Phase, neutre, terre, équipotentialité

Sommaire de ce cours :

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Pourquoi la mise à la terre ?

A quoi sert la mise à la terre ? Effet des éclairs sur les appareils 'flottants'

La vidéo nous prouve que toute carcasse ou fil conducteur non référencé est susceptible de subir une tension non maîtrisée par rapport à la référence qui nous est commune : le sol ou terreLa terre est globalement conductrice et la majorité des êtres vivants, appareils et machines y sont soit reliés soit référencés car en contact ou suffisamment proches.
Exception faite des avions et oiseaux qui eux peuvent changer de potentiel sans risque :
Les oiseaux se posent sur 1 seul fil (les fils HT ne sont pas isolés) à la fois, les avions ne sont soumis à ce risque qu'en phase de décollage et atterrissage...
Symbole de la terre en rappel :

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Un exemple de notre référencement à la terre : le tournevis testeur

Ce tournevis fonctionne parce que nous sommes au potentiel de la terre et donc du neutre dans la majorité des cas (sauf régime IT...)
La luciole s'allume pour une intensité très faible et inoffensive grâce à une résistance très grande (1 MΩ)
Préférez toutefois les nouveaux tournevis sans contact tels que ci-dessous :
Testeur sans contact

Attention, exclusivement réservé à une recherche de phase, ne pas utiliser pour une VAT ! !

Absence de référencement = danger !

Les lignes électriques, conductrices, sont séarées du sol, assez bon conducteur aussi, par de l'air, plutôt bon isolant.
Cela forme l'équivalent d'un condensateur et présente la particularité de pouvoir stocker de l'électricité...
Autre exemple l'automobile Voiture électricité statique

Orage : tension induite dans lignes électriques

Cliquez sur le numéro 2 en haut pour relancer

L'orageMais aussi dans une moindre mesure le vent car il arrache des électrons et charge en électricité statique...
Si vous avez déjà 'pris le jus' sur votre voiture c'est la vitesse qui lui a permis de se charger alors que les pneus isolants ont formé un condensateur avec le sol et la carcasse !
Voiture électricité statique

, comme vu précédemment, crée une tension proportionnelle à la distance dans l'air. Cette tension est susceptible d'être stockée par les lignes électriques comme le montre cette animation pédagogique.

Notez que les lignes sont représentées en mono et non en triphasé par simplification

Qui va décharger ce condensateur ? La première personne qui va s'approcher... Oui, il suffit de simplement s'approcher eu égard le niveau de tension stockée entre le sol et les lignes
L'électrocutionContrairement à la voiture de surface faible qui engendre une simple et faible électrisation, les lignes électriques forment un condensateur bien plus élevé en capacité...
Le risque serait une vraie électrisation ! guette !

On shunte le condensateur !

C'est ainsi que l'on empêche cette tension d'exister : on la met en court-circuit en reliant 1 des 2 filsEn monophasé, le Neutre serait pris 'au hasard' en sortie de transformateur...
Dans la grande majorité des cas, c'est du triphasé qu'utilise le distributeur et c'est le point étoile qui sert de neutre (Voir cours sur étoile / triangle)
Notez que sur de vieilles installation 127 / 220 V on peut rencontrer des cas où on utilise une phase comme référence de terre ! à la terre !
Le condensateur formé entre les fils est lui vidé par les récepteurs.
Enfin si l'on supprime un risque, on en crée un nouveauEt oui, c'est parce que le neutre est (dans la majorité des cas, voir schémas de liaisons à la terre) relié à la terre qu'il suffit de toucher une phase pour s'électriser, voire s'électrocuter ; 230 V~ étant une tension dangereuse !
NB : le courant ne fuit pas à la terre mais par terre qui n'est que le conducteur acheminant le courant électrique vers le générateur : la source !...

