Électricité

L’électricité est l'effet du déplacement de particules chargées, à l’intérieur d'un « conducteur », sous l'effet de différence de potentiel aux extrémités de ce conducteur. Ce phénomène physique est présent dans de nombreux contextes : l'électricité constitue aussi bien l'influx nerveux des êtres vivants, que les éclairs d'un orage. Elle est largement utilisée dans les sociétés développées pour transporter de grandes quantités d'énergie facilement utilisable.

Les propriétés de l'électricité ont été découvertes au cours du XVIII^e siècle. La maîtrise du courant électrique a permis l'avènement de la seconde révolution industrielle. Aujourd'hui, l'énergie électrique est omniprésente dans les pays industrialisés : à partir de différentes sources d'énergie, principalement hydraulique, thermique et nucléaire, l'électricité est un vecteur énergétique employé à de très nombreux usages domestiques ou industriels.

En 1936-37 , l'artiste Raoul Dufy réalisera l'une des plus grandes fresques au monde (10m X 64 m) sur le Thème de La Fée Électricité (située au Musée d'art moderne de la Ville de Paris)

Sommaire 1 Histoire 2 Nature de l'électricité 2.1 L'électricité statique 2.2 Le courant électrique 2.2.1 Le sens du courant 2.2.2 Analogie hydraulique 3 L'électricité dans la nature 3.1 La foudre 3.2 Au cœur de la matière 3.3 Les poissons électriques 3.4 L'influx nerveux 4 Production 4.1 Transport et distribution 4.2 Conversion transformation 4.3 Stockage 4.4 Les métiers de l’électricité 5 Usages et consommation 5.1 Classement par type d'usage 5.2 Classement par impacts énergétiques 5.3 Le réseau domestique 5.4 Applications industrielles 6 Santé et électricité 6.1 Contexte règlementaire 7 Normalisation 8 Notes et références 9 Bibliographie 10 Annexes 10.1 Articles connexes 10.2 Liens externes

Histoire

Électricité est un mot provenant du grec ἤλεκτρον, êlektron, signifiant ambre jaune. Les Grecs anciens avaient découvert qu’en frottant l’ambre jaune, il produisait une attirance sur d’autres objets et, parfois des étincelles. Ils ont donc appelé cette force électricité. Le phénomène est décrit pour la première fois en 600 av JC par Thales de Milet

L'Anglais William Gilbert, (de Colchester) est le premier, dans son De Magnete (1600), à faire la distinction entre corps électriques (il a introduit ce terme) et magnétiques. Il assimile la Terre à un aimant, note les lois de répulsion et d'attraction des aimants par leur pôle, et l'influence de la chaleur sur le magnétisme du fer. Il établit aussi les premières notions sur l'électricité, dont une liste des corps électrisables par frottement. C'est à lui que l'on doit l'emploi moderne du terme «Electricité».

Otto von Guericke physicien et maire de Magdebourg , invente en 1670 une machine électrostatique ( dite «les hémisphères de Magdebourg» qui crée des «étincelles électriques»

Une période d'observation commença au XVIII^e siècle où l'on apprit à créer de l'électricité statique. En 1733, Du Fay, dit Charles-François de Cisternay, découvrit les charges positives et négatives et observa les interactions entre ces charges. Mais c'est Coulomb qui en énonça les premières lois physiques.

En 1750, Benjamin Franklin réalise des expériences sur la foudre identifie l'électricité naturelle à l'œuvre dans les orages (travaux qui vont le conduire à l'invention du paratonnerre) En 1799, Alessandro Volta invente la pile électrique. En 1820, André-Marie Ampère découvre les lois du magnétisme et de l'Électrodynamique. En 1868, le Belge Zénobe Gramme réalise la première dynamo. En 1879, Thomas Edison présente sa première ampoule électrique à incandescence et la même année, une centrale hydraulique de 7 kW est construite à Saint-Moritz,

Dans les années 1880, sous l'inspiration, en France, d'Aristide Bergès se développent les réalisations liées au concept de Houille blanche.

