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Les effets du courant

Les cours d'électricité distinguent souvent trois effets :

  1. L'effet Joule ou effet calorifique
  2. L'effet chimique
  3. L'effet magnétique

Nous y ajoutons l'effet physiologique qui, bien qu'il soit une conséquence des deux premiers effets mentionnés, est particulièrement important pour notre sécurité et mérite donc un examen distinct.

Effet Joule

L'effet Joule se produit lors du passage d'un courant électrique dans un conducteur.
Nous savons que les conducteurs électriques ne sont pas parfaits. Ils opposent une certaine résistance au passage du courant et l'énergie perdue de la sorte y est dissipée sous forme de chaleur.

Les appareils de chauffage électrique (radiateur, fer à repasser, fer à souder, grille pain, sèche cheveux etc.) exploitent cet effet calorifique. C'est aussi sur ce principe que fonctionnent la lampe à incandescence dans laquelle le filament élevé à très haute température émet de la lumière.

lampe à incandescence

L'effet thermique est par contre souvent indésirable puisqu'il est à l'origine de pertes inutiles d'énergie. Ces pertes réduisent le rendement des machines électriques dont le but n'est pas de chauffer (moteurs, transformateurs, etc. )

Une augmentation excessive de température risque d'endommager le matériel. C'est la raison d'être du système de la ventilation des PC.

Les câbles risquent aussi la détérioration en cas de surcharge et sont alors à l'origine d'incendies. Il faut donc limiter l'intensité du courant dans les conducteurs en fonction de leurs sections. A titre d'exemple, le tableau qui suit montre quels fusibles ou disjoncteurs il faut placer en fonction de la section des conducteurs à protéger.

 
    Section en mm2         Fusibles         Disjoncteur         Couleur    
1,5 10 A 16 A Orange
2,5 16 A 20 A Gris
4 20 A 25 A Bleu
6 32 A 4020 A Brun
10 50 A 63 A Vert
16 63 A 80 A  
35 100 A 125 A  
                  Disjoncteur

Puissance dissipée par effet Joule

La puissance absorbée par une résistance se dissipe totalement en chaleur.

P = R . I ²

La puissance est donnée par la formule P = U . I

La tension aux bornes de la résistance peut être calculée par la Loi d'Ohm U = R . I

La formule P = R . I ² est donc simplement une combinaison des deux formules précédentes

Effets chimiques

Le courant électrique fait intervenir les électrons qui sont à la périphérie des atomes. Ce sont justement ces électrons qui servent aux liaisons chimiques. Rien d'étonnant donc à ce que le courant électrique puisse modifier les liaisons entre atomes et provoquer des (ou résulter de) réactions chimiques.

Electrolyse de l'eau
Image Wikipedia

L'électrolyse

L'électrolyse est une application de ces effets électrochimiques. L'électrolyse de l'eau est un exemple qui est souvent montré dans l'enseignement secondaire. Elle permet de séparer les deux constituants de l'eau H2O: deux atomes d'hydrogène (H) pour un atome d'oxygène (O).

La galvanoplastie est une autre application de l'électrolyse grâce à laquelle on parvient à appliquer un dépôt métallique sur les surfaces de certains objets. On se sert de cette technique pour recouvrir des objets de cuivre, de zinc, de chrome, de nickel, d'or etc. L'anode, c'est-à-dire l'électrode positive est constituée du métal à déposer, l'électrolyte est une solution d'un sel de ce métal et la cathode (l'électrode négative) est l'objet sur lequel viendra se déposer le métal. Exemple : Anode en cuivre, électrolyte = solution de sulfate de cuivre, cathode l'objet à cuivrer.

Piles et accumulateurs

Les piles et les accumulateurs transforment l'énergie de réactions chimiques en énergie électrique. Cette réaction est réversible pour les accumulateurs. Cette application à elle seule mérite un développement particulier.

Effets électromagnétiques

Une bobine parcourue par un courant produit un champ magnétique. C'est en se basant sur ce principe que sont construits les moteurs électriques.

