Mise à la terre
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Mise à la terre
UNIVERSITE DE LIEGE INSTITUT MONTEFIORE Année académique 2004 - 2005 Effets indirects des champs électromagnétiques Prof. J.L. Lilien Analyse comparative des mises à la terre aux USA et dans divers pays d’Europe : influences sur les courants de contact Groupe 1 Kimplaire David (3ELSE) Marique Nicolas (3EN) Wandji Olivier (3ELSE) 1 Table des matières 1 Introduction 4 2 Les courants de contact 4 3 La mise à la terre 3.1 Objectif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Prise de terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Le dispositif différentiel . . . . . . . . . . . . . 3.4 Les différentes configurations de mises à la terre 3.4.1 La configuration TT . . . . . . . . . . . 3.4.2 La configuration TN . . . . . . . . . . . 3.4.3 La configuration IT . . . . . . . . . . . . 3.5 Comparaison des différentes configurations . . . 3.5.1 Caractéristiques techniques . . . . . . . 3.5.2 Choix du type d’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 7 9 12 13 14 17 19 19 21 4 Etudes relatives aux USA 23 4.1 Les tensions de contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.2 Méthodologie et résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.3 Estimation de l’exposition aux champs magnétiques . . . . . . 27 5 Vers un schéma qui minimise les tensions de contacts 28 6 Conclusion 29 7 Annexes 7.1 Synthèse d’extraits du RGIE (Belgique) . . . . . 7.1.1 Tension de sécurité (articles 31 et 32) . . 7.1.2 Classes du matériel électrique (article 30) 7.1.3 Liaisons équipotentielles (articles 72 et 73) 7.1.4 La prise de terre (articles 69, 70 et 71) . . 7.1.5 Les différents schémas (article 79) . . . . . 7.2 Synthèse d’extraits du NEC (USA) . . . . . . . . 7.2.1 NEC 250-23 . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2 NEC 250-26 . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3 NEC 250-51 . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.4 NEC 250-54 . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.5 NEC 250-81 . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.6 NEC 250-83 . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.7 NEC 250-91 . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.8 Remarque . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Mesures personnelles . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 30 30 30 31 31 32 32 32 32 33 33 33 34 34 34 34 8 Références 36 3 1 Introduction Le Québec, où près de trois maisons sur quatre sont chauffées à l’électricité et où la mise à la terre est effectuée sur l’entrée d’eau urbaine, est un des champions occidentaux de l’exposition humaine aux champs magnétiques [1]. C’est également le cas pour certains états du Nord-Est américain. Afin d’expliquer les cas de leucémies infantiles qui y ont été recensés, des études ont été menées pour juger de l’impact de ces champs sur la santé. L’absence d’agents cancérigènes ou de mécanismes biophysiques imputables à ces derniers, mise en évidence par des études biologiques, ont cependant rendu leur implication difficile à justifier. C’est pourquoi des études récentes aux Etats-Unis ont opté pour une approche différente. Elle peut se comprendre comme suit : on pourrait expliquer l’implication des champs magnétiques dans les cas de leucémie si l’on parvenait à montrer que ces champs favorisent l’apparition de facteurs ou de mécanismes identifiés comme étant cancérigènes. Ainsi, sur base des systèmes de distribution électrique et de mise à la terre américains, elles émettent l’hypothèse que l’exposition aux courants de contact pourrait constituer le lien permettant d’associer champs magnétiques et leucémies infantiles. Les conventions et législations électriques étant différentes d’un pays à l’autre, nous allons dans un premier temps passer en revue les différents systèmes de mises à la terre. Nous étudierons ensuite, sur base des études mentionnées ci-dessus, les configurations qui minimisent les risques d’exposition à des tensions de contacts. 2 Les courants de contact L’être humain se trouve constamment en présence de champs. Un champ est un espace de points dans lequel on représente une grandeur physique par les valeurs qu’elle prend en ceux-ci. Ceux qui nous intéressent sont les champs électrique et magnétique. Dès qu’un appareil est relié à une prise électrique, sans même être allumé, il apparaît un champ électrique E, exprimé en V/m. Si on active l’appareil, un courant circule et crée un champ d’induction magnétique B, exprimé en µT. Toute présence de tension crée un champ électrique dans son environnement et tout courant y crée un champ d’induction magnétique. Ici, nous ne considérerons que les champs d’induction magnétiques. 4 Ils peuvent produire deux types d’effets : – Les effets directs résultant d’un couplage direct entre le champ d’induction magnétique et le corps humain (par exemple : les courants induits dans le corps). – Les effets indirects résultant d’un couplage entre le champ d’induction magnétique et certains objets (de structure métallique) qu’une personne peut toucher (décharge électrostatique ou courant de contact). Intéressons-nous au deuxième cas et imaginons que l’objet que l’on touche soit porté à un potentiel différent de celui de notre corps (qui est généralement celui de la terre). Un courant va donc nous traverser. Deux cas de figure sont envisageables : soit l’objet métallique doit son potentiel à une accumulation de charge en surface (ex : carrosserie d’une voiture qui se charge en roulant) soit il est en contact avec une source de tension (ex : défaut d’isolement d’un appareil). Dans le premier cas, le fait de toucher l’objet lui offre un chemin de décharge et notre corps est donc parcouru par un courant transitoire qui s’annule très rapidement. On parle alors de décharge électrostatique. A l’inverse, si on touche un objet qui est lui-même en contact avec une source de tension, le courant qui nous traverse est alors à l’image de cette source. Ce type de courant perdure aussi longtemps que le contact entre l’objet et notre corps persiste et porte le nom de courant de contact. L’intensité de ce courant dépend des caractéristiques de l’objet (taille, forme), de la fréquence et de l’intensité de la tension d’alimentation ainsi que de l’impédance de la personne. Cette dernière dépend, elle, de sa taille, de son poids, de la composition de son corps (rapport entre la masse maigre et la masse adipeuse), de la superficie du contact (c’est-à-dire si la personne touche avec les doigts ou si elle prend l’objet en main), et du type de chaussures. Pour juger de l’état de dangerosité d’un courant, c’est la valeur la quantité d’électricité qu’il faut prendre en compte. Celle-ci n’est rien d’autre que le produit de l’intensité du courant par le temps. Un courant intense de durée très courte peut donc avoir les mêmes effets qu’un courant moins important mais de plus longue durée. Le diagramme ci-dessous schématise approximativement les différentes zones sur base de cette quantité. On voit donc que le courant circulant dans une personne n’est perçu qu’à partir d’un certain seuil (approximativement de l’ordre de 0.5 à 1 mA en fonction du type de peau). A partir de 10 mA, si le courant est maintenu suffisamment longtemps, il y a apparition de douleur (zone 3) et quand il dépasse 30 mA, il peut provoquer des lésions plus ou moins graves ( zone 4 : brûlure localisée, tétanie respiratoire, effets cardiaques, ...). 