Puis, les applications se généralisent : En 1883, Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs créèrent la première ligne électrique. En 1889, une ligne de 14 km fut construite dans la Creuse, entre la Cascade des Jarrauds, lieu de production, et la ville de Bourganeuf.

L'électricité se développe alors progressivement pendant le XX^e siècle, d'abord dans l'industrie, l'éclairage public et le chemin de fer avant d'entrer dans les foyers. Différents moyens de production de l'électricité se développèrent : centrales hydrauliques, thermiques, éoliennes, puis nucléaires…

Nature de l'électricité

C'est le mouvement des charges électriques de la matière qui est à l'origine de l'électricité.

Comme la masse, la charge électrique est une propriété intrinsèque de la matière, qui permet d'expliquer l'origine de certains phénomènes. Personne n'a jamais observé directement une charge électrique, mais les scientifiques ont remarqué des similitudes de comportement de certaines particules : ils ont donc postulé que ces particules avaient des caractéristiques en commun, dont les propriétés coïncidaient avec leurs observations.

Contrairement à la masse, il existe deux types de charges électriques, qui se comportent comme si elles étaient « opposées » l'une à l'autre : on les appelle donc, par convention, « positive » et « négative ». Un atome possède une charge positive lorsque le nombre de protons est supérieur au nombre d'électrons.

Forces générées par deux atomes chargés

Deux charges de nature opposée s'attirent	Deux charges de même nature (ici deux charges positives) se repoussent

Des charges, égales, de nature opposée s'annulent : cela signifie qu'une particule qui possède autant de charges positives que négatives se comporte comme si elle n'en possédait aucune. On dit qu'elle est électriquement neutre.

L'électricité statique

Dans la nature, les électrons sont des porteurs de charges négatives et les protons des porteurs de charges positives. Les atomes qui composent la matière ordinaire comprennent des électrons qui se déplacent autour d'un noyau composé de protons et de neutrons, ces derniers étant électriquement neutres. Lorsque le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, l'ensemble est électriquement neutre.

On parle d'électricité statique lorsqu'il n'y a pas de circulation des charges électriques. Expérimentalement cela est généralement obtenu en utilisant des matériaux dans lesquels les charges sont « piégées », des matériaux isolants comme le plastique, le verre, le papier… qui résistent à la circulation des charges^[1].

Quand on frotte certains matériaux entre eux, les électrons superficiels des atomes de l'un sont arrachés et récupérés par les atomes de l'autre. Par exemple:

• une tige de verre frottée sur un tissu de soie se charge positivement, car les atomes du verre perdent des électrons au bénéfice de la soie
• un ballon de baudruche frotté sur des cheveux secs se charge négativement, car il capte des électrons des cheveux secs.
• une règle en plastique frottée sur le tissu d'un vêtement se charge négativement, elle peut alors attirer des petits morceaux de papier. la règle modifie, par influence électrostatique, la répartition des charges dans le papier : les charges négatives de la règle repoussent les charges négatives à l'autre extrémité du morceau de papier et attirent les charges positives des atomes du papier.

Le courant électrique

Il existe des matériaux conducteurs de l’électricité comme les métaux, l'eau salée, le corps humain ou le graphite, qui permettent aux charges électriques de se déplacer facilement.

Lorsqu'on marche sur une moquette, le frottement des pieds sur le sol arrache des électrons et le corps se charge d'électricité statique. Quand on touche une poignée de porte métallique, on ressent alors une petite décharge électrostatique accompagnée d'une étincelle, causée par le déplacement brutal des charges électriques s'écoulant vers le sol à travers les matériaux conducteurs de la porte. Cet écoulement est dû au fait qu'il y avait plus de charges dans le corps que dans le sol; la différence de charges entre le corps et le sol est appelée une différence de potentiel; la sensation ressentie est liée au courant électrique généré par la différence de potentiel entre la poignée et le corps humain; on peu donc en déduire que:

• la moquette est un générateur de tension électrique et un isolant.
• le corps humain et la poignée de porte sont des conducteurs d’électricité.

Pour créer un courant électrique, il faut donc un circuit de matériaux conducteurs qui permettra aux charges électriques de se déplacer et, un système capable de créer une différence de potentiel entre les deux extrémités du circuit. Ce système est appelé un générateur : ce peut être par exemple une pile, une dynamo ou un alternateur.

