même est de structure similaire à la cage de Faraday - la structure cellulaire de la façade métallique, un circuit fermé et mis à la terre donnent l'effet de filtrer une impulsion électrique et protègent l'équipement situé à l'intérieur de la flèche.


Façades en maille de la flèche de la tour du centre de Lakhta

Est-il dangereux d'être au centre de Lakhta lors d'un coup de foudre?

En septembre, ce numéro a excité nombre de ceux qui ont l'intention de visiter la terrasse d'observation de la tour du complexe. N'ayez pas peur. Dans un orage, il est situé en toute sécurité à absolument n'importe quel niveau supertall habité. La plate-forme d'observation du principal dispositif de transport de courant - la flèche, est séparée par un plafond en béton au niveau 88 - elle peut être conditionnellement considérée comme le toit du bâtiment. Tous les moyens potentiels de dévier le courant de foudre du tronc qui y est posé sont bloqués de manière fiable: le verre est un isolant en soi, comme le béton, enveloppant le cœur des colonnes et formant le cœur du cœur.


Les plaques métalliques conductrices dans le corps de la colonne sont bétonnées - une puissante couche de béton agit comme un isolant

En général, la foudre frappe assez souvent les gratte-ciel. Le gentleman à l'ancienne parmi les "jeunes" super grands, l'Empire State Building, reçoit ses "coups légers" annuels de 12 à 100, et jusqu'à présent aucun de ses visiteurs n'a été blessé pendant près d'un siècle d'histoire du bâtiment. Comme un visiteur de tout autre gratte-ciel.

Chasseurs d'impression

Le plus souvent, un coup de foudre dans un gratte-ciel est un spectacle de lumière pour ceux qui regardent de côté, tandis que les habitants ne soupçonnent pas qu'autour d'eux est un véritable spectacle de Tesla. C'est exactement ce qui s'est passé lors des orages de septembre avec ceux qui, dans ces minutes lumineuses, ont travaillé dans la tour du Centre de Lakhta. Ils ont découvert les orages et la foudre grâce à de nombreuses photos, en réponse à une demande de partage de leurs impressions, ils ont écarté les mains. Nous avons travaillé toute la tempête, nous n'avons rien regardé, c'est insultant! En général, dans un gratte-ciel dans un orage, il est non seulement plus sûr, mais parfois encore plus ennuyeux - tout le plus intéressant est révélé de côté.



Ici, par exemple, le photographe Mohamed Azmi raconte comment il a chassé pendant deux ans dans les coulisses, où la foudre frappe un gratte-ciel - attendant par mauvais temps sur les toits des bâtiments voisins.


Tout pour le bien de ce cadre

Et que pouvez-vous voir de la terrasse d'observation d'un gratte-ciel, être là dans un orage? Dans certains endroits, les fonctionnalités de conception vous permettent de regarder les scènes culminantes du drame céleste. Par exemple, de telles lignes peuvent être vues dans le matériel sur les vues du gratte-ciel australien Q1:

"... En plus du surf, des parcs à thème et de la montgolfière, les visiteurs de la populaire Gold Coast of Australia peuvent ajouter une autre attraction à leur liste de sensations fortes: dirigez-vous vers la banlieue de Surfers Paradise et regardez le point de repère de l'éclair Q1 - alors qu'il est confortable à l'intérieur lui ... Selon une source, les visiteurs aiment s'allonger par terre pendant un orage pour regarder la foudre frapper une impressionnante flèche de 97,7 mètres Q1. À en juger par cette image incroyable, ce doit être une expérience sacrément intéressante, et certainement pas pour les faibles de cœur! »

Photo Ann VB

Hélas, ceux qui se sont mis à observer l'orage de la foudre d'observation du centre de Lakhta frappant la flèche de la foudre, hélas, ne verront pas que tout se passera derrière le plafond supérieur. Mais la foudre qui frappe ci-dessous est très susceptible d'être rattrapée. Tout ce dont vous avez besoin est un bon pronostic et un peu de chance.

La tour attire-t-elle la foudre?

Les orages de septembre à la tour du centre de Lakhta ont assez bien tonné dans les réseaux sociaux et les médias. Tellement bon qu'il y avait toutes sortes de spéculations sur la nature du phénomène atypique.


Évier 78

Tout d'abord, de tels orages n'ont pas été vus depuis un siècle. Deuxièmement - la foudre frappe au plus haut point, et la tour du centre de Lakhta, comme vous le savez, est la plus haute d'Europe ... Coïncidence?



