La prise de terre … Kézako ?

Toute installation électrique, domestique ou industrielle, doit être pourvue d’une prise de terre. A quoi sert-elle ? Comment et dans quelles conditions faut-il la réaliser ?

Fil de terre

La prise de terre est un élément important en matière de sécurité. Elle permet de créer une partie conductrice incorporée dans le sol en contact électrique avec la terre. Ce qui a pour but de constituer un réseau de protection sur lequel tous les récepteurs électriques d’une installation devront être raccordés. Voici les deux principales raisons de son existence:

La protection des personnes contre l’électrocution:

Si vous branchez un appareil défectueux (présentant un défaut d’isolement) sans le savoir, le courant de défaut transitera dans votre corps si vous touchez la carcasse métallique de cet appareil. C’est ce que l’on appelle un contact indirect. Pour éviter que cette triste situation n’arrive, il est obligatoire de raccorder à la terre les appareils électriques de classe 1 (qui présentent généralement une enveloppe métallique). En effet, le courant de défaut pré-cité sera directement routé vers la terre et retournera à la source. Le tout, sans passer dans votre organisme ! Elle est pas belle, la vie ?

La prise de terre est donc indispensable ! De plus, elle doit être associée à un dispositif différentiel afin d’assurer une coupure automatique de l’alimentation électrique.

Protection des biens contre les surtensions d’origine atmosphérique:

La foudre peut provoquer des surtensions graves par effet direct ou indirect: si elle tombe sur une habitation, l’effet est direct. Si elle tombe à proximité, il est indirect. L’onde de choc génère des valeurs de tension et de courant qui peuvent endommager vos matériels électriques. Des dispositifs spéciaux tels le parafoudre ou le paratonnerre doivent compléter le réseau de mise à la terre dans les régions subissant le plus d’impacts de foudre.

En conséquence, la réalisation d’une bonne prise de terre est conditionnée par plusieurs critères. La valeur de la résistance de la prise de terre est importante (normative), ainsi que le type de terrain sur lequel elle est créée (ces deux notions importante feront l’objet d’un prochain article).

Il existe deux types principaux de réalisation:

La boucle à fond de fouille: Il s’agit d’incorporer dans les fouilles d’une construction (fondations) un conducteur en cuivre nu (25mm²) faisant généralement le tour du bâtiment, telle une boucle. Cette boucle est coulée dans le béton de propreté des fondations. Il existe une méthode dérivée qui consiste à enfouir un conducteur en tranchée horizontale lors du passage d’une alimentation électrique enterrée.  Néanmoins, la boucle à fond de fouille reste la méthode la plus efficace pour obtenir une valeur de résistance très correcte.

Le piquet de terre: comme son nom l’indique, cette méthode consiste à planter un ou plusieurs piquets en acier galvanisé dans la terre profonde (2m) afin de rechercher une valeur de résistance optimale. Ils sont généralement installés dans le sous-sol afin de ne pas dépendre des conditions climatiques qui pourraient influencer la valeur ohmique de la prise de terre.

Les risques et les dangers de l’électricité

L’électricité est dangereuse.
Chaque année en France, on comptabilise des milliers d’accidents d’origine électriques dont plusieurs centaines sont mortels.
C’est en basse tension que le nombre d’accidents est le plus grand, et non en haute tension. Voici les 3 principaux dangers de l’électricité:


Les risques corporels:

Le corps humain offre une faible résistance au passage du courant. Je dirais même que nous conduisons très bien l’électricité puisque nous sommes composés à plus de 80 % d’eau. En d’autres termes, nous faisons très bien office de récepteur si, malheureusement, on rentre en contact avec nos chers petits électrons…

On distingue deux types de contacts avec une pièce nue sous tension:

Le contact direct, qui comme son nom l’indique, est caractérisé par le fait de toucher « directement » avec une partie du corps un conducteur sous tension.

Le contact indirect est caractérisé par le contact d’une partie du corps avec une masse métallique d’un équipement mise accidentellement sous tension à la suite d’un défaut interne dans ce dernier (ex: une machine à laver mal isolée ou défectueuse …)

95 % des accidents électriques sont provoqués par des contacts directs (contacts mains-pieds, les plus fréquents).

Le passage du courant dans le corps dépend donc de plusieurs facteurs:

La tension de contact (>50V en alternatif sous conditions sèches)

La résistance interne du corps humain (variable suivant les individus)

Les conditions de contact (sèches, humides ou immergées)

Attention, ce n’est pas tant la tension ou l’intensité qui tuent, mais c’est surtout l’énergie.
Cette notion d’énergie traversant le corps humain fait appel à un paramètre non négligeable: le temps.
La durée du contact va être déterminante en terme de conséquences physiologiques sur la victime.