Le sens du courant

Dans un circuit électrique, on dit que le courant électrique, noté « I », circule entre les électrodes depuis le pôle positif vers le pôle négatif du générateur. Ce sens est purement conventionnel puisque le courant peut aussi bien être causé par des charges positives (manque d’électron) qui seront attirées par le pôle négatif du générateur, que par des charges négatives (les électrons) qui se déplaceront en sens inverse, vers le pôle positif, cependant on s’intéresse essentiellement au déplacement des électrons qui sont les seuls a pouvoir se déplacer (sauf dans des matériaux radioactifs en cours de désintégration).

Dans certains cas, des charges positives et négatives se déplacent en même temps et ce double déplacement est responsable du courant électrique global. C'est le cas dans les solutions ioniques, où les cations et les anions se déplacent dans des sens opposés, et dans les semi-conducteurs comme une diode, où électrons et « trous » font de même. Les charges ne peuvent pas toutes se déplacer sous l'action du champ électrique et c'est ainsi que dans un fil électrique, les charges positives (les noyaux des atomes) restent fixes dans la structure du métal et ne peuvent constituer aucun courant électrique ; le courant électrique dans un métal est créé uniquement par le déplacement des charges négatives (les électrons libres) vers le pôle positif du générateur : c'est un courant électronique, cependant on utilise dans tous les cas le sens conventionnel « I » du courant, institué avant la découverte de la charge négative de l'électron.

On parle de courant continu quand le sens reste constant et, de courant alternatif quand il change périodiquement. La fréquence d'un courant alternatif est le nombre de périodes par seconde. Elle s'exprime en hertz (Hz), par exemple le courant distribué dans les installations électriques est à une fréquence : de 50 Hz en Europe et, de 60 Hz aux États-Unis.

Analogie hydraulique

Pour comprendre certaines propriétés du courant électrique, il est intéressant de le comparer à de l'eau s'écoulant dans un circuit de tuyaux. Le générateur peut alors être vu comme une pompe chargée de mettre sous pression le liquide dans les tuyaux.

La différence de potentiel, ou tension, ressemble alors à la différence de pression entre deux points du circuit d'eau. Elle est notée « U », et est exprimée en volts (V).

L'intensité du courant électrique peut être assimilée au débit d'eau dans le tuyau. Elle rend compte du nombre de charges qui passent à chaque seconde dans un point du circuit ; elle est souvent notée « I », et mesurée en ampères (A).

La résistance d'un circuit électrique serait alors l'analogue du diamètre des tuyaux. Plus les tuyaux sont petits, plus il faut de pression pour obtenir un même débit ; de façon analogue, plus la résistance d'un circuit est élevée, plus il faut une différence de potentiel élevée pour avoir une même intensité. La résistance électrique rend compte de la faculté d'un matériau de ralentir plus ou moins le passage du courant. Elle est notée « R » et, elle est exprimée en ohms (Ω).

Il est possible de pousser cette analogie beaucoup plus loin^[2] mais elle a ses limites et certaines propriétés du courant électrique s'écartent sensiblement de ce modèle basé sur du fluide, des tuyaux, et des pompes.

L'électricité dans la nature

Les échanges électriques sont omniprésents dans la nature. En général, il s’agit de phénomènes peu visibles, mais ils sont fondamentaux : les forces électromagnétiques et électrofaibles font partie des quatre interactions fondamentales qui structurent tout l’Univers.

La foudre

La friction de nombreux matériaux naturels ou artificiels produit de la triboélectricité. La foudre est une énorme décharge électrique due à l'accumulation d'électricité statique dans les nuages. En temps normal l'air est un isolant, qui bloque le passage de l'électricité. Lorsque la charge électrique dans les nuages d'orage arrive à une valeur certaine, la différence de potentiel, des différentes charges accumulées, est telle qu'elle parvient à modifier la structure des gaz qui composent l'air, les transformant localement en un plasma ionisé, qui conduit lui parfaitement l'électricité. Des arcs électriques géants se forment alors, entre deux nuages ou, un nuage et la terre : les éclairs, permettant le rééquilibrage des charges électriques.

