La sécurité électrique
Un courant d'environ 10 à 20 mA dans le corps peut crisper la main sur un fil, et la résistance d'une personne trempée peut descendre à seulement 10 kΩ.
Deux dangers : l'échauffement et le choc électrique
L'électricité peut blesser de deux façons. Le risque thermique vient d'une puissance excessive transformée en chaleur là où elle ne devrait pas l'être, par exemple dans un mur, où un incendie peut se déclarer. Le risque de choc électrique vient du passage du courant dans une personne. Ces deux dangers découlent directement des formules du cours, P = V² ÷ R et I = V ÷ R : tu as donc déjà les outils pour comprendre d'où ils viennent.
Les courts-circuits
Un court-circuit est un chemin de très faible résistance entre les deux bornes d'une alimentation. Il peut se produire lorsque l'isolant usé d'un cordon laisse ses deux fils entrer en contact. La résistance r étant minuscule, la puissance P = V² ÷ r est énorme. OpenStax prend l'exemple d'une tension de 120 V aux bornes d'un court-circuit de 0.100 Ω : 120² ÷ 0.100 = 144 000 W, soit 144 kW, bien plus que la consommation de n'importe quel appareil domestique. La chaleur apparaît si vite que l'isolant fond ou prend feu. Dans le laboratoire, la pile est idéale : un court-circuit fait donc augmenter l'intensité sans limite, et le laboratoire le signale en rouge. Une vraie pile possède une résistance interne qui limite l'intensité, mais elle chauffe tout de même rapidement.
Surcharges, fusibles et disjoncteurs
La surcharge est un danger plus discret : un courant trop intense parcourt un fil trop longtemps. La puissance dissipée dans le fil vaut P = I² R_w. Un cordon endommagé, dont certains brins sont cassés, peut présenter 2.00 Ω au lieu de 0.100 Ω ; traversé par 10.0 A, il dissipe 200 W en chaleur à l'intérieur du cordon. Rappelle-toi la leçon sur les dérivations : chaque appareil allumé ajoute son courant dans les fils d'alimentation. Brancher plusieurs appareils puissants sur une même multiprise peut donc la surcharger, même si chacun fonctionne normalement.
Fusibles et disjoncteurs protègent contre ces deux problèmes. Montés en série, ils sont traversés par tout le courant du circuit. Un fusible contient une lame métallique à bas point de fusion : un courant excessif la fait fondre et ouvre définitivement le circuit. Il faut alors remplacer le fusible. Un disjoncteur est un interrupteur automatique qui s'ouvre lorsque l'intensité reste au-dessus de sa limite ; il peut être réarmé. Certains appareils absorbent brièvement un fort courant au démarrage, comme le phare froid de la leçon sur la loi d'Ohm. Les fusibles et disjoncteurs sont donc conçus pour tolérer ces pointes brèves, mais couper en cas de surcharge prolongée.
Fais glisser pour tourner. Fais défiler ou écarte et rapproche deux doigts pour zoomer.
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Les effets du courant sur le corps
La gravité d'un choc électrique dépend surtout de l'intensité, mais aussi du trajet du courant dans le corps, de la durée du contact et de la fréquence de l'alimentation. Le tableau reprend les effets typiques donnés par OpenStax pour un choc de 1 seconde traversant le tronc, avec un courant secteur à 60 Hz. Les valeurs pour les femmes représentent environ 60 à 80 pour cent de celles indiquées. Les seuils sont bas. Dès environ 10 à 20 mA, les muscles peuvent crisper la main et empêcher de lâcher prise. À partir d'environ 100 à 300 mA, le cœur peut entrer en fibrillation, un rythme irrégulier mortel.
| Intensité (mA) | Effet typique |
|---|---|
| 1 | Seuil de perception |
| 5 | Intensité maximale sans danger |
| 10 à 20 | Contraction musculaire ; impossible de lâcher prise ; arrêt respiratoire possible pendant le choc |
| 50 | Début de la douleur |
| 100 à 300 et plus | Fibrillation ventriculaire possible, souvent mortelle |
| 300 | Apparition de brûlures selon la concentration du courant |
| 6000 (6 A) | Le cœur et la respiration peuvent s’arrêter pendant le choc |
La loi d'Ohm explique pourquoi l'eau change tant les choses. La peau sèche représente l'essentiel de la résistance du corps. OpenStax donne environ 200 kΩ pour une personne à la peau sèche : sous 120 V, l'intensité vaut 120 ÷ 200 000 = 0.6 mA, et le courant passe sans être ressenti. Trempée, la même personne peut ne présenter que 10.0 kΩ : les mêmes 120 V font alors passer 12 mA, au-delà du seuil où la main ne peut plus lâcher prise. Sous les 220 à 230 V utilisés en Corée, en Europe et dans bien d'autres régions, ces deux résistances donnent environ 1.1 mA et 22 mA. Mains mouillées, salles de bains et appareils électriques proches de l'eau sont dangereux pour cette raison précise.
