3. L’électricité et l’incendie

3.1. Définitions

3.1.1. Qu’est ce que le courant électrique? Toute matière, qu’elle soit solide, liquide ou gazeuse est composées d ’atomes. Ces atomes sont constitués de particules neutres et de particules électrisées positives ou négatives (les électrons)de charges équivalentes qui s ’attirent mutuellement.

Le courant électrique à l ’intérieur d ’un conducteur est le déplacement de particules électrisées négatives(électrons libres). Un matériau est considéré comme conducteur quand il permet la circulation des électrons libres donc du courant électrique. Exemple: le cuivre, l ’aluminium, l ’or, le fer...

A contrario, un matériau est considéré comme isolant, les électrons n ’ont pas la possibilité de circuler entre les atomes voisins. Exemple: La porcelaine, le caoutchouc, certaines huiles... Stimulés naturellement ou artificiellement, les électrons libres peuvent se déplacer dans un sens privilégié, constituant ainsi un courant électrique

Un courant électrique est dit « alternatif » lorsque le déplacement des électrons libres change périodiquement de sens, généralement plusieurs fois par seconde.(Hz) Un courant électrique est dit « continu » lorsque le déplacement des électrons libres s ’effectue toujours dans le même sens.

3.1.2. Potentiel – courant - résistance Courant (intensité) L ’unité est l ’Ampère (A) C ’est la mesure du flux d ’électron le long d ’un conducteur Elle peut être comparée au débit en hydraulique

Résistance L’unité est l’ohm W Cette unité traduit la difficulté plus ou moins grande qu’ont les électrons, donc le courant, à se déplacer à l ’intérieur du conducteur. La résistance électrique dépend de la longueur de la section et de la nature du conducteur. Elle peut être comparée, en hydraulique, aux pertes de charge.

Illustration

Tension (différence de potentiel) L’unité est le volt (V) C ’est la mesure de l ’énergie acquise par les électrons libres à l ’intérieur d ’un générateur (dynamo, piles). Cette énergie étant perdue dans les récepteurs (lampes, moteurs, radiateurs, etc....). Plus cette tension est élevée, plus cette énergie est grande

Générateur

Puissance électrique L’unité est le Watt (W) Elle indique le travail (éclairement, chaleur...) que peut fournir le courant électrique dans un temps déterminé

L’eau et l’électricité suivent les mêmes règles La puissance d’une lance dépend de la pression et du débit de l’eau La puissance électrique dépend de la tension et de l’intensité du courant Un tuyau de gros diamètre et de petite longueur présente une petite résistance au passage de l’eau. Un conducteur de gros diamètre et de petite longueur présente une petite résistance au passage du courant.. Un tuyau lisse laisse passer plus facilement l’eau qu’un tuyau rugueux Un conducteur en cuivre laisse passer le courant plus facilement qu’un conducteur en fer Pour une même pression, plus la résistance au passage de l’eau dans le tuyau est petite, plus la quantité d’eau versée sera grande. Pour une même tension, plus la résistance au passage du courant est petite, plus l’intensité du courant sera grande, elle répond à la formule I = U/R Dans laquelle : I = intensité du courant U = tension R = résistance du conducteur

Classement des tensions On distingue: La très basse tension = TBT = inférieure à 50V La basse tension = BT = entre 50 et 1000V La haute tension = HT = supérieure à 1000V (Valeurs données pour courant alternatif)

3.1.3. Type de courant électrique

Courant continu IL à la particularité de pouvoir être stocké dans des accumulateurs, piles ou batteries... Inconvénients: La puissance est relativement réduite, les tensions(Volts) étant faibles (1,5 Volts à 12Volts le plus souvent)

Courant continu Avantages: L ’encombrement réduit des piles, batteries... permet l ’alimentation du matériel portatif (tel que lampes, radio, etc....). NB : Le courant continu peut également être fourni par des machines à courant continu (dynamo, génératrices CC ou des redresseurs.

Courant alternatif Il peut être monophasé ou triphasé.(3x220) Il est fourni par le réseau de distribution mais peut l ’être par des groupes électrogènes. Inconvénient: à l ’heure actuelle; il ne peut pas être stocké de façon commerciale. Il faut impérativement raccorder la machine réceptrice par un câble (lampes, moteurs, etc....) au réseau de distribution ou au groupe.

Courant alternatif Avantage: -La puissance disponible est très importante. Les tensions sont standardisées.

Générateur électrique qui débite à ses bornes une tension alternative 3.1.4. L’alternateur Générateur électrique qui débite à ses bornes une tension alternative Principe de fonctionnement : Bobinage dans un champ magnétique variable => apparition d’un courant électrique variable

Lorsqu'un conducteur est traversé (dans sa longueur) par un courant électrique, un flux magnétique existe.

Une bobine parcourue par un courant électrique est le siège d’un flux magnétique. Ce flux change de sens si la bobine est alimentée par une source de tension alternative.