L'électrisation de l'air peut donner lieu à d'autres phénomènes, comme le feu de Saint-Elme.

Au cœur de la matière

La circulation des charges électriques intervient dans de nombreux phénomènes naturels, et notamment dans les réactions chimiques d’oxydo-réduction comme la combustion.

Le champ électromagnétique terrestre est lui aussi créé par des courants électriques circulant dans le noyau de notre planète.

Les poissons électriques

Les poissons électriques sont capables de tirer parti du courant électrique pour s'orienter, pour se protéger ou bien pour communiquer. Il existe des espèces capables de produire de véritables décharges électriques : 620 V pour l'anguille électrique ; cela lui permet d'assommer ses proies avant de les consommer. Ils produisent de telles décharges électriques grâce à leurs organes électriques, qui ont une structure interne semblable aux muscles du corps humain.

L'influx nerveux

Tous les êtres vivants produisent de l'électricité pour animer les muscles ou pour transmettre de l’information par l'influx nerveux dans les nerfs. C'est ainsi que les médecins utilisent l'électrocardiographie et l'électro-encéphalographie pour diagnostiquer les pathologies du cœur ou du cerveau. La science qui étudie la production d'électricité chez les êtres vivants est l'électrophysiologie.

Production

Sources de l'électricité mondiale en 2000[3]
	a : charbon 39 % b : hydroélectrique 17 % c : nucléaire 17 % d : gaz 17 % e : pétrole 8 % f : éolienne, géothermie… 2 %

L'électricité représente environ un tiers de l'énergie consommée dans le monde. L'électrotechnique est la science des applications domestiques et industrielles (production, transformation, transport, distribution et utilisation) de l'électricité.

La méthode la plus courante pour produire de grandes quantités d'électricité est d'utiliser un générateur, convertissant une énergie mécanique en une tension alternative. Cette énergie d'origine mécanique est la plupart du temps obtenue à partir d'une source de chaleur, issue elle-même d'une énergie primaire, telle que les énergies fossiles comme le pétrole, nucléaires ou une énergie renouvelable, l'énergie solaire. On peut également directement utiliser une énergie mécanique, comme l'énergie hydraulique ou l'énergie éolienne.

Bien évidemment la source n'est pas forcément mécanique, exemple les piles ou les panneaux solaires.

Transport et distribution

Le courant qui circule sur réseau électrique est le plus souvent alternatif et triphasé, car il est le plus économique à produire et à transporter. Alors que le consommateur final a besoin de courant à basse tension, moins dangereux à utiliser, il est plus économique pour le transport du courant sur de longues distances, d'utiliser une très haute tension.

En effet, à puissance constante, si l'on augmente la tension, on réduit l'intensité du courant ( en monophasé) et donc, les pertes par effet Joule ou pertes thermiques (), ainsi que l'effet de peau qui limite la circulation des forts courants à la surface extérieure des conducteurs : ceci obligerait l'utilisation de câbles de cuivre de plus grosse section mais dont le cœur serait moins bien refroidi. Pour réduire les pertes par effet Joule tout en limitant la section des câbles on utilise des transformateurs élévateurs de tension, de manière à réduire l'intensité du courant pour le transport, et des transformateurs abaisseurs de tension pour la distribution (en basse tension) aux usagers.

En France les principaux fournisseurs d'électricité sont EDF, Direct Énergie et Poweo.

Conversion transformation

Les tensions électriques peuvent être transformées et converties.

En règle générale pour les grosses puissances, les tensions sont alternatives, et passent par des transformateurs pour convertir le courant en flux magnétique, lui-même reconverti en courant dans des bobines. Ce principe permet de changer le niveau de tension tout en conservant la fréquence et une isolation galvanique entre le réseau primaire et secondaire du transformateur. Pour les puissances le permettant technologiquement, on utilise des convertisseurs à semi-conducteurs (transistors, thyristors) :

• des redresseurs pour convertir une tension alternative en tension continue ;
• des onduleurs pour convertir les tensions continues en alternatives ;
• des convertisseurs permettent la conversion directe de tension continue en tension continue par découpage à haute fréquence.