Terre, double isolation et dispositifs différentiels
Les installations modernes cumulent plusieurs protections. Dans un système à trois fils, un conducteur de terre relie le boîtier métallique de l'appareil à la terre et le maintient près de zéro volt. Si un isolant usé laisse le fil de phase toucher le boîtier, le courant passe par la terre plutôt que par la personne qui tient l'appareil, ce qui déclenche généralement le disjoncteur. Les appareils à double isolation utilisent un système isolant de protection plutôt qu’une liaison à la terre. Ils sont identifiés par leur marquage, et non simplement par le nombre de broches de la fiche. Un dispositif différentiel, aussi appelé coupe-circuit de fuite à la terre dans certains pays, compare le courant qui part par un fil à celui qui revient par l'autre. Si l'écart dépasse un seuil, une partie du courant fuit nécessairement quelque part, peut-être à travers une personne : l'alimentation est coupée en une fraction de seconde. Ce seuil dépend du pays. En Amérique du Nord, ces dispositifs se déclenchent vers 5 mA, l'intensité maximale sans danger du tableau. Les dispositifs différentiels protégeant les personnes en Corée et en Europe sont généralement de 30 mA ; les règles coréennes exigent 15 mA pour les prises des salles de bains.
- Éloigne les appareils électriques et les prises de l'eau, et sèche-toi d'abord les mains.
- Ne fais pas fonctionner plusieurs appareils puissants sur une même multiprise en même temps.
- N'utilise plus un cordon dont l'isolant est abîmé, ni une fiche qui chauffe.
- Si un fusible fond ou si un disjoncteur se déclenche à répétition, il y a un problème : cherche la cause au lieu d'installer un fusible de calibre supérieur.
- Confie les travaux sur le réseau électrique et les réparations internes des appareils à un électricien qualifié.
- Risque thermique : puissance transformée en chaleur là où il ne faut pas ; risque de choc électrique : courant traversant une personne.
- Un court-circuit a une résistance r minuscule : P = V² ÷ r est donc énorme.
- Fusibles et disjoncteurs sont montés en série et ouvrent le circuit en cas de surintensité prolongée.
- Les effets dépendent surtout de l'intensité : environ 10 à 20 mA crispent la main ; 100 à 300 mA peuvent arrêter le cœur.
- La peau mouillée réduit la résistance : une même tension fait donc passer beaucoup plus de courant.
- La terre, la double isolation et les dispositifs différentiels (environ 5 mA en Amérique du Nord, généralement 30 mA en Corée et en Europe) renforcent la protection.
- Un court-circuit de 0.100 Ω est soumis à 120 V. Quelle est la puissance en kilowatts ?
- Un cordon abîmé de 2.00 Ω est traversé par 10.0 A. Quelle puissance thermique dégage-t-il, en watts ?
- Une peau sèche de 200 kΩ touche une source de 120 V. Quelle est l'intensité en milliampères ? (une décimale)
- La même personne trempée présente 10.0 kΩ sous 220 V. Quelle est l'intensité en milliampères ?
- Quelle intensité est donnée comme maximale sans danger ?
- 5 mA
- 50 mA
- 300 mA
- 1 A
- Comment branche-t-on un fusible ?
- En série avec le circuit qu'il protège
- En dérivation avec le récepteur
- Uniquement au fil de terre
- Dans le laboratoire, trois ampoules de 12 Ω en dérivation sous 6 V partagent un fusible. Quelle intensité le traverse, en ampères ?
- Un disjoncteur se déclenche sans cesse. La bonne réaction est de :
- Chercher la cause, par exemple une surcharge ou un appareil défectueux
- Installer un fusible ou un disjoncteur de calibre supérieur
- Bloquer le disjoncteur avec du ruban adhésif
- À quoi sert le fil de terre ?
- À maintenir le boîtier métallique près de 0 V et à évacuer le courant de défaut
- À fournir une tension supplémentaire
- À réduire la consommation de l'appareil
- Un dispositif différentiel coupe le courant lorsque :
- L'écart entre les courants sortant et revenant dépasse son seuil
- La tension dépasse 230 V
- Un appareil est éteint
- Pourquoi un court-circuit est-il dangereux même sous la tension d'une pile courante ?
- La résistance est minuscule, donc l'intensité et l'échauffement deviennent énormes
- La tension grimpe à des milliers de volts
- La charge est épuisée
Sources de ce cours (14)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
- 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
- 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
- 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
- 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
- 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
- 21.1 Resistors in series and parallel
- 21.2 Electromotive force and internal resistance
- 21.3 Kirchhoff's rules
- 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
- NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
- Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
- Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
- IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).
Consulté le: 2026-10-17