5 Pour les fréquences inférieures à environ 100 kHz, la perception consiste en une sensation de fourmillement dans les doigts ou dans la main en contact avec l’objet. Pour des fréquences plus élevées, il y a sensation de chaleur. 3 3.1 La mise à la terre Objectif La mise à la terre consiste à relier à une prise de terre, par un fil conducteur, toutes les masses métalliques des appareils électriques dans une installation. Imaginons une machine à laver qui est soudain le siège d’un défaut d’isolement. En l’absence de mise à la terre, sa carcasse métallique se trouve alors portée à une tension proche de la tension du réseau qui est donc de l’ordre des 220 V. Une personne qui entrerait en contact avec la machine pourrait être électrocutée et serait donc en danger ! En effet, d’après les normes, une tension est dite non dangereuse si elle est inférieure à 50 V dans un local sec, 25 V dans un local humide et 12V dans un local immergé parce que dans ce cas, elle écoule un courant dans le corps humain inférieur à 30 mA (courant à partir duquel des séquelles irréversibles peuvent apparaître. Voir graphique ci-dessus) . Si maintenant la carcasse de la machine est reliée à une prise de 6 terre, sa tension devient une fraction de celle du réseau d’autant plus petite que la résistance de la prise de terre est faible. Ceci ne garantit donc pas que la tension de la carcasse ne soit plus dangereuse ! Cependant dans ce cas, la mise à la terre constitue une nouveau chemin électrique où circule un courant, appelé courant de défaut. Ce dernier provoque un déséquilibre entre les courants entrant et les courants sortant de l’installation qui peut donc être détecté par un dispositif annexe (le disjoncteur différentiel par exemple). Ce même dispositif décide alors s’il y a lieu ou non de mettre l’installation hors-tension. 3.2 Prise de terre La prise de terre désigne l’endroit où a physiquement lieu le contact avec la terre. Celui-ci peut être réalisé de diverses manières dont les deux principales sont la boucle de fond de fouille (schéma de droite) et le piquet de terre (schéma de gauche). Comme nous l’avons vu plus haut, la résistance de la prise de terre est très importante. En effet, plus elle sera faible, plus les tensions de contacts seront proches de la tension de la terre et plus les courants de défauts seront élevés facilitant ainsi leur détection. Il est donc intéressant de regarder les 7 facteurs qui l’influencent. L’origine de cette résistance vient du fait que la terre ne peut être considérée comme un conducteur parfait qu’à l’infini. Par conséquent, le chemin que doit parcourir le courant depuis la prise de terre peut être assimilé à une résistance qui peut être mesurée. De manière générale, on a : – Pour un piquet vertical de diamètre d et enfoncé à une profondeur L dans un sol de résistivité ρ : R= ρ 3L ln [Ω] 2πL d – Pour un câble de longueur L, de diamètre d et enterré à une profondeur h dans un sol de résistivité ρ : R = 0.366 ρ 9L2 ln [Ω] L 16dh On voit donc que pour un sol de résistivité fixée, la résistance de prise de terre sera d’autant plus faible que le piquet ou le câble de la boucle sont longs. A l’inverse, si on se fixe une résistance à atteindre, on devra prendre une longueur de piquet ou de boucle d’autant plus grande que la résistivité du sol est élevée. Le tableau ci-dessous synthétise donc les différentes configurations envisageables. 8 On constate donc que la prise de terre par boucle de fond de fouille est "meilleure" que les autres méthodes puisqu’à résistivité du sol égale, c’est elle qui possède la résistance maximale associée la plus faible. Il faut toutefois faire attention que ce raisonnement n’est valable qu’en basse fréquence (comme pour la fréquence 50Hz du réseau). En effet, dès le moment où on considère des phénomènes haute fréquence ou transitoires (comme un coup de foudre par exemple), il faut alors prendre en compte l’impédance de la prise de terre qui possède dans ce cas une partie inductive non négligeable. On pourrait également considérer qu’il serait intéressant d’utiliser les conduites d’eau comme prise de terre. C’est d’ailleurs ce qui était fait dans le temps puisque ces canalisations métalliques constituaient une bonne prise de terre. Cependant, l’utilisation de matériaux et de produits isolants pour la maintenance des conduites d’eau, ont conduit à isoler l’installation de la terre et furent à l’origine de dramatiques cas d’électrocution. C’est entre autres pour ces raisons, que l’utilisation des conduites d’eau fut interdite par les distributeurs d’eau européens. Cette prise de terre est ensuite reliée au tableau de répartition par l’intermédiaire d’une barrette de coupure. A partir du tableau, on tire un fil conducteur, appelé conducteur de protection (de couleur vert-jaune en Belgique), vers toutes les masses métalliques ainsi que vers les tuyaux d’arrivée d’eau et de gaz. Cela assure ainsi l’équipotentialité entre les éléments raccordés et on peut les toucher sans risque d’électrisation. 3.3 Le dispositif différentiel Comme nous l’avons vu précédemment, une bonne mise à la terre n’est 9 fondamentalement utile que si elle est associée à un dispositif annexe permettant de mettre hors tension l’équipement en défaut. Si une installation monophasée présente un défaut d’isolement, le courant qui entre dans l’installation n’a pas la même intensité que celui qui en sort. Si le courant de fuite est plus faible que la valeur de fonctionnement des fusibles ou des disjoncteurs à maximum placés dans le circuit, le défaut d’isolement n’est pas éliminé et peut provoquer la mise sous tension de masses métalliques avec risques d’incendie et d’électrocution des usagers. Les dispositifs à courant différentiel résiduel (DDR), permettent de détecter un courant de défaut d’isolement dans une installation électrique. Ils se trouvent incorporés dans les matériels suivants : – disjoncteurs différentiels – interrupteurs différentiels – relais différentiels Le DDR est conçu autour d’un transformateur d’intensité qui enserre les conducteurs actifs (phases et neutre). Dans le cas d’un circuit sans défaut, on a la somme vectorielle suivante : → → → → I1 + I2 + I3 + In = 0 Il n’y a donc pas de courant dans la bobine de détection. Lors d’un défaut la somme vectorielle devient : → → → → I1 + I2 + I3 + In = Id Il apparaît donc un courant dans la bobine de détection proportionnel au courant de défaut Id. La bobine alimente alors un dispositif à seuil de courant qui, sur base de cette valeur, donnera ou non l’ordre de déclenchement 10 à l’appareil de coupure (interrupteur, disjoncteur). Ces appareils sont construits avec deux caractéristiques importantes : 1. Le temps maximum avant lequel le dispositif doit couper l’alimentation du récepteur. Les normes définissent, en fonction du type de local (sec, humide), le délai maximal tolérable avant la coupure de l’alimentation en fonction de la tension de contact. Le graphique ci-dessous en est une représentation pour la norme française (NF C 15-100). 