Stockage

Pour l'électricité transportée et distribuée au moyen de conducteurs, il est nécessaire d'équilibrer à tout moment la production et la consommation. Les centrales thermiques au gaz, au pétrole ou au charbon, sont généralement mises en service pour répondre à des pics de demande. On utilise aussi des stations de pompage-turbinage entre deux retenues d’eau : pendant les heures creuses, l'eau est pompée vers le bassin supérieur, et pendant les heures de pointe, l'eau passe dans une turbine qui produit un appoint d'électricité sur le réseau.

Il est aussi possible de stocker l'électricité à petite échelle au moyen de batteries d'accumulateurs, de condensateurs ou de bobines d'inductances.

• Les batteries d'accumulateurs sont très répandues pour l'utilisation des équipements et systèmes autonomes fixes ou mobiles.

• Les condensateurs sont utilisés depuis longtemps en électricité et électronique, mais sont apparus récemment des supercondensateurs permettant de disposer de plus de puissance instantanée qu'avec des batteries d'accumulateurs classiques de taille plus grande, mais pendant des temps très courts. Une utilisation possible peut trouver sa place dans la traction électrique automobile pour les phases transitoires d'accélération, d'autant plus que la recharge des condensateurs est presque instantanée.

• Le stockage de l'énergie électrique dans des selfs ou bobines d'inductances n'offre d'intérêt qu'avec des matériaux supraconducteurs, ce qui n'est encore que du domaine expérimental en matière de stockage.

Les métiers de l’électricité

L'électrotechnique est un ensemble de technologies qui peuvent être pratiquées par : un ingénieur, un électrotechnicien, un dessinateur-projeteur…

• le bobineur est un technicien qui réalise les circuits magnétiques comme ceux des moteurs ou des générateurs ;
• le monteur-câbleur réalise les armoires de commande et il procède au raccordement ;
• les électriciens câblent les réseaux basse tension et haute tension, dans le bâtiment, l'industrie, le tertiaire, la marine, l'aéronautique et les moyens de transport terrestre, (automobile) ;
• les techniciens de maintenance, entretiennent et dépannent les machines électriques ;
• les automaticiens, électroniciens, électrotechniciens créent les automatismes et systèmes de régulation électrique pour commander les machines automatisées…

Ainsi qu'une multitude de métiers liés à l'industrie de l'électricité (pour les plus courants : chimiste, calorifugeur, thermicien, robinetier, chaudronnier, mécanicien…).

Usages et consommation

Classement par type d'usage

On distingue souvent deux types d'usages ^[4] :

• les usages dits « spécifiques » (parfois aussi dits « nobles ») : Ce sont ceux que seule l'électricité peut assurer actuellement (téléphone, électronique, informatique, médias audiovisuels, éclairage nocturne…). Après une tendance aux économies d'énergie (réfrigération plus économe, lampes basse consommation…), les consommations par foyers et par appareil sont reparties à la hausse avec la climatisation électrique, le développement de l'informatique et des matériels audiovisuel et divers gadgets électriques. En particulier les écrans plasma, grands écrans LCD, home cinema ont multiplié par 5 à 10 la consommation électrique par appareil. Certains automates, les communications numériques (Internet, réseaux) consomment de plus en plus d'électricité. Si les ordinateurs portables consomment 5 à 6 voire 10 fois moins d'énergie qu'un ordinateur de bureau et son écran (jusqu'à 15 Watts pour le portable contre 150 pour un PC fixe), ils se sont multipliés, et souvent s'ajoutent simplement aux PC fixes au lieu de les remplacer.
• les usages dits « substituables »  : Ce sont les usages thermiques (ou « à effet Joule ») ; qui pourraient être remplis par d'autres sources d'énergie (moteurs au fuel, gaz, hydrogène… climatisation/réfrigération, et chauffage par tous combustibles. Le chauffage thermique direct est bien plus économe que le chauffage électrique par résistance ; ce dernier nécessite 3,2 kWh en amont pour produire 1 kWh final, et il est finalement - en moyenne - plus émetteur de CO₂ qu'un chauffage utilisant du gaz ou fuel, ce qui a motivé l'interdiction du chauffage électrique direct au Danemark, remplacé - avec aides gouvernementales - par des pompes à chaleur, ou d'autres alternatives (solaire, puits canadien, etc).