Enfin, un phénomène très connu est celui du court-circuit.
Il s’établit entre deux conducteurs ayant des potentiels différents lorsque la résistance entre ces derniers n’existe plus. S’en suit un dégagement violent d’énergie se traduisant par une destruction du matériel, et projetant au passage des particules de métaux en fusion d’une température pouvant atteindre 3000 °C …
–> Risque de brûlures externes sévères.

Les risques d’incendie:

Les incendies peuvent être provoqués par plusieurs phénomènes dont voici les principaux:

Court-circuit (comme évoqué ci-dessus)

Surcharge caractérisée par une consommation excessive de courant faisant « chauffer » voire brûler les fils électriques

Défauts de connexion dans les appareillages (mauvais serrage) faisant naître des échauffements plus ou moins importants

Arc électrique, dû à un mauvais isolement ou à la présence d’humidité

Afin de prévenir ces phénomènes, nous avons recours à différents moyens de protection et méthodes préventives (disjoncteurs, fusibles, contrôles réguliers, rénovation etc …)


Les risques de surtension:

La surtension est l’élévation brutale de la tension appliquée aux bornes de nos appareils d’utilisation. La plus connue est la surtension d’origine atmosphérique causée par la foudre.

En effet, lorsque la foudre tombe à proximité d’une habitation, elle crée via le réseau de terre une élévation du potentiel par rayonnement électro-magnétique. Ce qui veut dire que tous les récepteurs électriques branchés dans la maison peuvent essuyer une surtension (atteignant plusieurs centaines à plusieurs milliers de volts) qui risque de les endommager irrémédiablement.

Un cas beaucoup plus rare est celui de la surtension causée sur le réseau du distributeur d’énergie à la suite de la rupture accidentelle du conducteur neutre.

Pour faire simple, cette rupture a pour conséquence le passage en 400V des appareils normalement alimentés en 230V … c’est moins méchant, mais ça fait mal au porte-monnaie également.

Soyez rassurés, le distributeur ERDF installe des dispositifs de protection contre les surtensions atmosphériques et industrielles, qui rendent les réseaux fiables. Mais une protection supplémentaire doit être installée par tout abonné habitant dans les zones kérauniques (zones à risque accru d’orages et de choc de foudre): c’est le parafoudre.

Les 2 types de courant: continu et alternatif

Les 2 types de courant: continu et alternatif

Le courant continu et le courant alternatif constituent les 2 types de régime que l’on rencontre dans les installations électriques. Ils sont produits par des générateurs qui ont leur propre mode de fonctionnement. Nous allons passer en revue ces 2 entités:

Le courant continu

Ce type de courant est délivré par les piles, les batteries ou encore les panneaux photovoltaïques. La tension et l’intensité produites par le générateur sont constantes dans le temps, tant que ce dernier ne se décharge pas. Il est à noter que le courant circule dans le même sens, de la polarité positive vers la polarité négative, par convention.
Voici les différents types de générateurs délivrant une source de tension continue:

Le générateur électronique: le panneau solaire.

l’alimentation du secteur, passant par un redresseur, et transformant le courant alternatif en continu.

Le générateur électrochimique: la pile ou la batterie d’accumulateurs (batterie de voiture).

Le courant alternatif

Il s’agit du courant qui arrive directement chez vous par le biais du distributeur d’énergie. C’est un type de courant qui change constamment de sens. On dit qu’il est sinusoïdal car son signal suite la trace de la fonction « sinus » en mathématiques.

Il change de sens à raison de 100 fois par seconde; c’est pour cela que notre courant alternatif a une fréquence de 50Hz ( 50 alternances / sec.).
Le générateur délivrant une tension alternative sinusoïdale est un alternateur. C’est une machine comportant une partie magnétique fixe (appelée stator) dans laquelle tourne une bobine de fil (rotor). La rotation de cette bobine à l’intérieur du champ magnétique va générer un courant alternatif. Il existe deux modes de distribution de ce courant alternatif:

le courant monophasé (une phase et un neutre),

le courant triphasé (trois phases et un neutre).

Le transport de l’électricité se fait en courant alternatif à haute tension afin de limiter les pertes d’énergie sur de longues distances et facilite le passage d’un niveau de tension à un autre. Il est aussi beaucoup plus simple de transformer les caractéristiques d’un courant alternatif que celles d’un courant continu. Pour cela, on utilise le transformateur qui permet de passer d’un niveau de tension à un autre, très facilement.

Cependant, ce type de conversion n’est pas adapté en courant continu car cela conduirait à la destruction du transformateur, n’étant pas conçu techniquement pour cela.

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Les 4 grandeurs électriques à connaître

Les 4 grandeurs électriques à connaître

Afin de bien comprendre les notions élémentaires de l’électricité, je vous expose dans cet article les 4 principales grandeurs à connaître.
Il est souvent fait l’analogie avec l’eau pour comprendre certaines grandeurs qualifiées d’ « abstraites » pour le néophyte. 