Même le chef des prévisions météorologiques de Saint-Pétersbourg, Alexander Kolesov, a dû préciser que la foudre se produit dans certaines conditions météorologiques et qu'aucun gratte-ciel ne peut changer le climat. À notre tour, nous serions heureux si le centre de Lakhta pouvait rendre chaque été et automne à Saint-Pétersbourg aussi chaud que par le passé, mais nous regrettons d'admettre que l'expert a raison: ni la tour, ni même le complexe dans son ensemble ne peuvent changer le temps. .



Pour les très méfiants, il y a même une petite démonstration historique. Avant l'achèvement de la tour, le rôle des paratonnerres était joué par des grues à tour.



Malgré le fait que ces machines étaient le point culminant sur le chantier, il n'y avait pas un seul cas de foudre dans la grue - l'été des années précédentes n'a pas choyé.
Cette année, le mois de septembre anormalement chaud a apporté plus d'un front de tempête. Et c'est bien que la tour soit terminée - sinon la foudre pourrait choisir une autre cible, et on ne sait pas quoi ni qui allait la devenir. D'un autre côté, vous ne devriez pas vous fier complètement à un "paratonnerre" aussi impressionnant - il n'y a pas de rares cas où un tonnerre cible le mauvais endroit.

Quand un gratte-ciel dans un orage est dangereux

Voici un cliché impressionnant avec un orage pris tout près de la tour. En plus de la foudre elle-même et du gratte-ciel, la seule situation, mais potentiellement très dangereuse, est capturée ici.



Il existe des estimations selon lesquelles jusqu'à la moitié des personnes touchées par la foudre se sont cachées sous de grands arbres. La tour n'est pas un arbre, mais pendant un orage, il est impératif de se mettre à l'abri dans le bâtiment et absolument de ne pas faire de clichés spectaculaires depuis l'amphithéâtre ou depuis une pelouse près du gratte-ciel lorsque le site est ouvert, en ignorant que Lakhta Center sera un paratonnerre si quelque chose se passe. Les éclairs se déplacent en "segments" de plusieurs dizaines de mètres et peuvent changer de direction dans n'importe laquelle de ces zones. Dans le même cadre, vous pouvez voir comment le coup principal ne tombe pas sur la flèche, mais sur le sol ou dans la baie derrière la tour.
Et dans cette vidéo - comment la foudre change de direction dans différents segments.

Un jour, Marty rentrera chez lui

Les écoliers connaissent le mieux la foudre et les scientifiques le moins. Pour les premiers - un paragraphe du manuel, pour les seconds - une véritable terra incognita. La communauté scientifique discute des éclairs sombres et invisibles - très rares et puissants, des sprites, des jets et des elfes - des phénomènes lors d'un orage dans la haute atmosphère et à l'intérieur d'un nuage d'orage, des éclairs positifs - de la terre au ciel, des éclairs de boule, leur origine cosmique ...


La première image couleur d'un sprite capturé dans une atmosphère proche de la Terre. Source de photo

Il y a beaucoup de secrets. Avec leur indice, un malheur est qu'il est incroyablement difficile d'attraper un apprenant rapide comme l'éclair. Personne ne sait où il frappera la prochaine fois et le flash lui-même dure un moment. Cette année, un complexe spécial a été envoyé à l'ISS, qui étudiera les phénomènes lumineux dans la haute atmosphère. Avec le fond - à l'ancienne. Nous devons rechercher des endroits où la probabilité d'attraper la foudre est la plus élevée. L'un de ces endroits à l'époque était l' Empire State Building . Les ingénieurs de General Electric ont équipé un laboratoire au 102e étage de la tour - à partir de là, ils ont fait de la photographie au flash au ralenti, les résultats ont été utilisés dans un projet pour étudier les surtensions dans les réseaux électriques pendant les orages. Voici la contribution des gratte-ciel à la science.


Photos - Musée de l'innovation et de la science Schenectady

En général, la foudre peut être très utile. Ils peuvent renvoyer Marty chez eux et recharger gratuitement les ampoules.



Nous espérons qu'un jour, avec la foudre, non seulement la neutralité armée sera établie, mais aussi une véritable amitié. Ensuite, nous obtiendrons les batteries, les placerons sur la tour et deviendrons encore plus respectueux de l'environnement et économes en énergie qu'aujourd'hui. Oui, en passant, nous pouvons vous féliciter - l'autre jour, le Lakhta Center est devenu le premier gratte-ciel russe à recevoir le plus haut niveau de platine dans le système international de certification verte LEED.



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Merci pour l'aide à la préparation du matériel, nos spécialistes quittent - Dmitry Matveev, chef du département des façades et structures métalliques et Vasily Balakshin, chef de la direction des systèmes électriques de l'IFC Lakhta Center JSC