Electricité statique
DIVERS
+ DE 2 ANS
Le 09/05/2005 à 14h11
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Question d'origine :
Bonjour,
En lisant une question du forum concernant l'électricité statique je me suis mis à la recherche d'un moyen (technique, appareil) pour éviter ces petites "joutes" quotidiennes, mais je n'en ai pas trouvé.
Je sais qu'il existe pour les techniciens informatiques par exemple, des gants reliés à une masse qui évitent les décharges, mais ce n'est pas pratique pour marcher dans la rue
Merci de votre réponse et tout votre travail !
Réponse du Guichet
anonyme
- Département : Équipe du Guichet du Savoir
Le 11/05/2005 à 13h40
Ce document qui est l'adaptation d'une conférence que donna le professeur Bernard Béland aux étudiants de l'Université de Sherbrooke durant l'année académique 1992-1993 vous permettra de mieux comprendre ce phénomène :
Lorsque deux objets de nature différente sont frottés l'un sur l'autre, il se produit un transfert de charges d'un matériau vers l'autre. Si, ensuite, on les sépare, ils seront chargés, l'un positivement et l'autre négativement.
En fait, le frottement n'est pas nécessaire; il suffit de mettre les matériaux en contact et de les séparer pour produire l'effet. Le frottement ne fait que d'assurer un contact plus énergique. Par exemple, lorsqu'on marche sur un tapis, il y a génération d'électricité statique même si les pieds ne glissent pas.
La quantité de charge générée dépend de la matière des matériaux en contact, de leurs surfaces, de la façon dont la séparation est faite et de bien d'autres facteurs.
Cette facilité est donnée dans le Tableau 1 qu'on appelle la série triboélectrique.
Il va de soi que, plus deux matériaux sont loin l'un de l'autre dans cette liste, plus il y aura tendance à générer de grandes charges d'électricité statique suite à une séparation des surfaces. Ainsi, pour faire un générateur d'électricité statique on utilisera deux matériaux éloignés.
Fourrure de lapin (plus positif)
verre
nylon
laine
fourrure de chat
coton
soie
dacron
polyvinylchloré
polyéthylène
caoutchouc
Teflon
Saran wrap (plus négatif)
...
Du point de vue électrique, les matériaux sont classifiés comme conducteurs ou isolants. Tous les métaux et leurs alliages sont des bons conducteurs à un degré plus ou moins élevé. De façon générale, les alliages, quoique bons conducteurs, le sont à un degré moindre que les métaux purs. Par contre,
D'autres matériaux ont une conductivité intermédiaire entre ces derniers. C'est le cas du carbone dont la conductivité se situe entre celle des conducteurs et des isolants bien qu'il soit plus près des conducteurs que des isolants. L'eau est aussi un matériau intermédiaire qui n'est ni bon isolant, ni bon conducteur. Bien que l'eau parfaitement pure soit un assez bon isolant, en pratique ce liquide contient toujours des sels dissous et cela le rend un peu conducteur d'électricité. La conductivité augmente rapidement en fonction des sels ou acides dissous.
Plus haut, nous mentionnions que le bois, les tissus et le papier sont de bons isolants électriques. Ces matériaux sont poreux et peuvent absorber une certaine quantité d'eau. Ils ne sont pas absolument secs. Par exemple, dans une température ambiante de 20° C et 50% d'humidité relative dans l'air, le bois contient environ 8% de sa masse en eau.
Ces matériaux sont de plus en plus conducteurs lorsqu'ils sont de plus en plus humides. Même des matériaux imperméables comme le plastique peuvent produire une conduction de surface si les conditions sont telles que la surface devient humide ou mouillée. Cela serait particulièrement vrai en milieu salin ou acide.
En électricité, les courants se mesurent en ampères. Par exemple, un grille-pain tire un courant de 12 ampères; le débit est donc de 12 coulombs par seconde. On l'a vu plus haut, en électricité statique, les charges ne sont qu'une très faible fraction d'un coulomb.
Le moindre courant de fuite fera disparaître toutes les charges très rapidement. Pour ces raisons, un matériau qui laisse fuir les charges même à un faible degré sera considéré comme un conducteur pour l'électricité statique et un isolant par un technicien en électricité. Par exemple, un tapis dans l'air humide à 70% sera un très bon isolant pour la tension 120 V domestique. Par contre, ce même tapis est suffisamment conducteur pour éliminer toutes les charges statiques. Ainsi, pour ce dernier cas, il sera un conducteur.
On croit souvent, à tort, que l'air humide est plus conducteur que l'air sec. D'ailleurs, le paragraphe précédent peut le laisser croire puisque, en humidifiant l'air, on prévient l'accumulation des charges. En fait, ce qui se passe, est que l'air humide mouille les surfaces et, surtout, augmente le contenu en eau des matériaux. Ce sont eux qui, rendus plus conducteurs préviennent l'accumulation des charges.
L'effet de l'humidité de l'air n'est que de rendre les matériaux partiellement conducteurs de l'électricité.
Le lecteur aura sans doute remarqué que certains tissus fraîchement lavés causent des problèmes d'électricité statique. Avec le temps, les problèmes disparaissent même si l'air est toujours sec. Cela vient du fait qu'un matériau devient sale à cause de l'air et de la sueur. On ajoute ainsi des matières polluantes sur le tissu et il devient moins bon isolant.
...
Les problèmes causés par l'électricité statique peuvent aller du simple inconvénient mineur à la conflagration. Ainsi le niveau de prévention sera fonction des conséquences et du coût. Dans plusieurs cas, on pourra accepter le problème sans rien faire pour le corriger. Dans le cas d'atmosphères possiblement explosives, il faudra prendre des moyens multiples et extrêmes, peu importe le coût. Évidemment, dans ce dernier exemple, la première solution est d'éviter le danger d'explosion par la ventilation des lieux. Si cela ne peut être fait, il faut réduire le plus possible le volume où le danger existe et réduire celui-ci au strict minimum.
Une façon de réduire les problèmes d'électricité statique est de rendre les matériaux conducteurs en les rendant humides. Généralement un niveau d'humidité relative de 70% élimine le problème. Dans certains cas, un niveau de 50% est suffisant. Dans d'autre cas, avec le Teflon et d'autres plastiques, l'eau n'est pas absorbée et on ne peut se fier qu'à l'humidité de surface. Certains de ces matériaux sont encore isolants même à des niveaux d'humidité de 90% et plus. Dépendant des circonstances, on pourra humidifier toute la pièce ou, encore, un simple jet de vapeur d'eau près de l'endroit à protéger. Cette vapeur peut provenir d'un plat d'eau bouillante. Il va de soi que, dans certaines circonstances, un haut pourcentage d'humidité n'est pas acceptable.
Une autre façon de remédier au problème est de rendre le matériau ou sa surface partiellement conductrice. Le matériau peut être rendu plus conducteur par l'ajout de fibres de métal ou des particules de carbone distribuées dans le matériau. On peut aussi traiter la surface pour la rendre plus conductrice. Cette méthode peut bien ne pas être acceptable car le produit est ainsi modifié. On aura noté que cette solution est de même nature que la précédente. Rappelons que les charges électrostatiques sont en très faible quantité et que la moindre conductivité est suffisante pour résoudre le problème.
Pour éviter les charges sur les systèmes, il suffit de rendre l'air un peu conducteur de l'électricité. Pour ce faire, on a qu'à produire des ions. Cela correspond à dissocier les molécules de sorte qu'on se retrouve avec des électrons libres et des molécules chargées positivement.
La question est abondamment traitée sur internet, avec diverd conseils :
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