Utilité de l'équipotentialité

Comme vu précédemment le meilleur moyen de s'affranchir des risques liés aux potentiels flottants, (dus à toutes les masses métalliques non référencées), consiste à relier les masses à notre référence : la terre...
Les camions citernes, avant de remplir les cuves, réalisent une liaison équipotentielle avec des raccords anti-déflagrationNotamment en bronze (ATEX) afin d'éviter toute étincelle et donc risque d'explosion ! comme schématisé ci-dessous :
Camion citerne liaison équipotentielle

Les bornes de prise de terre ou masseLa masse c'est la carcasse conductrice (métal...). Notre cuve est dans le sol : elle fait office donc à la fois de masse et de terre ! sont placées en hauteur, éloignées des vapeurs d’hydrocarbures, lourdes : au sol...

Le cas des avions !

Les avions ne peuvent réaliser de liaison avec le solA chaque atterrissage, une liaison équipotentielle est réalisée afin d'éviter tout risque pour les passagers quittant l'avion
Le volume conducteur de l'avion représente une masse bien plus importante et donc une capacité et un risque plus élevés qu'une voiture !
Sachez que les hélicoptères réalisent aussi une équipotentialité en cas atterrissage sur un porte-avion......
En vol, un éclair peut traverser un avion, cela n'est pas aussi dangereux que s'il était au sol !

Pourquoi ?

L'avion n'est pas en contact avec le sol, à l'instar des oiseaux se posant sur un fil, il peut changer de potentielLe potentiel est relatif, comme on a les pieds au sol, notre référence est le sol et on considère que c'est le 0 !
Mais quel 0 ? Zéro par rapport à quoi ? A nous, mais le 0 de l'oiseau change tout le temps ! Il peut devenir le potentiel d'une phase lorsqu'il se pose sur un fil ! !
L'avion est lui-même équipotentiel, ainsi s'il change de référence, c'est tout l'avion qui change de valeur et il n'y a pas de différence au seinLes lignards (électriciens qui travaillent au potentiel des lignes HT) sont entourés d'isolants, comme l'avion, mais se vêtissent d'une combinaison conductrice qui empêche toute différence de potentiel dans leur corps ! même de l'avion !
C'est donc au moment du décollage et de atterrissage qu'il existe un risque importantEn vol, même si un passager marche dans l'avion, il ne sera pas soumis aux cercles de potentiel car contrairement au sol qui est un conducteur assez moyen, l'avion est bon conducteur et donc U = R × I sera plus faible. Mais surtout, en vol, l'avion est entouré d'isolant donc I est bien plus faible qu'au sol :
Rappelez-vous que la foudre est le seul cas où le sol, notre terre, devient une des 2 bornes du générateur et pas seulement un conducteur !.

L'équipotentialité est essentielle car elle rend toute ddpdifférence de potentiel (tension) est impossible !
Nous verrons à quel point cela est vrai en CEMCompatibilité Électromagnétique

En laboratoire électronique on dispose de bracelets antistatique, on insère les composants dans des pochettes antistatiques et on doit s'habiller de cotonSurtout pas de fibres synthétiques ! et quelquefois de chaussures spécialesIncompatibles avec le risque électrique, à n'utiliser qu'en TBTS !
Ces chaussures comportent une pastille conductrice pour écouler les charges inhérentes à la marche de l'individu... !
Le sol étant lui aussi chargé en carbone ou autre conducteur le rendant totalement antistatique !
Ces équipements ont dits anti ESD ou DESDécharge ElectroStatique DES ou ESD pour ElectroStatic Discharge en français. Symboles d'équipotentialité

Symboles de terre, masse, équipotentialité, la couleur jaune est généralement respectée...

Avion foudroyé au décollage !

Comme dit précedemment, un avion est équipotentiel.
Sa carlingue est conductrice et son contenu n'est ainsi pas soumis à une différence de potentiel !

A l'instar des oiseau qui changent de potentiel, tout les passagers et objets transportés ne perçoivent pas de changementPar contre on peut supposer que l'éclair lumineux doit être extrêmement impressionnant ! !

Avion foudroyé au décollage