2. Le seuil de réglage I∆n qui, en fonction de la valeur du courant de défaut Id, détermine s’il faut ou non déclencher le dispositif de coupure. 11 Le principe étant que, pour des courants de fuite supérieurs à I∆n, le DDR doit obligatoirement déclencher alors qu’il ne doit pas le faire pour des courants inférieurs à I∆n 2 . Par conséquent, le DDR n’assure L une protection efficace que si I∆n ≤ U Ra (où UL désigne la tension de sécurité maximale en fonction du local et Ra la résistance de la prise de terre). Ceci illustre donc encore l’importance d’avoir une résistance de prise de terre la plus petite possible. D’après la norme belge (RGIE), I∆n ne peut pas excéder 300 mA. Si on ne place qu’un seul DDR, l’installation est privée d’alimentation dès l’apparition du premier défaut. On peut donc envisager d’en placer plusieurs et c’est d’ailleurs à cette fin qu’à été prévue la zone [ I∆n 2 ; I∆n] où le comportement du DDR n’est pas explicitement défini. Ainsi, si on place des DDR en cascade, on exploite cette zone pour que le DDR en amont ait un seuil de déclenchement plus élevé que chacun des DDR situés en aval. Une contrainte similaire s’applique également au temps de déclenchement puisqu’il faut que le DDR aval ait un temps de réponse plus court que le DDR amont. 3.4 Les différentes configurations de mises à la terre Il existe différentes configurations possibles pour effectuer la mise à la terre d’une installation : TT, TN (C ou S) et IT. Ces lettres désignent le régime de neutre. La première lettre identifie la situation du neutre du côté du fournisseur : – T : liaison directe du neutre à la Terre. – I : absence de liaison du neutre à la terre, neutre isolé ou liaison par l’intermédiaire d’une impédance. La deuxième lettre désigne, elle, la situation des masses du côté du client : – T : connexion directe des masses à la terre. – N : connexion des masses au neutre. Dans le cas d’un schéma TN, une troisième lettre est nécessaire : – TNC : le neutre et conducteur de protection PEN sont confondus. 12 – TNS : le neutre et conducteur de protection PE sont séparés. 3.4.1 La configuration TT Ce régime de neutre est le plus simple à l’étude et à l’installation. C’est le schéma actuellement utilisé chez nous, en Belgique, et plus généralement en Europe pour la distribution. Imaginons à présent que le récepteur 2 soit en défaut et qu’un individu entre en contact avec la masse de ce récepteur (comme illustré sur le schéma ci-dessous). 13 Dans cet exemple, un courant de défaut circule dans la phase trois du transformateur jusqu’au récepteur 2. Là, à cause du défaut d’isolement, il trouve deux chemins possibles : le corps humain et la carcasse métallique. Il rejoint ensuite le transformateur par la terre pour fermer la boucle. Le schéma équivalent est le suivant : Ce schéma illustre donc bien le fait que mettre l’installation à la terre n’est pas suffisant pour garantir la sécurité des personnes. En effet, imaginons qu’il n’existe aucun mécanisme capable de mettre l’installation hors-tension. On a alors Id = V V ≈ Rf + Rc + (Ru//Rh) + Rn Rf + Rc + Ru + Rn U c = Ru ∗ Id = Ru V Rf + Rc + Ru + Rn Or, rien ne garantit que Uc < UL . Si ce n’est effectivement pas le cas, il est impératif de couper l’alimentation de l’appareil comme expliqué au paragraphe précédent. 3.4.2 La configuration TN Dans cette configuration, le neutre du transformateur est relié à la terre ; les masses métalliques sont reliées au neutre par l’intermédiaire du PE. C’est ce schéma qui est principalement utilisé dans les installations résidentielles aux Etats-Unis. 14 Pour le régime de neutre TN, la création d’un défaut d’isolement au niveau d’un récepteur peut être assimilée à une liaison entre une phase et le neutre (court-circuit). Il existe, comme énoncé précédemment, deux schémas d’installation possibles : les schémas TNC et TNS. On peut, à priori, se demander pourquoi il existe deux types de configurations pour le schéma TN. En effet, en regardant la figure ci-dessus, on constate aisément que le schéma TNC utilise moins de câbles et s’avère donc être moins coûteux. Cependant, en regardant plus attentivement, on remarque également que ce même schéma ne permet pas l’utilisation d’un dispositif différentiel. La raison en est simple, si on inclut pas le conducteur 15 PEN (qui peut être parcouru par un courant) dans le DDR, il considérera ce courant comme un courant de défaut alors même qu’il n’y a pas de défaut. A l’inverse, si on inclut le conducteur PEN dans le DDR, il ne déclenchera jamais, et ce, même en présence de défaut. Par conséquent, l’utilisation d’un schéma TNC nécessite l’emploi de simples disjoncteurs ou de fusibles. Or, dans ce type de disjoncteur, le délai de coupure dépend de l’intensité du courant qui le traverse. Plus il est intense, plus le disjoncteur a un temps de réponse court. Et ce délai doit, comme nous l’avons vu, être inférieur à un temps défini dans les normes qui dépend, lui, de la tension de contact Uc du récepteur en défaut. Considérons le schéma suivant : Supposons que le PEN et le fil de phase soient composés du même matériau. On a donc que RP EN = Rphase = R = ρ L S où ρ désigne la résistivité V du fil, L sa longueur et S sa section. Par conséquent, le courant vaut I = 2R V et la tension de contact UL = 2 . On en déduit donc que le temps de déclenchement du disjoncteur, qui dépend de I, sera fonction de la longueur, de la résistivité et de la section des câbles alors que le délai de sécurité, qui dépend de Uc, restera constant. C’est précisément pour cette raison que le schéma TNC est interdit pour les câbles de cuivre de section inférieure à 10 mm2 et pour les câbles en aluminium de section inférieure à 16 mm2 . Leur utilisation réduirait de manière trop contraignante la longueur maximale admissible des câbles pour assurer la sécurité des personnes. Dans ce cas, on utilise alors le schéma TNS, plus coûteux, qui permet lui l’utilisation d’un disjoncteur différentiel comme dans le schéma TT. 16 3.4.3 La configuration IT Dans cette configuration le neutre du transformateur est isolé de la terre. Elle présente donc des