Le cuivre comme bouclier : de la salle d'IRM au paratonnerre

Le métal vers lequel se tournent les ingénieurs quand il faut blinder quelque chose

Quand un hôpital installe un appareil d'IRM, toute la pièce autour est doublée de cuivre. Quand un électricien relie un bâtiment à la terre, il le fait avec du fil de cuivre. Et quand un paratonnerre est posé sur un toit, le cuivre arrive en tête de liste dans la norme. Toujours le même métal, pour trois problèmes très différents. Cet article explique pourquoi, et montre l'endroit où la technique rejoint la tradition.

En bref

• Une salle d'IRM est doublée de plaques de cuivre en standard, pour tenir les ondes radio extérieures à distance.
• Un grillage de cuivre fin atténue d'environ 60 décibels sur la plage de 10 mégahertz à 1 gigahertz, soit 99,9 % du signal.
• La norme européenne de protection contre la foudre EN-IEC 62305 retient le cuivre comme conducteur et comme prise de terre, et un conducteur en cuivre y a une section d'au moins 50 millimètres carrés.
• Le bracelet antistatique des usines d'électronique est un textile cuivré en contact avec la peau, avec une résistance de 1 mégaohm, fixé par la norme IEC 61340-5-1.
• Les temples hindous portent depuis des siècles un kalash en cuivre au sommet de la flèche, à la fois paratonnerre et antenne dans la tradition.
• Sous tout cela se trouve une seule propriété : le cuivre amène la charge exactement là où tu la veux.

La boîte en cuivre autour de l'IRM

Un appareil d'IRM écoute des signaux radio qui sortent de ton corps, et ces signaux sont faibles. Si faibles qu'un talkie-walkie dehors, un variateur dans le couloir ou un téléphone sur le parking suffirait à perturber l'image. La solution est aussi simple que radicale : on place l'appareil dans une boîte en cuivre.

Une telle pièce s'appelle une cabine blindée RF. Les murs, le plafond, le sol, la porte et même la vitre sont doublés de fines plaques de cuivre ou de grillage de cuivre. Les ondes radio ne passent pas, car elles induisent dans le cuivre de petits courants qui annulent aussitôt le champ à l'extérieur. Plus la fréquence est élevée, plus la couche de cuivre peut être mince : aux fréquences de travail d'une IRM, quelques dixièmes de millimètre suffisent.

L'idée a presque deux cents ans. En 1836, Michael Faraday a montré qu'une enveloppe conductrice tient le champ à l'extérieur, en s'installant lui-même dans une pièce tapissée de feuille métallique pendant que de fortes décharges avaient lieu dehors. À l'intérieur, il n'a rien mesuré. Depuis, une telle enveloppe s'appelle une cage de Faraday.

Ce que cela change, en chiffres

Pour le grillage de cuivre, ces chiffres se mesurent simplement. Un grillage de cuivre finement tissé atteint une atténuation d'environ 60 décibels sur la plage de 10 mégahertz à 1 gigahertz. Soixante décibels, cela paraît abstrait, mais cela signifie que sur mille unités de signal, une seule passe : 99,9 % restent dehors. Dans cette plage se trouvent la radio, le babyphone, le téléphone DECT et une bonne partie du wifi.

C'est exactement pour cela que le blindage est un métier ordinaire avec des normes ordinaires. Pourquoi le cuivre y excelle, et ce que le réseau cristallin a à voir là-dedans, se trouve dans pourquoi le cuivre conduit.

Faire descendre la foudre

Le blindage est une moitié de l'histoire. L'autre moitié est exactement l'inverse : laisser passer la charge volontairement, jusqu'à la terre.

La norme européenne de protection contre la foudre, EN-IEC 62305, retient pour cela le cuivre, aussi bien pour les conducteurs que pour la prise de terre dans le sol. Selon cette norme, un conducteur en cuivre a une section d'au moins 50 millimètres carrés, à peu près l'épaisseur d'un crayon. Un coup de foudre délivre des dizaines de milliers d'ampères en une fraction de seconde, et le métal qui évacue tout cela doit en sortir indemne. Le cuivre le fait depuis qu'il existe des paratonnerres.

