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L’électricité, j’y pige rien

22 février 2012 3 973 vues 5 commentaires
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Petite histoire rapide pour ceux qui, nombreux, s’inquiètent de leur capacité à comprendre l’électricité et donc l’électronique avec les publications à venir sur ce blog.

Je vais vous la faire aussi courte et synthétique que possible, les spécialistes me pardonneront quelques raccourcis logiques.

L’électricité est un flux d’électrons qui se baladent d’atomes en atomes. Virtuellement, tout peut transmettre de l’électricité. En pratique, certains matériaux le font mieux que d’autres. Le cuivre, par exemple, conduit fort bien les électrons, au contraire du plastique. A l’état naturel, les électrons se baladent en permanence, mais ramenés à notre échelle humaine, ils sont plutôt immobiles.

Pour créer un vrai courant, il faut enlever des électrons à un bout du conducteur pour que ceux qui sont à l’autre bout aient une irrésistible envie de venir combler le manque. On dit qu’un courant est continu quand tout le monde va dans le même sens et qu’il est alternatif quand les électrons passent leur temps à faire de rapides allers & retours. Dans l’électricité que vous avez dans toutes vos prises, ils changent de sens 50 fois par seconde.

Vous l’aurez normalement compris, les électrons qui arrivent doivent repartir, d’où la présence de deux câbles dans les prises, le 3e étant le fil de terre que nous aborderons un peu plus loin. Contrairement à la croyance répandue, les électrons ne se transforment pas en autre chose lors de leur passage dans les appareils. Ils restent tous, sans exception, dans les fils électriques qui les font se balader.

La meilleure analogie que j’ai trouvée à ce jour est la rivière. La quantité d’eau qui s’écoule est équivalente à la quantité d’électrons. C’est l’intensité du courant, généralement exprimée en Ampères. Le dénivelé de la rivière est la tension, exprimée en Volts. C’est la différence de potentiel qu’on applique aux deux bouts de notre conducteur pour forcer les électrons à se déplacer. Pour compléter l’analogie, imaginez donc que votre radiateur est un appareil situé au milieu d’un cours d’eau et qu’il produit de la chaleur en utilisant la force de l’eau qui passe son temps à passer dans un sens puis dans un autre (50 fois par seconde, vous vous souvenez ?).

Pour la suite, la multiplication de l’intensité par le voltage est la puissance. P = U * I. On l’exprime généralement en Watts. L’une des valeurs étant généralement fixe, la tension, autour de 228/229 Volts (on dit 220 en langage courant, mais c’est plus proche de 230), on parle généralement d’une puissance qui a une variation strictement égale à l’intensité du courant utilisée. Mais imaginez votre four à micro onde 2000 Watts branché sur une source d’énergie 12 volts, il faudra une intensité près de 20 fois plus grande pour obtenir la même puissance. Pour reboucler sur l’analogie avec la rivière, si elle a un dénivelé ridicule, il faudra qu’elle écoule beaucoup d’eau pour avoir la même puissance qu’une petite chute d’eau quasi verticale.

Abordons à présent la terre. Les deux fils dont nous avons parlé jusqu’à présent sont généralement bleu et rouge ou éventuellement noir & marron. Le fil de terre, lui, est toujours jaune et vert.

Les électrons préfèrent généralement le chemin le plus court pour aller là où ils sont en minorité. Ce chemin le plus court peut être votre corps si vous touchez deux conducteurs ou bien un seul et qu’une autre partie de votre corps touche (ou est proche) de la terre ou de quelque chose qui y conduit (un radiateur par exemple, ou bien de l’eau dans une baignoire). D’où l’invention du fil de terre qui, normalement, sert à neutraliser le potentiel électrique de la carcasse des objets que vous branchez au secteur.

Concrètement, si pour une raison ou une autre un fil électrique touche la carrosserie de votre grille pain, si elle n’est pas reliée à la terre, vous allez vous prendre une châtaigne en voulant récupérer vos toasts. Si elle est reliée à la terre, votre corps n’intéressera à priori pas les électrons et vous serez donc indemne. Mais même mieux que ça, votre grille pain ne s’allumera plus parce que « les plombs auront sauté ».

Abordons donc maintenant la partie qui sera intéressante plus tard sur ce blog : le contenu du tableau électrique. Si vous avez quelque chose qui ressemble à la photo ci contre, vous devez convoquer d’urgence un électricien, vous n’êtes PAS en sécurité chez vous (oui, c’est le tableau électrique actuel de la maison que je viens d’acheter).

Que trouve-ton dans un tableau moderne ?

  • Un compteur électrique, servant à ErDF pour connaître votre consommation et à votre fournisseur d’énergie à vous facturer.
  • Un disjoncteur général, uniquement prévu pour limiter votre consommation maximale. Si tout le monde se met à tirer autant d’énergie qu’il veut sur le réseau, tout s’effondre. L’énergie est ici l’intensité consommée, donc la quantité d’eau qui coule.
  • Des disjoncteurs unitaires, ce sont les plus petits du tableau, qui alimentent généralement des prises, des radiateurs, plusieurs luminaires, etc. Ils servent à limiter la consommation maximale de chaque engin afin d’éviter que ce soit le général qui coupe la totalité de l’installation.
  • Un ou plusieurs disjoncteurs différentiels.