risques de surtensions élevées. C’est pourquoi le neutre est souvent mis à la terre à travers une forte impédance. Ce type de schéma n’est donc possible que dans les installations alimentées par un poste de transformation privé. Il est principalement utilisé dans les installations pour lesquelles la continuité du service est primordiale (hopitaux, ...). Aucune installation ne possède cependant un niveau d’isolation parfait. Il existe toujours entre les câbles conducteurs et la terre une impédance de fuite qui n’est pas infinie. On peut donc représenter la situation sur la ligne basse tension comme suit. En basse tension, la résistance de fuite d’un câble neuf est, pour une phase et par kilomètre, de l’ordre de 10 MΩ alors que sa capacité uniformément répartie par rapport à la terre est approximativement de 0.25µF , soit 12.7kΩ à 50 Hz. On voit assez aisément que l’impédance équivalente est presque entièrement déterminée par sa partie capacitive. On a donc, pour 17 se fixer un ordre de grandeur, une impédance équivalente ramenée entre le point neutre et la terre pour les 3 câbles de 4 kΩ à 50 Hz. Voyons à présent ce qui se passe si un des récepteurs présente un défaut d’isolation. On est donc dans la situation suivante : On voit donc, que le courant de défaut vaut : Id = V (≈ 55mA) Ru + Rn + Zeq Ce type de schéma permet de limiter fortement les courants de défauts. Ce qui a pour conséquence que la tension de contact Uc = Ru*Id est également fortement réduite (environ 5,5 V si Ru = 100 Ω !) . Celle-ci n’étant donc pas dangereuse, il n’y a pas lieu de couper l’alimentation. On serait alors tenté de dire que, pour ce type de schéma, la seule mise à la terre est suffisante pour assurer la sécurité des personnes mais cela s’avèrerait faux. Pour mieux le comprendre, envisageons la situation où deux récepteurs présentent des défauts d’isolation. 18 On voit clairement que dans ce cas, les deux défauts forment un courtcircuit entre deux phases, assimilable au cas d’un défaut dans le circuit TN. La tension Uc vaut donc approximativement la moitié de la tension interphase et est donc dangereuse. Il faut donc dans ce cas, envisager un sytème de coupure comme dans le schéma TN. Cela étant, puisque ce genre de schéma est justement prévu pour permettre la continuité du service dans le cas d’un défaut, on ne veut pas en arriver à une situation où deux défauts sont présents simultanément. Il faut donc prévoir un système qui détecte la présence du premier défaut pour que l’on puisse le réparer immédiatement. Ce dispositif de détection porte le nom de contrôle permanent d’isolation ou CPI. Son principe est simple. Il est basé sur le fait que si on applique une tension continue ou très basse fréquence (< 10 Hz) sur le réseau, elle va créer un courant de fuite If dont la valeur dépendra de l’impédance d’isolement du réseau (la partie capacitive n’entrant en ligne de compte que si la tension n’est pas continue). Un appareil mesure donc l’intensité de ce courant, image de l’impédance d’isolement. Si un défaut survient, le courant de défaut vient s’ajouter à ce courant de fuite et fait donc croître la valeur du courant qui traverse le CPI. Dès qu’un seuil limite est atteint, le CPI déclenche une alerte qui signale la présence du défaut. Il faut alors l’identifier et le réparer avant qu’un deuxième ne survienne. 3.5 3.5.1 Comparaison des différentes configurations Caractéristiques techniques La comparaison des trois principaux types de schémas porte sur cinq caractéristiques essentielles d’un système de mise à la terre[3] : 19 – La sécurité : en cas de défaut, ce critère tient compte des risques encourus par les utilisateurs. Mais aussi des risques liés aux incendies et aux explosions. Ainsi, pour la sécurité des personnes, tous les systèmes présentent plus ou moins les mêmes garanties (sauf peut-être le schéma IT en cas de deux défauts). Pour les risques d’explosion ou d’incendies, le danger est lié à la valeur des courants de défaut (la chaleur dissipée étant proportionnelle à Id2 ). Pour un seul défaut, le schéma IT présente donc peu de risque. A l’inverse, le schéma TN qui développe des courants de défaut de l’ordre du kA, est à proscrire dans les environnements qui présentent des dangers d’explosion ou d’incendies. – La disponibilité : le but de l’installation électrique est bien sûr d’alimenter le bâtiment. Le critère de disponibilité traduit donc dans quelle mesure la puissance électrique reste disponible en cas de défaut. Pour ce critère, c’est évidemment le schéma IT qui l’emporte puisqu’il a été conçu dans ce but. – La maintenance : ce critère présente deux aspects. Il prend en compte la facilité à trouver le défaut ainsi que son aisance à le réparer. On constate ainsi qu’il est rapide d’identifier le défaut pour le TN mais que le temps de réparation est souvent long. A l’inverse, le IT permet des réparations plus rapides et moins coûteuses mais la détection du défaut y est parfois plus difficile. Dans les installations non domestiques utilisant le schéma IT, il est toutefois possible de mettre sur pied un système exploitant le CPI permettant d’améliorer efficacement la maintenance. Le TT reste quant à lui un bon compromis. – La fiabilité : elle traduit la stabilité du circuit face aux perturbations. Celle-ci est excellente pour le TT. – Les perturbations : ce critère détermine dans quelle mesure l’installation émet ou véhicule des perturbations pour les dispositifs qu’elle alimente. Celles-ci sont de deux types. La première source de perturbation est celle induite par rayonnement électromagnétique et est donc d’autant plus faible que les courants de défauts sont petits. La seconde, elle, est due à la non-équipotentialité du conducteur PE utilisé comme potentiel de référence pour les systèmes électroniques. Cette dernière perturbation est surtout gênante pour le schéma TNC de par la présence d’harmoniques d’ordre 3 et multiples de 3 en plus du courant de neutre. Voici donc le tableau récapitulatif qui reprend la comparaison des différentes configurations sur base de ces caractéristiques : 20 En plus de ces caractéristiques techniques, il est également intéressant de comparer les différences en terme de coût de chacune de ces installations. Alors que le coût de l’installation croît respectivement suivant la configuration TN, IT et TT, le coût de la maintenance associé est lui respectivement décroissant. Si bien que si l’on considère le coût global lié à ces trois installations (installation et entretien) sur une période de 10 à 20 ans, on aboutit à des montants équivalents. 