Classement par impacts énergétiques

• Contrairement à une idée reçue, l'industrie n'est pas le premier consommateur d'électricité. Dans les pays riches, elle en consomme moins d'un tiers. À titre d'exemple, en France, depuis la fin des années 1990, l'industrie consomme moins d'un tiers de l'électricité finale. Ce sont le résidentiel et le tertiaire, via le chauffage, l'électroménager, l'éclairage et l'informatique) qui consomment en 2009 environ 67 % de l'électricité. Par ailleurs, la France qui a justifié son programme nucléaire par le souci de ne plus dépendre du pétrole détenait en 2009 le record de consommation par habitant d'électricité (un français moyen consomme plus d'électricité qu'un californien moyen rappelle^[5], mais aussi paradoxalement de consommation de pétrole par habitant^[5], avec un fort endettement et une précarité énergétique des plus pauvres. Depuis les années 2000, lors des pics de consommation accompagnant les vagues de froid, RTE craint un effondrement d'une partie du réseau. Il diffuse, notamment en Bretagne ou Provence-Alpes-Côte d'Azur, des incitations à économiser l'électricité. Car, comme on ne sait pas massivement stocker l'électricité ; c'est la « puissance appelée » qui devient le facteur dimensionnant du système de distribution électrique, c’est-à-dire l'énergie consommée à un instant donné et non seulement la consommation cumulée sur la journée, la saison ou l'année. La répartition spatio-temporelle des usages électriques a un impact majeur sur le plan économique, mais aussi environnemental, car les ressources appelées en derniers recours lors des pics émettent le plus de CO2. Ainsi, le chauffage électrique « pèse » « 2,5 fois plus en puissance instantanée (36 % au moment du record de consommation sur le réseau français) qu’en consommation cumulée en moyenne sur l’année (14 %) ». ^[4]. Des communes cherchent à diminuer le gaspillage lié aux illuminations de Noël, de monuments ou éclairage urbain, mais les panneaux publicitaires motorisés ou éclairés sont restés en fonctionnement. Le smart grid devrait aider les clients à moins consommer en période de pointe et permettre d'appeler l'électricité par le chemin le plus court (moins de perte en ligne), mais sans répondre au risque d'effet rebond^[5].

• En Europe ; l'efficience énergétique a été poussée par une Directive sur l'efficacité minimum des appareils électriques, après une directive sur l'étiquetage en 1992, suivie en 1997 d'une directive limitant les consommation de réfrigérateurs, congélateurs et combinés, en veillant à ne pas dépasser l'optimum pour le consommateur en termes de récupération rapide de l'investissement initial par les économies d'énergie. En 8 ans, l'efficacité énergétique des appareils frigorifiques a ainsi été améliorée de 30 %, puis rien n'a été fait durant 13 ans sur l'électroménager en Europe, alors que des normes d'efficience énergétique se développaient aux États-Unis, depuis 1989. Malgré une notable amélioration de l'efficience énergétique de 1999 à 2004, la consommation finale continue à augmenter en Europe (UE-25) ; Un ménage moyen de l’UE-25 consommait 4 098 kWh en 2004, alors qu'il aurait pu n'en consommer que 800 kWh s'il était équipé d'appareils existants à basse consommation et en abandonnant les ampoules à incandescence (et encore moins avec les techniques les plus efficientes). Selon le Centre commun de recherche (CCR) de l’UE, de 2005 à 2006, la consommation a augmenté dans l’UE-25 dans tous les secteurs ; dans le résidentiel, dans le tertiaire (+ 15,8 %) et dans industrie (+ 9,5 %), à un rythme calqué sur celui du PIB global (+ 10,8 %). Le rapport recommande d'encourager les chauffe-eau solaires et les économies d'énergie, par remplacement notamment des lampes à incandescence. En novembre 2006, la Commission européenne a engagé un plan d'action pour l'efficacité énergétique qui visant - 20 % la consommation d'électricité de l’UE-25 d'ici 2020^[6]. Les appareils consomment plutôt moins, mais ils sont plus utilisés (explosion de l'utilisation de l'ordinateur et du téléphone portable. Le temps passé devant la télévision a augmenté de 13 % entre 1995 et 2005^[6].