Benjamin Franklin a conçu le principe en 1752, et remarquablement peu de choses ont changé depuis : une pointe en haut, un gros conducteur en cuivre qui descend, et une électrode de terre dans le sol. Ce que nous appelons mise à la terre est littéralement une liaison en cuivre entre un bâtiment et le sol en dessous.

Le cuivre contre la peau, dans l'usine d'électronique

Il existe encore un endroit où le cuivre évacue la charge, et il est plus proche que tu ne le penses : au poignet de toute personne qui travaille sur des puces.

Un bracelet antistatique est fait d'un textile cuivré qui repose sur la peau, avec un câble vers un point de terre et une résistance de 1 mégaohm entre les deux. Cette résistance fait que la charge s'écoule tranquillement au lieu de partir d'un coup. Tout le dispositif figure dans une norme internationale, IEC 61340-5-1, car une seule décharge électrostatique passée inaperçue coûte la vie à une puce.

Il existe donc une norme industrielle dans laquelle le cuivre repose toute la journée sur la peau humaine pour conduire la charge. Ce que le cuivre fait par ailleurs avec la peau, et ce qui en a été mesuré, se trouve dans le cuivre sur ta peau.

La cruche de cuivre au sommet du temple

Passe de la technique à la tradition, et tu retrouves le même métal au même endroit : tout en haut.

Au sommet de la flèche des temples hindous se trouve un kalash, une cruche de cuivre, souvent dorée. Dans la tradition architecturale, cet objet a deux fonctions à la fois. La première relève de la physique ordinaire : le point le plus haut du bâtiment est en métal et relié au sol par la structure, exactement ce que fait un paratonnerre. La seconde appartient à la tradition elle-même, où le kalash vaut comme antenne pour ce que l'on appelle des fréquences cosmiques ou divines, captées au point le plus haut et transmises à l'espace en dessous.

Nous n'y attachons aucune allégation de santé. Ce qui frappe, en revanche : les bâtisseurs de ces temples et les rédacteurs de l'EN-IEC 62305 sont arrivés à la même conclusion sur l'endroit où l'on place le cuivre, et pourquoi.

Se relier à la terre : la tradition et le métal

Cette même idée, un contact direct avec la terre par un conducteur, se trouve sous la tradition de la mise à la terre que l'on appelle aujourd'hui grounding ou earthing. Des recherches ont été menées : l'article de synthèse de Chevalier et ses collègues dans le Journal of Environmental and Public Health de 2012 rassemble ce qui avait été publié jusque-là. C'est un champ de recherche vivant et discuté, et là non plus nous n'y attachons aucune allégation de santé.

Ce que la tradition a bien vu, c'est le choix du matériau. Ton corps fonctionne lui-même à l'électricité : un électrocardiogramme ne mesure rien d'autre que l'activité électrique d'un muscle, et une impulsion nerveuse est littéralement une onde de tension. Le cuivre est le métal avec lequel l'électrotechnique dirige tous ces courants. Qu'il soit devenu aussi le métal de référence dans ce coin-là est donc moins fortuit qu'il n'y paraît.

Pourquoi notre cuivre est massif

Toutes ces applications ont un point commun : le cuivre est vraiment là, et il n'y a rien entre les deux. Chez nous, c'est pareil. Tout ce que nous fabriquons est en cuivre massif et non revêtu : un anneau tenseur que tu poses dans l'eau, des antennes d'électroculture que tu plantes au jardin, un bracelet qui reste toute la journée contre ta peau.

Ce que dit exactement la tradition autour de ces produits, tu le liras dans l'électroculture et dans l'anneau tenseur. Tu veux d'abord voir le métal lui-même ? Parcours toute la collection.