3.5.2 Choix du type d’installation Comme nous venons de le voir, chaque schéma présente des avantages et des inconvénients qui lui sont propres. Le choix du système de mise à la terre s’effectue donc en fonction des caractéristiques du bâtiment à installer. Il existe cependant bien souvent des lois ou des normes (qui peuvent varier d’un pays à un autre) qui imposent ou interdisent l’utilisation d’un système pour certains bâtiments particuliers (hôpitaux, écoles, ...). D’autres facteurs, comme le degré de développement ou encore le climat du pays peuvent entrer en ligne de compte dans ce choix. Dans les pays industrialisés qui ont un climat tempéré, on retrouve les trois types de schémas dans les installations privées. En ce qui concerne les installations publiques, on peut constater en considèrant un axe Nord-Sud, que l’on trouve principalement le système IT en 21 Norvège, TN-C en Allemagne et TT en France, en Belgique et dans la plupart des pays africains. Le schéma TN est quant à lui, principalement utilisé aux USA et dans les pays anglo-saxons. Dans les pays industrialisés, on peut cependant constater une explosion du nombre d’appareils utilisant l’énergie électrique ( ordinateurs, appareils électroménagers, ...) dans les foyers domestiques. Ceux-ci contribuent donc à un accroissement des perturbations alors qu’ils constituent eux-mêmes des dispositifs perturbables. De plus, la coupure d’alimentation de l’installation rendant tous ces dispositifs inutilisables, la demande pour une continuité de service accrue se fait de plus en plus forte. Par conséquent, le critère prépondérant tend à être celui de perturbation et la tendance générale est de réduire au maximum les courants de défauts. Dans cette optique, le schéma TT s’avère être le meilleur choix puisqu’il présente des courants de défaut 1000 fois plus petits que dans le cas d’un schéma TN ou IT (qui semblent un choix peu judicieux pour une installation domestique compte tenu des contraintes de maintenance et de contrôle) présentant deux défauts. On peut donc penser que le schéma TT devrait, à l’avenir, devenir de plus en plus utilisé. 22 4 Etudes relatives aux USA Comme nous l’avons signalé en introduction, des études récentes ont émis l’hypothèse que l’exposition à des courants de contacts pourrait constituer le lien permettant d’associer champs magnétiques et leucémies infantiles. En effet, sur base de modélisation du corps humain, elles sont parvenues à montrer que des courants de contact de quelques µA provoquaient des perturbations dans la moëlle osseuse (dont la leucémie est une pathologie) nettement supérieure à celle causée par des champs magnétiques tels que ceux générés par des lignes hautes tensions. Elles ont donc, sur base du système de mise à la terre américain, cherché à trouver des sources plausibles de tensions de contacts. 4.1 Les tensions de contact Aux USA, le schéma domestique qui est utilisé est le schéma TN. Or, afin de parer à une défaillance des connexions du conducteur de terre depuis l’origine de l’installation jusqu’aux récepteurs terminaux lorsque le réseau est étendu, ce type de schéma nécessite la mise à la terre du conducteur de protection en plusieurs points. Le NEC (national electric code) impose donc cette mise à la terre à l’entrée de chaque habitation mais également que toutes les prises de terres soient connectées entre elles afin de créer un réseau de prise de terre. C’est à cette fin que le neutre de chaque habitation est mis à la terre en le reliant aux conduites métalliques d’eau de la maison (voir schéma ci-dessous). 23 Ce système de mise à la terre est à l’origine de deux sources de courant de contact dans l’habitation : – VP−W : la tension entre le neutre du tableau (Pannel ) et la tuyauterie (Water pipe). Ces deux organes sont reliés par le fil de mise à la terre qui sert de chemin alternatif pour le retour du courant au transformateur de distribution de l’habitation. Cette différence de potentiel pourrait créer un courant de contact si un individu venait à relier une partie métallique de la tuyauterie, comme un robinet, à la structure d’un appareil qui est connecté au tableau. Ce exposition n’est pourtant pas jugée comme préoccupante pour les deux raisons suivantes : 1. Il y a fort à penser que ces deux éléments soient difficilement joignables (et ce d’autant plus pour un enfant étant donné sa petite taille). 2. Dans l’éventualité où on parviendrait à les joindre, il est fort probable que les parties du corps en contact soient sèches ce qui diminuerait ainsi l’intensité du courant qui pénétrerait la peau. – VW−E : la tension entre les tuyaux d’eau conducteurs (Water pipe) et la terre (Earth). Cette tension peut provenir de deux mécanismes : 1. Par conduction : une partie du courant de retour circulant via les canalisations entre dans la terre et provoque une tension sur les tuyaux égale au produit de ce courant par la valeur de la résistance entre le tuyau et la terre. 2. Par induction : le système constitué des lignes de neutres et des tuyaux d’eau forme un réseau de conducteurs qui peut être le siège d’une force électromotrice provoquée soit par les champs magnétiques d’une ligne haute tension proche soit par des lignes fortement chargées du primaire du transformateur de distribution. Les tensions induites sont dès lors proportionnelles à l’intensité de ces champs magnétiques. Que ce soit par conduction ou par induction, VW −E produit une tension entre les tuyaux d’eau et les autres objets conducteurs qui sont enfouis dans le sol, comme par exemple le drain de décharge des eaux usées de la baignoire. On s’aperçoit alors qu’une personne assise dans la baignoire peut être parcourue par des courants de contact si elle touche le robinet. Dans ce cas en effet, elle relie les canalisations d’arrivée d’eau aux canalisations du drain par l’intermédiaire de l’eau et de la partie métallique du drain se 24 trouvant dans la baignoire. On peut dès lors établir le schéma équivalent suivant : On constate donc que cette tension entre le tuyau d’eau et le drain, notée VBath ou VW −D , est une fraction de VW −E , qui dépend des résistances de contact entre le sol et la canalisation ainsi qu’entre le drain et la terre mais aussi des positions relatives de ces deux éléments en question. Ce type de contact est dès lors plus préoccupant. Les enfants en bas-âge prenant régulièrement des bains, il a été estimé que les possibilités d’exposition à ces courants de contact peuvent aller jusqu’à quelques centaines de fois par an. De plus, étant donné le contexte, il est plus que probable que les parties du corps en contact soient humides, diminuant ainsi leur résistance et favorisant la pénétration de ces courants plus en profondeur. Comme nous venons donc de le dire, la tension VW −E , source de la tension de contact VBath , possède une composante imputable à un mécanisme d’induction dû à la présence de champs magnétiques. C’est donc leur influence sur ces tensions que les chercheurs de ces études ont tenté de mettre en évidence. 