Inversement une bobine soumise à des fluctuations de champ magnétique est le siège de forces électromotrices. C'est le principe est utilisé dans les génératrices (dynamos / alternateurs)

Applications des effets électromagnétiques

Les moteurs et les génératrices. Toutes ces machines tournantes sont bien souvent réversibles. Elles agissent comme des moteurs quand elles reçoivent du courant mais peuvent agir comme des génératrices si on leur fournit de l'énergie mécanique.

Les têtes de lecture/écriture sur disques durs, disquettes et bandes magnétiques combinent ces deux fonctions : générer des champs magnétiques ou les capter.

Les champs magnétiques sont aussi utilisés pour diriger le faisceau d'électron dans un tube cathodique des moniteurs vidéo ou des TV.

D'autres applications connues : Haut parleur, relais, électrovanne, disjoncteurs ...

Inconvénients des effets électromagnétiques

Les effets électromagnétiques sont parfois indésirables !

C'est le cas des perturbations électromagnétiques qui induisent des courants parasites dans les câbles de transmission et perturbent ainsi les informations qui y circulent. Le phénomène est réduit en ayant recours à certains artifices tels que les câbles coaxiaux ou à paires torsadées.

Effets physiologiques

Signal de danger d'électrocution
Danger d'électrocution

Notre système nerveux est parcouru par de nombreux signaux électriques tels que ceux qui commandent les cellules musculaires. C'est la raison pour laquelle il est possible avec un courant électrique de stimuler un muscle et de provoquer sa contraction.
Cette technique est appliquée en kinésithérapie pour faire de la rééducation musculaire ainsi que par ceux qui voudraient faire de la gonflette sans faire trop d'efforts. Mais aussi pour la fabrication de tasers !
Le courant électrique peut aussi provoquer des brûlures externes ou internes et alors invisibles et paraît-il parfois même indolores mais non sans conséquences !

Qu'est-ce qui est plus dangereux, les volts ou les ampères ?

Le danger d'électrocution dépend de la quantité d'électricité qui traverse le corps et des organes qui sont touchés. La quantité d'électricité est le produit de l'intensité et de la durée.

Q = I . t

Q est la quantité d'électricité en coulomb, I l'intensité en ampères et t la durée en secondes

L'intensité qui produit la contraction des muscles est de l'ordre de 10 mA, c'est très peu mais tout dépend la durée.
L'intensité dépend elle-même de deux autres valeurs : la tension et la résistance des organes mis en contact. C'est ce que nous dit la loi d'Ohm.

I = U / R

I symbolise l'intensité en ampères, U est la tension en volts et R est la résistance en ohms

La résistance du corps humain dépend essentiellement de la résistance de contact et est très variables selon que la peau est sèche ou humide. Cette résistance peut être réduite à quelques centaines d'Ohms si la peau est bien mouillée à près d'un million d'ohm si la peau est parfaitement sèche et suffisamment épaisse comme celles des mains calleuses d'un travailleur du bâtiment. Elle est donc très variable !
En courant alternatif la résistance diminue en fonction de la fréquence mais cette perte de résistance n'est pas encore perceptible pour la fréquence du courant de distribution qui est de 50 Hz en Europe.

Enfin le danger dépend aussi des organes touchés. Un courant qui traverse le thorax pourra provoquer des fibrillations, un arrêt cardiaque ou un arrêt respiratoire. La respiration artificielle ou le massage cardiaque peuvent alors sauver une victime qui ne respire plus.

Effets du courant électrique
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On peut considérer qu'en pratique il n'y a pas de danger en dessous de 24 volts.

Dans le cadre d'une formation de technicien en informatique, il faut savoir que 24V est la plus grande différence de potentiel que l'on trouve dans un PC. (entre le +12 V et le -12 V) Aucun danger d'électrocution donc si on travaille dans un PC à condition bien sûr de ne pas ouvrir le bloc d'alimentation qui lui est alimenté en 230V.

On se méfiera de la tension du secteur (230 V ou même près de 400 V entre phases) On sera surtout prudent avec les très hautes tensions que l'on rencontre dans les anciens moniteurs CRT et qui vont jusqu'à 25.000 V

Pour en savoir plus

icone_camera     "Comment faire un électro-aimant"
    Le goût des sciences. Trop mignon !

Liens relatifs aux dangers du courant électrique :


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