La tension

On peut comparer la tension à ce qu’on appelle la hauteur d’une chute d’eau.

Plus précisément, ce qui va caractériser la hauteur, c’est la différence de niveau entre un point A et un point B.
Plus la différence entre ces deux derniers points sera importante, plus la hauteur sera élevée. On imagine donc qu’une chute d’eau ayant une certaine hauteur délivrera une certaine pression au point le plus bas.
Pour revenir à notre chère électricité, la « pression » précédemment citée peut être rapportée à la tension.
En d’autres termes, la tension va correspondre à la force avec laquelle le courant électrique sera envoyé dans un circuit.

La tension est également appelée la « différence de potentiel » car on observe aux bornes d’un générateur une différence du nombre de charges entre les deux pôles.

La tension est exprimée en VOLTS (V).

Ex: On mesure 230V aux bornes d’une prise de courant ou alors 12V aux bornes d’une batterie de voiture. 

Le courant

Le courant pourrait correspondre au débit de l’eau. Plus le débit va être important, plus grande devra être la dimension des tuyaux qui transporteront le fluide.

En réalité, le courant électrique correspond au déplacement des électrons avec un certain débit, et les câbles électriques seront dimensionnés en fonction de ce paramètre.
Il est à noter qu’une intensité de courant trop importante dans un conducteur peut conduire à sa destruction et provoquer un incendie.

C’est pour cela qu’il existe des dispositifs de protection (comme les disjoncteurs, les fusibles, les relais thermiques etc…) afin de protéger les installations contre ce phénomène.

Le courant (ou l’intensité) est exprimé en AMPERES (A).

La résistance 

Une résistance est un matériau qui s’oppose au passage du courant. Plus la résistance sera élevée, et moindre sera le courant qui la traversera.
Elle permet aussi à l’énergie électrique de se transformer en énergie calorifique, car sous l’action du passage du courant, elle va produire de la chaleur.

Il existe une relation très connue sous le nom de la LOI D’OHM (U=R.I) qui démontre que la tension dans un circuit est égale au produit de sa résistance et du courant qui le traverse. Cette loi ne s’applique qu’aux résistances pures et n’est pas utilisable pour un moteur électrique ou un circuit comportant des condensateurs.

Elle est exprimée en OHMS (Ω).

La puissance

En courant continu, la puissance est le produit de la tension et de l’intensité. Elle représente l’énergie absorbée par un circuit ou par un appareil électrique et ce, par unité de temps.
Elle est exprimée en WATTS (W) mais peut être aussi exprimée en VOLTS-AMPERES (VA). Cette dernière est la puissance apparente, servant principalement à dimensionner une installation.
Un paramètre non négligeable peut venir perturber le calcul de cette grandeur en courant alternatif: c’est le facteur de puissance (ou cosφ).

On verra plus tard que ce petit facteur peut modifier le résultat suivant que l’on branche un récepteur inductif ou capacitif dans un circuit. Cette notion importante fera l’objet d’un autre article prochainement.

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Les 3 effets principaux de l’électricité

Les 3 effets principaux de l’électricité

L’électricité se distingue principalement à travers les trois effets suivants les plus notables:

L’effet calorifique

Plus connu sous le nom d’effet « joule », il se manifeste lorsqu’un courant électrique traverse un matériau résistant; l’énergie dissipée dégage de la chaleur.
On utilise principalement cet effet pour l’éclairage mais surtout pour le chauffage (convecteur électrique).
En effet, pour l’éclairage, la résistance représente un filament porté à incandescence dans une enveloppe de verre contenant un gaz rare.

L’effet magnétique

Si l’on enroule un fil de cuivre autour d’un matériau en fer doux et que l’on fait circuler un courant électrique dans ce fil, alors se produit un champ magnétique.
Ce principe se retrouve dans le fonctionnement d’un moteur électrique,  d’un simple relais ou d’un contacteur.
Le champ magnétique ainsi créé va induire un courant électrique à son tour, tel est le principe de fonctionnement d’un transformateur.

Ce principe présente aussi l’avantage d’être réversible puisque si l’on fait tourner un moteur électrique mécaniquement, alors il produira du courant.
D’ailleurs, ce procédé est largement utilisé pour produire de l’électricité (dynamo, éolienne, groupe turbo-alternateur …).

L’effet chimique

Si un courant électrique traverse une solution ionique, par le biais de deux électrodes, il va se produire un échange d’électrons donc de matière, d’une électrode à l’autre.
Cette réaction est connue sous le nom de l’électrolyse.
On s’en sert principalement dans le milieu industriel pour la galvanoplastie ou le raffinage de certains métaux.
De même que l’effet magnétique, si l’on inverse le système, on obtiendra une pile ou une batterie puisque la réaction chimique produira du courant. Il suffira de placer l’électrolyse dans une enveloppe hermétique.

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