4.2 Méthodologie et résultats Dans leur première étude réalisée en 2002 ([4]), ils ont réalisé des mesures du champ magnétique moyen et des tensions mentionnées ci-dessus dans 36 25 maisons à Pittsfield (ville qui présente un large réseau de canalisations et par où passent des lignes haute tension). Les habitations ont été classées selon deux critères : le Wertheimer-Leeper Code et le Line Type Code. Le code de Wertheimer-Leeper décrit le type d’intensité des courants (courant faible, courant ordinairement élevé, courant très élevé, ...) dans une maison sur base du type de ligne d’alimentation et de sa distance au domicile considéré. Le line Type Code est quant à lui une classification basée sur les lignes qui passent à proximité d’une résidence (ligne haute tension, ligne primaire bi ou triphasée, pas de ligne haute tension, ni de ligne primaire triphasée, ...). Leurs mesures ont montré que la classification selon le code de WeirthemerLeeper ne permettait d’effectuer aucun lien statistique entre les valeurs du champ magnétique moyen et les tensions relevées. Par contre, en considérant la classification selon le Line Type Code, le champ magnétique moyen Bavg s’est avéré être corrélé de manière significative à la tension de contact VW −E (mais pas à VP −W ). Ils ont ainsi remarqué que les tensions élevées VW −E ont été presque exclusivement relevées là où le champ magnétique moyen était également élevé. Ils se sont ensuite interessés au rapport qui lie les tensions VW −E et VW −D (i.e. VBath ). Les mesures ont permis d’établir un lien statistique significatif entre ces deux tensions. Ce résultat n’était pas réellement surprenant puisque que, théoriquement, la tension VW −D n’est qu’une fraction de VW −E . Fraction qui est censée être d’autant plus proche de l’unité que le drain est éloigné des tuyaux d’arrivée d’eau (pour autant que ces éléments ne soient pas courtcircuités). La classification de ces rapports en deux catégories (proche de 1 et proche de 0) fut aisée étant donné qu’il n’y avait aucun rapport compris entre 0.33 et 0.71. Parmi les habitations à proximité de ligne haute tension, trois appartenaient à la catégorie des rapports faibles (proche de 0). Cependant, comme ce groupe d’habitations possédait les valeurs de VW −E les plus élevées, une des ces trois maisons présentait quand même une tension VW −D parmi les plus élevées mesurées. Leur conclusion était donc approximativement la suivante : "Pour des raisons de fréquence d’exposition et d’intensité de courant de contact susceptibles d’être pathologiques, on sait que la tension à prendre en considération est VW −D . Or, VW −D ne peut prendre que des valeurs comprises entre 0 et VW −E . Par conséquent, si une étude de plus grande envergure venait à confirmer ce lien entre VW −E et Bavg que nos mesures ont permis d’établir, on serait amené à conclure qu’il existe un lien (même faible) entre VW −D et Bavg ." C’est ainsi qu’en 2004 ils ont réitéré ce type de mesures dans 191 maisons ([5]). Ces mesures leur ont alors permis de confirmer les résultats établis en 26 2002 ainsi que le lien putatif (bien que faible) entre VW −D et Bavg . Leurs conclusions peuvent alors se comprendre comme suit : "Si un facteur physique est responsable de l’association entre les champs magnétiques et les leucémies infantiles alors les courants de contacts doivent être considérés comme un candidat sérieux." Des études épidémiologiques futures devront permettre de confirmer ou d’infirmer cette hypothèse. 4.3 Estimation de l’exposition aux champs magnétiques Les récentes études qui mettent en exergue la problématique des lignes HT proches des habitations ont amené les ingénieurs à établir un modèle statistique. Celui-ci évalue l’exposition aux champs magnétiques pour la population vivant près de ces lignes [6]. Il prend en compte deux composantes de ces champs : – le champ ambiant, c’est-à-dire celui provoqué par des sources de courants internes tels que les lignes de distribution, les courants de terre et les appareils ménagers. Il est assez complexe à déterminer mais peut plus aisément être estimé en utilisant des mesures à long terme dans des maisons loin de lignes haute tension. Ces mesures ont ainsi permis de rendre compte que le champ ambiant pour des habitations ayant des canalisations en fer est à peu près 2,5 fois plus élevé que pour celles ayant des canalisations en plastique. Les deux modèles doivent donc être étudiés séparément. – le champ produit par les lignes HT. Celui-ci est calculé sur base des courants qui circulent dans les lignes. Ce modèle peut ainsi être utilisé pour prédire l’exposition de la population qui se trouvera à proximité d’une ligne HT sur base de la valeur de la composante du champ magnétique ambiant. Ou à l’inverse, pour des études épidémiologique de long terme, la valeur passée du champ magnétique ambiant peut être évaluée en considérant le champ produit par la ligne HT. Une étude a bien sûr été réalisée dans le but de valider expérimentalement ce modèle. Pour les besoins de celle-ci 195 femmes habitant loin d’une ligne HT (> 400m) et 220 autres vivant près de ce type de lignes (< 150m) ont accepté de porter sur elles des appareils destinés à mesurer la valeur des champs magnétiques. Le groupe vivant loin des lignes HT a ainsi permis de mesurer la composante du champ ambiant. Quant au groupe vivant à proximité de ces lignes, il a permis de comparer les valeurs mesurées aux résultats prédits par calcul (en utilisant les valeurs du champ ambiant de l’autre groupe). C’est sur base de cette comparaison que la méthode de calcul 27 a été validée. Il faut cependant noter que les valeurs calculées sont légèrement inférieures à celles mesurées. 5 Vers un schéma qui minimise les tensions de contacts Comme nous venons de le voir pour le schéma TN, la principale source de tension de contact préoccupante est celle qui peut apparaître entre les canalisations d’eau et le drain. Celle-ci dépend essentiellement de la tension à laquelle peut être portée la canalisation qui est elle-même fonction des courants qui la traversent. Si l’installation alimente une charge monophasée impliquant le neutre ou une charge triphasée non équilibrée, le neutre sera parcouru par un courant. S’il est lui même relié à la terre, alors ce courant voit un chemin alternatif qu’il peut emprunter pour retourner à la source. Par conséquent, si c’est une canalisation d’eau qui est utilisée comme prise de terre, elle sera constamment parcourue par une partie de ce courant de déséquilibre. C’est ce que nous venons de voir pour le schéma TN utilisé aux Etats-Unis. Imaginons maintenant un schéma TT ou IT qui utiliserait lui aussi une canalisation d’eau comme prise de terre. Dans ce cas, les courants de déséquilibre ne peuvent quand même pas passer par la canalisation puisque celle-ci n’est pas reliée au neutre. Par conséquent, les seuls courants qui peuvent la parcourir sont ceux qui sont engendrés par induction magnétique. L’utilisation des schémas TN et IT devrait donc déjà permettre de réduire les tensions VW −E évoquées précédemment. On peut cependant faire mieux et imaginer un système qui serait en théorie excellent pour minimiser la tension VBath . Supposons que l’on considère un système TT ou IT qui utilise une prise de terre autre que les canalisations d’eau (piquet de terre ou boucle de fond de fouille par exemple). Et imaginons que ces mêmes canalisations d’eau (drain compris) présentent des portions non enfouies qui sont isolantes. Alors dans ce cas, la tension du robinet sera toujours celle de la terre. En effet, plus aucune source de tension ne peut alimenter ce dernier : – Les tensions dues aux courants de déséquilibre ont été éliminées (le neutre n’est pas en contact avec le robinet). – Les tensions dues aux phénomènes d’induction ont lieu sur les canalisations qui forment un immense conducteur mais celles-ci sont électriquement isolées du robinet par les parties isolantes. 