Lorsqu’un conducteur est déplacé dans un champ magnétique, le courant change de sens aussi souvent que le conducteur lui-même change physiquement de sens. Plusieurs types de générateurs électriques fonctionnent en utilisant ce principe pour fournir un courant oscillant, appelé courant alternatif Le courant alternatif est préféré au courant continu car sa tension peut facilement être ajustée par un transformateur (bobinage)

3.1.5. Couplages en triphasé Alternateur triphasé => 3 bobinages Montage étoile ou triangle (pas de neutre) 220V entre sommet et neutre 380V entre sommets

3.1.6. Transformateur Principe : courant alternatif passant dans une bobine => intensité du champ magnétique généré varie continuellement Seconde bobine placée dans le champ magnétique de la première => variations du champ magnétique y induisent un courant Si seconde bobine compte plus de boucles que la première => tension induite plus importante car champ agit sur un plus grand nombre de boucles conductrices

U = R x I Série : Rt = S Ri Parallèle : 1/Rt = S 1/Ri 3.1.7. La loi d’Ohm U = R x I Série : Rt = S Ri Parallèle : 1/Rt = S 1/Ri

3.1.8. Le court-circuit Pour fonctionner, circuit doit être bouclé Nature feignante => électricité s’écoulera par chemin de moindre résistance Court circuit = circuit de moindre résistance Exemple : récepteur avec dérivation Dérivation => r = presque 0 => I augmente fortement => échauffement => risque d’incendie

3.1.9. La distribution électrique Pour assurer continuité d’exploitation et protection du réseau de distribution => distributeur réuni à la terre le point neutre des générateurs de courant électrique Terre = milieu conducteur du courant

3.1.10. Matériaux conducteurs / isolants Cas particulier de l’air : Isolant en général Attention : très haute tension => s’ionise et perd sa qualité d’isolant =< devient conducteur Arc Précautions d’éloignement

3.1.11. Le risque d’incendie : l’effet Joule P = U x I = R x I² Energie sous forme de chaleur => à éliminer Résistance interne des conducteurs parcourus par un courant provoque un échauffement Augmenter section des conducteurs => réduction de la résistance (pertes de charge) => réduction de l’échauffement

3.2. L’électrocution Corps humain = récepteur électrique Gravité des dommages corporels fonction de : Valeur de l’intensité du courant (dépend de tension et milieu) Trajet du courant dans l’organisme Durée de passage du courant à travers le corps Susceptibilité de la personne soumise à l’action du courant

3.2.1. Le corps humain est une résistance électrique Résistance du corps humain varie en fonction de la ddp à laquelle celui-ci est soumis R = 650 + k/U Avec k = 87500

3.2.2. Comment se placer dans un circuit ? Toutes les parties du corps peuvent servir au contact avec le réseau électrique. Passage de courant dans le corps => point d’entrée et point de sortie Pieds souvent pas isolés => contact avec la main suffit

Conséquences du passage du courant dans le corps? Fonction du type de contact 2 doigts de la même main sur 2 conducteurs => boucle dans la main => légères brûlures

Un doigt de chaque main sur les mêmes conducteurs => courant traverse l’individu => risques pour organes vitaux

3.2.3. Le circuit équivalent Bonne mise à la terre des installations électriques est importante (résistance la plus faible possible) Sinon, homme qui touche appareil défectueux servira de mise à la terre Risque d’électrocution => courant prendra chemin le plus aisé

3.2.4. La loi d’Ohm appliquée à l’homme Merci Monsieur FRANKLIN

La loi d ’Ohm 1 En Ohm En Volts En Ampères Résistance humaine = +/- 1000  Ohm

La loi d ’Ohm 2

La loi d ’Ohm 3

3.2.5. Les risques pour le corps humain

3.2.6. Effet sur les muscles

Progression à l’incendie avec revers de la main !!! Temps = facteur important (brûlures, contraction généralisée => asphyxie => mort)

Fibrilation ventriculaire 3.2.7. Le risque pour le coeur Fibrilation ventriculaire Cœur = muscle => commandé électriquement => passage d’un courant => perturbation du rythme cardiaque Phase critique Cycle cardiaque

3.2.8. Effet de la fréquence de distribution Fréquence de distribution : 50 Hz (courant alternatif : 50 périodes par secondes) Si fréquence modifiée => modification des échelles de perception et de risque Fréquence de 50 Hz est dans les niveaux les plus dangereux !!!

3.2.9. Conclusion : courbe de sécurité 4 facteurs fondamentaux de l’électrocution : Chemin du courant dans le corps Fréquence de distribution Durée du passage dans le corps Valeur de l’intensité du courant

3.3. Les protections électriques

La conception d ’un tableau de distribution est basé sur le principe de la protection sélective On divise la ligne d ’alimentation de l ’immeuble en différents circuits de manière à ce qu’un défaut sur l ’un des circuits, ne prive pas d ’énergie l ’ensemble de l ’habitation.