C’est probablement la partie la plus intéressante en électricité. Je vous disais plus haut que si votre grille pain avait les fils qui se touchent, vos plombs allaient probablement sauter. Si un fil touche la carcasse et qu’elle est reliée à la terre, le courant va donc arriver chez vous par un fil et repartir directement dans le jardin sans repasser par l’autre fil d’EDF. Il va donc se créer une différence entre la quantité d’énergie qui entre dans l’installation et celle qui en sort. A ce moment-là, le disjoncteur différentiel, dont c’est le métier de contrôler la cohérence de ce qui rentre et sort, va couper le jus, considérant qu’il y a un problème sur l’installation.

L’autre cas où un disjoncteur saute, c’est le général si vous avez allumé tous vos radiateurs en même temps ou bien les unitaires si vous avez un court-circuit quelque part. En effet, le court-circuit est l’équivalent de la chute d’eau, vous allez créer un appel énorme en n’imposant aucun frein au courant, la consommation va donc monter en flèche, et pour éviter que tout fonde chez vous, le disjoncteur unitaire va couper.

En parlant de fondre, c’est le bon moment pour vous parler de section de câble. Car si une rivière peut déborder et provoquer des inondations, les électrons, eux, ne débordent pas. Par contre, tout ce qu’ils traversent s’échauffe (c’est l’effet Joule). C’est le principe du radiateur de base, résister au passage du courant pour lui faire chauffer le conducteur. Dans un radiateur, c’est chouette, surtout si vous êtes frileux, mais dans le fil électrique de votre PC, c’est moins drôle. La totalité des câbles utilisés dans une installation doivent donc être de la bonne taille (on dit section, les câbles étant cylindriques).

C’est aussi pour ça qu’on déconseille la succession ininterrompue de multiprises. Si pour une raison ou une autre le disjoncteur unitaire qui est en première ligne est mal fichu ou pas calibré comme il faut, vous allez faire fondre un fil trop petit sur le trajet. Avec un peu de bol, il fera court-circuit avec son voisin et tout disjonctera, mais sinon, ce sera un départ d’incendie.

Pour reparler un peu d’autres effets, on vous a probablement déjà conseillé de dérouler entièrement une rallonge électrique en rouleau avant de vous en servir, non ? Eh bien il vaut mieux le faire, surtout si vous branchez un appareil gourmand au bout (au hasard une décolleuse à papier peint), sinon, vous vous retrouverez avec une bobine de câble électrique fondue. La faute à l’induction électromagnétique qui fait qu’un conducteur traversé par un courant induit un autre courant dans le conducteur voisin. Si tout le monde est joyeusement enroulé, en gros, vous fabriquez un radiateur.

Un dernier point avant de vous laisser aller prendre votre dose d’ibuprofène, comment tout ceci est-il câblé ? Eh bien si on oublie les disjoncteurs, interrupteurs & autre, c’est tout bête, chacun des trois fils doit desservir chaque appareil en parallèle. Si vous les branchez en série (un fil arrive sur A, un second en sort pour rentrer sur B, un 3e en sort pour rentrer sur C) vous n’aurez qu’une fraction de la tension aux bornes de chaque appareil, alors que si le fil A qui arrive d’EDF dessert tous les appareils et que le fil B qui arrive d’EDF fait pareil, chacun aura la même tension que son voisin et tirera l’intensité nécessaire à son fonctionnement dans les limites imposées par les disjoncteurs.

Voilà le début de ce que je pense nécessaire pour la suite. N’hésitez pas à balancer des questions pour m’aider à compléter :)

5 Comments »

  • youpi said:

    Salut,

    Merci pour l’info sur le disjoncteur différentiel, je m’étais demandé quelle différence il mesurait sans chercher sur Internet, c’est maintenant limpide :)

    Parmis les petites choses à expliquer auxquelles je pense: pourquoi on sépare les circuits d’ampoules des circuits de prises électriques, le câblage d’un va-et-vient, d’un télérupteur, pourquoi l’expressions « les plombs ont sauté » pour désigner la disjonction générale est complètement fausse aujourd’hui :)

  • Benjamin said:

    Super petit article de vulgarisation :)
    Vivement les applications pratiques dans les prochains billets ;)

  • Jeb said:

    D’ailleurs on ne devrait même pas dire « les plombs ont sauté » mais « les plombs ont fondu », qui vient du jargon des cheminots à l’époque de la vapeur, je cite :

    « Les plombs consistent en une série de bouchons, composés majoritairement de plomb, qui bouchent des trous qui font communiquer directement l’intérieur de la chaudière avec le foyer. Dans le cas ou le niveau d’eau est trop bas, les premiers plombs qui se trouvent à l’air libre se mettent à chauffer, puis fondent. D’où l’expression « fondre les plombs ». A ce moment, la vapeur passe très violement dans le foyer et éteint instantanément le feu. Cette réaction, si elle présente quelques dangers de brûlures pour l’équipe de conduite, permet d’éviter que la chaudière ne soit portée au rouge (ce qui l’endommagerait gravement la machine). »

    :)

  • Oaz said:

    Un petit commentaire pour référencer les articles de Giuseppe Montuschi qui utilisent aussi l’analogie avec l’écoulement de l’eau pour expliquer l’intensité et la tension.
    cf http://www.scribd.com/doc/25379386/l%E2%80%99electronique

  • cawottex said:

    Mais oui on peut dire que les plomds on sauter si ils sont a ressort ^^ (oui ca existe)
    Tres bon site.

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