28 L’utilisation des canalisations en plastique semble donc jouer un effet bénéfique double tant en Europe qu’aux Etats-unis. Premièrement, il permet de réduire les champs magnétiques ambiants (voir paragraphe 4.3). Et deuxièmement, il rend la canalisation d’eau inutilisable comme prise de terre. Ainsi aux Etats-Unis, si la canalisation est isolante, le code prévoit l’utilisation d’une prise de terre comme en Europe (piquet de terre, boucle de fond de fouille, ...) et par conséquent, les courants de déséquilibre ne passent plus par la canalisation mais bien par cette prise de terre. 6 Conclusion Bien que les études expérimentales décrites ci-dessus aient permis de confirmer le lien entre tensions de contact et champ magnétique, le rôle de ces tensions comme variable explicative des cas de leucémie infantile devra encore être clarifié par de nouvelles mesures ainsi que par des analyses biophysiques, biologiques et épidémiologies complémentaires. Cependant, si cette hypothèse venait à être confirmée, les maisons à proximité de lignes haute tension (présentant une valeur du champ magnétique moyen élevée) seraient probablement les plus exposées à ce risque. Néanmoins, l’utilisation de plus en plus fréquente du plastique comme matériel de canalisation semble apporter d’elle même une solution à cette problématique de tension de contact pour les raisons que nous venons d’évoquer. Comme nous venons également de le voir, les schémas domestiques européens, majoritairement TT, devraient être moins affectés que leurs homologues TN américains par ce phénomène. Des mesures viendront peut-être confirmer ces suppositions. Cela étant, pour deux schémas TN identiques mais situés aux USA et en Europe, on peut supposer que les tensions de contact mesurées sur le dernier seront plus faibles. En effet, l’emploi du 220V en Europe au lieu du 110V standardisé aux Etats-Unis comme tension phase-neutre permet, à puissance délivrée égale, d’avoir des courants moins importants dans les lignes et donc des champs magnétiques induits plus faibles. 29 7 Annexes 7.1 7.1.1 Synthèse d’extraits du RGIE (Belgique) Tension de sécurité (articles 31 et 32) La très basse tension de sécurité est la tension telle qu’elle n’est pas capable d’entrainer des chocs électriques par contact direct. Ces tensions limites considérées comme non dangereuses sont fonction de l’humidité de la peau. Il faut de plus que les parties actives de la très basse tension de sécurité ne soient pas en contact avec les parties actives d’autres circuits et que ses masses ne soient connectées ni à la terre, ni à d’autres masses. Cette tension doit être délivrée par une source d’alimentation sûre. 7.1.2 Classes du matériel électrique (article 30) Le matériel électrique est classé en fonction de : – l’isolation entre les parties actives et les parties accessibles. – la possibilité ou non de relier les parties conductrices à un conducteur de protection. – les tensions d’alimentation. Il en résulte donc cinq classes distinctes : 1. Classe 0 : la protection ne repose que sur l’isolation principale. Il n’y a aucun raccordement des parties conductrices au fil de terre. 2. Classe 0I : isolation principale et borne de masse mais le câble d’alimentation ne contient pas de conducteur de protection. 3. Classe I : isolation principale avec conducteur de protection et câble d’alimentation avec fil de terre. 30 4. Classe II : isolation double ou renforcée, le câble d’alimentation ne contient pas de fil de terre. 5. Classe III : la protection repose sur l’alimentation en très basse tension de sécurité de l’équipement. 7.1.3 Liaisons équipotentielles (articles 72 et 73) Il s’agit d’une liaison électrique dont le but est de mettre au même potentiel des masses ou des éléments conducteurs étrangers à l’installation électrique. La liaison équipotentielle principale (article 72) est réalisée à l’entrée des différentes canalisations dans un bâtiment ou, dans les installations industrielles comportant plusieurs postes de transformation, pour chaque poste. Le conducteur de liaison équipotentielle principale doit réunir : – – – – le conducteur principal de protection (relié à la prise de terre). les canalisations principales d’eau et de gaz. les colonnes principales du chauffage central et de la climatisation. les éléments métalliques fixes et accessibles qui font partie de la structure de la construction. – les éléments métalliques principaux d’autres canalisations. La liaison équipotentielle supplémentaire (article 73) revient à relier localement toutes les masses et conducteurs de protection des machines et appareils électriques ainsi que tous les éléments conducteurs simultanément accessibles par une personne (tuyaux, radiateur, ...). Cette liaison équipotentielle locale peut être isolée de la terre ou raccordée à une prise de terre qui peut être distincte de celle à laquelle sont reliées les autres masses de l’installation. 7.1.4 La prise de terre (articles 69, 70 et 71) La prise de terre est réalisée par une ou plusieurs pièces conductrices connectées entres elles et enfouies dans le sol pour assurer la liaison avec la terre. La résistance de la prise de terre ne doit pas être supérieure à 30 ohms (ou 100 ohms si elle est cumulée à des mesures supplémentaires). Pour la prise de terre on utilise : 31 – dans une installation existante : un ou plusieurs piquets conducteurs enfouis dans la terre reliés entre eux. Ils doivent atteindre une profondeur de 2,1 m et avoir une longueur minimum de 1,5 m. – dans une installation neuve : si les fondations ou une partie de ces dernières ont une profondeur de plus de 60 cm il faut placer en fond de fouille une boucle de terre en cuivre ou en cuivre plombé, de section ronde ou pleine de 35 mm2 . Les extrémités ainsi que chaque point de raccordement de cette boucle doivent être en permanence accessible. 