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Jacques PRIOT

L’électricité statique

L’électricité statique, cette énergie invisible et sournoise, se déclenche à notre insu lorsque l’on ne s’y attend pas et dans des situations non désirables.

L’électricité statique est présente partout dans notre vie personnelle et professionnelle, mais comment la gérer ?

Nous nous rappelons, lorsque nous étions enfants, d’avoir frotté une règle en plastique et de soulever un petit morceau de papier, mais aussi d’avoir eu ces picotements, lorsque l’on fait la bise à une amie, et ces décharges plus violentes au contact d’une poignée de porte ou lors de l’introduction d’une clef pour ouvrir une voiture.

Tous ces phénomènes sont dus à la présence de l’électricité statique (ES).

 

Les décharges d’électricité statique sont les causes d’incidents ou d’accidents dans tous les secteurs industriels. Elles peuvent provoquer :

  • des nuisances pour le personnel dans l’exécution de certains travaux, d’aspiration de poussières, d’enroulement de papier …
  • des accumulations de poussières sur des équipements,
  • des réactions incontrôlées,
  • des dysfonctionnements de matériel électrique ou électronique,
  • d’inflammations et d’explosions en atmosphères explosives.

 

Mais comment se forment et s’accumulent les charges électriques et comment s’effectuent les décharges de l’électricité statique ?

Simplement, l’électricité statique est l’accumulation de charges électriques (ions négatifs ou positifs) dans un matériau.

Ces charges s’accumulent dans un matériau conducteur qui n’est pas relié à la terre, ou dans un matériau non conducteur ou isolant. Effectivement dans un matériau non conducteur les charges sont fixées à l’intérieur de ce matériau et ne peuvent s’évacuer !

 

Qu’est-ce qu’un matériau conducteur ou isolant ?

Beaucoup se rappellent U=RI ou I= U/R, cela veut-dire que les charges électriques (courant I) circulent d’autant plus vite que la différence de potentiel est importante, mais surtout que la résistance est faible.

Et en « gros » le temps de décharge (ou de dissipation) à 95% est 3τ.

τ est une valeur intrinsèque du matériau où τ = R.C

R la résistance du matériau (Ohm en SI m2.kg.s3.A2) et C sa capacité. (Farad en SI m-2.kg.s4.A2)

R = ρ L/S

ρ : résistivité volumique du matériau (Ohm.m)

S : la section en m2

L la longueur en m

C=εr0 S/L

ε:  permittivité relative du matériau

ε: permittivité du vide = 8,85.10-12 F/m                                   τ ~ 10-11 ρ

 

Donc, pour obtenir une constante de temps de dissipation des charges inférieures à la milliseconde (10-3s), la résistivité du matériaux conducteur du point de vue de l’électricité statique devra être inférieure à 108 Ohm.m. Les matériaux isolants auront une résistivité supérieure 108 Ohm.m.

 

Matériaux conducteurs                            Matériaux isolants

10-2   10-1    101    102    103    104    105    106    107    108    109    1010    1011   1012   1013   1014   1015    1016         

                                                          

Comment se forme l’électricité statique ?

  • Par contact-séparation (frottement) entre deux matériaux différents dont l’un au moins est isolant.
  • Par transfert de charge ; un simple contact entre deux matériaux conducteurs dont l’un est chargé.
  • Par influence du fait que les charges de même signe se repoussent et que les charges de signes opposés s’attirent.

 

Quelles sont les substances qui peuvent se charger ?

  • Les matériaux solides conducteurs ou isolants.
  • Les liquides se chargent par écoulement dans les canalisations. Comme pour les solides, plus le liquide est isolant et plus long est le temps de relaxation.
  • Les matériaux granulaires en écoulement peuvent s’apparenter à un liquide isolant. Ce sont les particules par chocs entre-elles ou par frottement sur les parois qui génèrent les charges.
  • Par contre l’écoulement des gaz n’est pas générateur de charges électrostatiques. Seules les particules solides ou liquides (impuretés dans le gaz ou produites par détente) peuvent se charger.
  • Les personnes elles-mêmes peuvent également se charger. Une personne est conductrice du point de vue de l’électricité statique, sa résistance est de l’ordre de 102/103 Ohms. Elle se charge généralement elle-même par contact séparation en marchant, soit avec des semelles de chaussures isolantes soit sur un sol non conducteur.

 

Comment les charges se dissipent ou restent dans les matériaux ?

  • Le temps de dissipation est fonction du matériau, sa résistivité et sa permittivité, suivant la formule précitée.

 

Comment se décharge l’électricité statique ?

  • Par étincelle caractérisée par un éclat lumineux de forte intensité entre deux conducteurs.
  • En aigrette accompagnée d’un crépitement entre un matériau isolant et un conducteur relié à la terre.
  • Glissante de surface très énergétique, sur un matériau isolant  très fortement chargé, posé sur un conducteur relié à la terre (intérieur en téflon d’un mélangeur, d’un moule…),
  • En cône sur les parois d’un silo de céréales ou de farines,
  • De foudre.

 

Quelle est la distance disruptive dans l’air ?

Le champ disruptif ou champ électrique de claquage est évidemment fonction de la distance entre les deux matériaux conducteurs chargés.

Le champ disruptif est d’environ 3MV/m.

 

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