3.3.1. L’isolant Éviter le contact direct avec des conducteurs actifs

3.3.2. Le fusible Fil de cuivre de section très faible => fond par échauffement si parcouru par courant d’intensité trop forte Protège l’installation électrique, pas l’être humain (valeur de consigne trop élevée (2A) et temps de réaction trop long)

3.3.3. Le disjoncteur Même rôle que fusible Peut admettre surcharge temporaire si limitée dans le temps et inférieures à intensité de fonctionnement direct => pas de déclenchement lors de pics de courant dus aux démarrages d’appareils par exemple Protection de l’installation pas de l’homme

3.3.4. Le disjoncteur « différentiel » Balance à courant => anneau magnétique avec trois enroulements : Un enroulement sur la phase Un enroulement sur le neutre Un enroulement sur un organe de mesure Deux premiers enroulements produisent un flux magnétique car parcourus par un courant Intensité sur phase et neutre identiques => flux magnétiques se compensent => troisième bobine ne voit rien Si perte apparaît par suite d’une mise à la terre (via homme par exemple) => flux non nul => détection du troisième bobinage => ouverture du circuit

2 valeurs caractéristiques : Consigne (30 mA par exemple) => perte à la terre Temps de réponse

3.3.5. La double isolation Appareils électriques conçu avec double barrière isolante > en cas de défaut d’une de ces barrières, on compte sur la seconde pour maintenir une isolation correcte de l’appareil En général sur outils portatifs Attention, double isolation ne protège pas contre les risques liés au travail en atmosphère humide

3.3.6. La séparation des circuits Passage via un générateur pour éviter la mise à la terre => pour autant qu’on ne soit pas soi-même à la terre => pour autant qu’il n’y ait pas de ddp entre les conducteurs

3.3.7. La très basse tension de sécurité Travail avec très basse tension => ne peut induire chez l’homme que très faible courant => meilleure sécurité

3.4. Les lignes électriques

Réseaux haute tension 2e catégorie 380 kV Si la personne se trouve dans la zone dangereuse sans être dans la zone interdite, il n ’y a pas forcément de risque d ’électrocution Si la personne est dans la zone interdite, il y a risque d ’électrocution sans contact physique avec la ligne sous tension Aspect du réseau Chaîne d’isolateurs 21 plateaux isolateurs Zone dangereuse et interdite

Réseaux haute tension 2e catégorie 220 kV Si la personne se trouve dans la zone dangereuse sans être dans la zone interdite, il n ’y a pas forcément de risque d ’électrocution Si la personne est dans la zone interdite, il y a risque d ’électrocution sans contact physique avec la ligne sous tension Zone dangereuse et interdite Aspect du réseau Chaîne d’isolateurs 14 plateaux isolateurs

Réseaux haute tension 2e catégorie 150 kV Si la personne se trouve dans la zone dangereuse sans être dans la zone interdite, il n ’y a pas forcément de risque d ’électrocution Si la personne est dans la zone interdite, il y a risque d ’électrocution sans contact physique avec la ligne sous tension Aspect du réseau Chaîne d’isolateurs 10 plateaux isolateurs Zone dangereuse et interdite

Réseaux haute tension 2e catégorie 70 kV Si la personne se trouve dans la zone dangereuse sans être dans la zone interdite, il n ’y a pas forcément de risque d ’électrocution Si la personne est dans la zone interdite, il y a risque d ’électrocution sans contact physique avec la ligne sous tension Chaîne d’isolateurs 5 , 6 ou 7 plateaux isolateurs Aspect du réseau Zone dangereuse et interdite

Réseaux haute tension 1e catégorie 15 kV Si la personne se trouve dans la zone dangereuse sans être dans la zone interdite, il n ’y a pas forcément de risque d ’électrocution Si la personne est dans la zone interdite, il y a risque d ’électrocution sans contact physique avec la ligne sous tension Chaîne d’isolateurs 2 ou 3 plateaux isolateurs Aspect du réseau Zone dangereuse et interdite

Réseaux haute tension 1e catégorie 15 kV Si la personne se trouve dans la zone dangereuse sans être dans la zone interdite, il n ’y a pas forcément de risque d ’électrocution Si la personne est dans la zone interdite, il y a risque d ’électrocution sans contact physique avec la ligne sous tension Isolateur rigide Zone dangereuse et interdite

Réseaux basse tension Si la personne se trouve dans la zone dangereuse sans être dans la zone interdite, il n ’y a pas forcément de risque d ’électrocution Si la personne est dans la zone interdite, il y a risque d ’électrocution sans contact physique avec la ligne sous tension Aspect du réseau Zone dangereuse et interdite

ATTENTION

la limite de la zone dangereuse et la zone interdite se retrouvent sur toute la longueur du conducteur formant ainsi un long cylindre se déplaçant au gré du vent .

Questions ?