Electricité ?

L’électricité est l'interaction de particules chargées sous l'action de la force électromagnétique. 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.

Ligne électrique près d'une voie ferrée en Pologne.

La foudre fut la première manifestation visible de l'électricité pour les humains.

Câbles électriques à haute tension à proximité d'un transformateur électrique de distribution.

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.

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. Le nombre d'électrons étant égal au nombre de protons, l'ensemble est électriquement neutre.

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 ses atomes perdent des électrons au bénéfice de la soie ; si on frotte un ballon de baudruche sur des cheveux secs, on le charge négativement, car il capte des électrons des cheveux.

Une règle en plastique frottée sur le tissu d'un vêtement possède une charge négative, 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.

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].

Le courant électrique

Il existe aussi des matériaux conducteurs, 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 électrique 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 : comme deux charges de même nature ont tendance à se repousser, dans un conducteur elles vont chercher à se déplacer vers le point le moins chargé. Cette différence de charges entre le corps et le sol est appelée une différence de potentiel.

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 ou une dynamo.

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 tel 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 rééquilibre des charges électriques.

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

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.

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