7.1.5 Les différents schémas (article 79) Il existe trois schémas de mise à la terre possibles TT, TN (C, S ou CS) et IT (voir 3.4 pour les détails). La couleur du conducteur isolé de protection doit être le jaune-vert, celle du conducteur isolé de neutre le bleu et celle des conducteurs de phases, généralement le noir ou le brun mais pas le jaune ni le vert. 7.2 Synthèse d’extraits du NEC (USA) Les prescriptions en termes de mise à la terre pour les Etats-Unis sont décrites principalement dans le NEC (national electric code) au paragraphe 250. 7.2.1 NEC 250-23 Le conducteur principal de terre doit être relié au conducteur de protection (le neutre) en tout point desservi du réseau. Ceci inclut le bus ou le terminal en amont du dispositif de mise hors-tension. Par contre, le conducteur de protection en aval du dispositif de mise hors-tension (du côté de la charge) ne doit impérativement pas être mis à la terre. 7.2.2 NEC 250-26 La mise à la terre doit s’effectuer de la manière suivante : (a) Un câble de liaison de dimensions appropriées (de couleur verte) doit relier toutes les masses des équipements au conducteur de protection (le neutre). Cette liaison doit être effectuée en tout point de l’équipement depuis la source jusqu’au dispositif de mise hors-tension. 32 (b) Un conducteur de terre de dimensions appropriées doit être utilisé pour relier le conducteur de protection (le neutre) à la prise de terre. (c) La prise de terre doit être la plus adaptée au système à mettre à la terre et peut être : 1. la plus proche partie métallique de la structure efficacement mise à la terre. 2. la plus proche canalisation métallique efficacement mise à la terre. 3. d’autres prises de terre spécifiées dans les paragraphes 250-81 ou 250-83 quand (1) et (2) ne sont pas disponibles. 7.2.3 NEC 250-51 Le chemin à la terre depuis les circuits, équipements ou parties métalliques doit (1) être permanent et continu ; (2) avoir la capacité d’écouler en toute sécurité les courants de fuite qui peuvent le parcourir et (3) avoir une impédance suffisamment faible que pour éviter la montée en potentiel par rapport à la tension de la terre et ainsi faciliter la détection des appareils de protection. 7.2.4 NEC 250-54 Un équipement qui doit être mis à la terre dans ou contre un bâtiment doit être relié à la même prise de terre que ce dernier. De même, si plusieurs réseaux de distribution alimentent un même bâtiment et que ceux-ci doivent être mis à la terre, ils doivent être reliés à la même prise de terre. Si plusieurs prises de terre sont connectées entre elles de manière efficace, elles doivent être considérées comme formant une prise de terre unique. 7.2.5 NEC 250-81 Toutes les prises de terre, décrites ci-dessous de (1) à (4), de chaque bâtiment doivent être reliées ensemble pour former un système de prise de terre : 1. les canalisations d’eau métalliques situées à moins de 5 pieds de l’entrée du bâtiment. 2. les grillages métalliques du bâtiment qui sont efficacement mis à la terre. 3. les parties métalliques noyées dans le béton. 4. les prises de terres annulaires. 33 7.2.6 NEC 250-83 Quand aucune des prises de terre citées précédemment n’est disponible, une ou plusieurs prises de terre parmi (2)-(4) doit être utilisée : 1. les conduites de gaz souterraines ne peuvent pas servir de prise de terre. 2. d’autres systèmes ou structures souterrains locaux. 3. des conduites ou piquets de terre 4. prise de terre plan 7.2.7 NEC 250-91 Des piquets de terre additionnels peuvent être utilisés pour augmenter la capacité de mise à la terre mais dans ce cas, ils doivent être reliés au réseau de prise de terre avec un conducteur adéquat. Un piquet de terre isolé du réseau de prise de terre est interdit par le NEC. 7.2.8 Remarque Puisque le neutre est chaque fois assimilé au conducteur de protection et que c’est lui qui est mis à la terre, il va sans dire que le schéma décrit dans ces paragraphes par le NEC est le schéma TN. 7.3 Mesures personnelles Nous nous sommes également prêté au jeu de mesurer le champ ambiant et les tensions de contact dans nos domiciles. Ces mesures se veulent donc uniquement informatives étant donné qu’elles sont insuffisantes pour constituer un échantillon représentatif. Le champ magnétique moyen a été calculé sur base de mesures prises par le Emdex wavecorder (Enertech) et les tensions, prises entre le drain et le robinet, ont été mesurées à l’aide d’un multimètre Fluke 110 True RMS (Fluke corp.). Les diverses valeurs ont été consignées dans le tableau ci-dessous. Maison 1 Maison 2 Maison 3 Evier 0,08 V 0,92 V 2,6 V Evier (avec R) 0,006 V 0,002 V 0,002 V Baignoire 0,26 V 1,41 V 3,7 V 34 Baignoire (avec R) 0,006 V 0,002 V 0,002 V Bavg 0,024 µT 0,037 µT 0,058 µT Remarque : Les tensions mesurées quand on insère la résistance sont du niveau de précision du voltmètre. Il y a fort à penser qu’elles soient donc inférieures à la valeur fournie par ce dernier. Les mesures de tensions, ont été prises deux fois : directement et au travers d’une résistance de 985Ω en parallèle sur le voltmètre. Ceci s’explique en considérant le schéma équivalent suivant : On voit que la tension de contact vaut : Vcontact = Rload Vs Rs + Rload Or, les caractéristiques de la source étant inconnues, elles peuvent être calculées en considérant les deux mesures de tensions qui fournissent ainsi deux équations. Dans notre cas, comme le voltage tend vers 0 quand on insère la résistance de 985Ω en parallèle sur le voltmètre, on peut en déduire que l’impédance de la source est trés élevée. Par conséquent, si on venait à relier le robinet au drain par exemple, la tension de contact résultante ne pourrait produire qu’un courant négligeable dans notre corps. Les trois maisons ont été classées suivant l’ordre croissant de la valeur du champ magnétique moyen. Il apparait que les tensions de contacts sans la résistance (approximation de Vs ) sont également croissante dans le même ordre. 35 8 Références [1] Les enfants québécois surexposés, MICHROWSKI A., 2004 [2] http ://perso.wanadoo.fr/grc/sommaire.htm [3] Earthing systems worldwide and evolutions, Lacroix B., Calvas R. [4] Contact Voltage Measured in Residences : Implications to the Association Between Magnetic Fields and Childhood Leukemia, R.KAVET, L.ZAFFANELLA, 2002 [5] Association of Residential Magnetic Fields with Contact Voltage, R.KAVET, L.ZAFFANELLA & al, 2004 [6] Experimental Validation of a Statistical Model for Evaluating the Past or Future Magnetic Fields Exposures of a Population Living Near Power Lines, TURGEON A. & Al, 2004 [7] http ://sitelec2.free.fr/promotelec/misalaterre.pdf [8] http ://www.conf-aim.skynet.be/education/risqueselectriques/texte_Lilien.pdf [9] http ://www.schneider-electric.com/cahier_technique/fr/pdf/ct178.pdf [10] http ://www.ujf-grenoble.fr/PHY/PLATEFORMES/EEE/Securite_electrique.pdf [11] http ://www.sobane.be/fr/electricite/pdf/ele_fic10.pdf [12] http ://www.mikeholt.com/documents/grounding/freestuff/grounding.pdf 36