• L'éclairage  ; En Europe, dans le tertiaire l'éclairage (de jour souvent) est devenu le premier poste de consommation électrique, 175 TWh consommés par an et 26 % de consommation électrique totale du secteur tertiaire^[6]. Par ailleurs, l'éclairage nocturne (principale cause, avec la publicité lumineuse, du phénomène dit de pollution lumineuse) est en hausse constante depuis 50 ans. Pour aider les consommateurs à optimiser leur consommation et dépenses par usage, des ONG ont créé un site internet Topten produisant une analyse énergétique indépendante des matériels les plus utilisés. Néanmoins, sans objectif de sobriété énergétique, un effet rebond (direct ou indirect et externe) peut faire que l'argent ainsi économisé puisse être dépensé dans d'autres usages énergivores.

Le réseau domestique

À part les appareils à piles ou les batteries d'automobile, la majorité de l'électricité utilisée dans la vie quotidienne provient du réseau électrique. Chaque habitation est reliée au réseau par l'intermédiaire d'un tableau qui contient au moins un compteur destiné à la facturation ainsi qu'un disjoncteur servant d'interrupteur général et, permettant de protéger l'installation. De ce disjoncteur sortent deux conducteurs qui alimentent l'installation domestique : la phase et le neutre et parfois deux conducteurs de phase supplémentaires, dans les installations triphasées. On trouve un troisième conducteur pour la mise à la terre.

On trouve ensuite un tableau de fusibles ou de disjoncteurs, distribuant le courant dans les différents circuits de la maison. On prévoit généralement des circuits spécialisés pour les appareils qui ont besoin de beaucoup de puissance (four, cuisinière électrique, lave-linge, lave-vaisselle, chauffe-eau…), normalement, par pièce un circuit pour l'éclairage et un pour les prises électriques.

On utilise des interrupteurs pour ouvrir ou fermer les circuits électriques. Il est possible d'utiliser des montages spéciaux comme un va-et-vient ou un télérupteur quand on souhaite créer plusieurs points de commande, par exemple à chaque bout d'un couloir.

Applications industrielles

• L'électrolyse sert à raffiner l'aluminium, à produire des gaz, à plaquer les métaux…
• Les arcs électriques servent à souder ou à découper des métaux ;
• Les moteurs électriques animent les machines, les pompes, divers automatismes, directement ou via des circuits hydrauliques ;
• L'alimentation de circuits électroniques, de relais, de contacteurs, d'électroaimants, etc permet des séquences automatisées.

Santé et électricité

L'électrisation est le passage de courant électrique dans le corps humain. Quand le courant est trop fort cela peut par exemple entraîner des brûlures ou un arrêt cardiaque. On considère habituellement qu'une tension de plus de 50 V alternatifs / 120 V continus présente un danger potentiellement mortel : l'électrocution.

Les conséquences d'une électrisation dépendent de la nature de la tension (alternative ou continue), de la résistance du corps humain généralement admis comme étant à 5 000 ohms en TBT (Très Basse Tension), 1 000 ohms sous 220 V alternatif et 400 ohms sous 500 V (la résistance est dégressive en fonction de la tension d'exposition), de l'amplitude du courant ayant circulé et du temps de passage de ce courant. Il est couramment admis quelques seuils sur lesquels se basent les règles de sécurité :

• Au-dessus de 20 mA, danger de fibrillation cardiaque si passage par le cœur. En TBT 50 VAC / 120 VDC maximum, le danger pour l'homme est faible ().

• Au-dessus de 1 000 V, il y a danger, même sans contact direct avec un conducteur, car il se produit une ionisation de l'air, les distances d'approche minimales sont évaluées en fonction du niveau de tension. D'où l'interdiction d'entrer dans les enceintes des transformateurs électriques. Malgré la distance conséquente séparant les conducteurs des lignes haute tension, le bruit que l'on peut entendre en dessous de ces lignes est consécutif à des micro-amorçages par claquage de l'air.

L'absence visuelle de brulure après une électrisation n'exclut pas des brulures internes sur le chemin de passage du courant dans le corps, lesquelles peuvent engendrer des nécroses.

Mais l'électricité sert aussi à soigner : elle peut être utilisée telle quelle, pour administrer des électrochocs ou stimuler des tissus nerveux ou musculaires, ou encore alimenter les appareils de pointe utilisés en médecine, permettant des techniques de soin telles que radiothérapie, électropuncture, stimulateur cardiaque, prothèse, et de diagnostic telles que radiographie, scanner, résonance magnétique, endoscopie.

Contexte règlementaire

En France, le décret N° 88-1056 du 14 novembre 1988 traite de la protection des travailleurs dans les établissements assujettis au code du travail livre 2 titre 3 qui mettent en œuvre des courants électriques. Il s’applique également aux entreprises étrangères à l’établissement et auxquelles celui-ci confie soit des travaux sur ses propres installations électriques, soit des travaux de quelque nature que ce soit au voisinage d’installations électriques. Ce décret a donné naissance aux prescriptions UTE C18-510 relatives à la sécurité des personnes approchant les circuits électriques.

Normalisation

Il existe en France trois normalisations en électricité :

• Internationale : la Commission électrotechnique internationale (CEI)
• Européenne : le Comité européen de normalisation en électronique et en électrotechnique (CENELEC)
• Française : l’Union technique de l'électricité (UTE)

La normalisation en France est réglementée par la loi du 24 mai 1941 qui a créé l’Association française de normalisation (AFNOR) et définit la procédure d’homologation des normes. Cette loi est complétée par le décret n° 84-74 du 26 mai 1974, modifié par les décrets n° 90-653 et 91-283.

Par ailleurs, une norme homologuée peut être rendue d’application obligatoire par arrêté, mais cette procédure n’a été jusqu’à présent que peu utilisée en électricité sauf en ce qui concerne la sécurité. (UTE C18-510, NF C15-100, NF C13-200)

Il existe deux grandes familles de normes qui visent d’une part la construction du matériel électrique et d’autre part la réalisation des installations électriques. Une nouvelle norme vient de sortir en août 2007 pour le contrôle des installations existantes de plus de 15 ans pour le diagnostic immobilier (obligatoire courant 1^er semestre 2008, décret d'application attendu fin 2007).

Les principales normes de réalisation sont :

• La NF C 15-100 : Installations électriques à basse tension ;
• La NF C 13-100 : Postes de livraison ;
• La NF C 13-200 : Installations électriques à haute tension ;
• La NF C 14-100 : Installations de branchement (basse tension).

Les principales normes de conception sont :

• La NF C 20-010 : Classification des degrés de protection procurés par les enveloppes ;
• La NF C 20-030 : Règles de sécurité relatives à la protection contre les chocs électriques ;
• La NF C 71-008 : Baladeuses et éclairage de chantier.

La norme expérimentale de contrôle des installations existantes :

• La XP C 16-600 : État des installations électriques des immeubles à usage d'habitation - août 2007.

Notes et références

Bibliographie

• Gérard Borvon, Histoire de l'Electricité, de l'ambre à l'électron, Éditions Vuibert, 2009 (ISBN 978-2-7117-2492-5) [présentation en ligne]

Annexes

Articles connexes

• Compatibilité électromagnétique
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Liens externes

• Idées reçues sur l'électricité - Institut national de recherche pédagogique (INRP)
• La Bataille de l'électricité - Film historique d'Axel Engstfeld en cinq parties, Dailymotion [vidéo]
• L'électricité dans le monde

v · Électromagnétisme • Électricité • Électronique • Électrotechnique • Électrochimie • Automatique • Traitement du signal
Notions théoriques : Admittance • Capacité • Conductance • Courant • Impédance • Inductance • Résistance • Tension • Vitesse de l'électricité
Composant électrique : Accumulateur • Antenne • Capteur • Connecteur • Machine électrique • Pile
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