Analyse comparative des mises à la terre aux USA et dans divers

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 6
3.1 Objectif .............................. 6
3.2 Prisedeterre ........................... 7
3.3 Le dispositif différentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.4 Les différentes configurations de mises à la terre . . . . . . . . 12
3.4.1 La configuration TT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.4.2 La configuration TN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.4.3 La configuration IT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.5 Comparaison des différentes configurations . . . . . . . . . . . 19
3.5.1 Caractéristiques techniques . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.5.2 Choix du type d’installation . . . . . . . . . . . . . . . 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 30
7.1 Synthèse d’extraits du RGIE (Belgique) . . . . . . . . . . . . 30
7.1.1 Tension de sécurité (articles 31 et 32) . . . . . . . . . 30
7.1.2 Classes du matériel électrique (article 30) . . . . . . . 30
7.1.3 Liaisons équipotentielles (articles 72 et 73) . . . . . . . 31
7.1.4 La prise de terre (articles 69, 70 et 71) . . . . . . . . . 31
7.1.5 Les différents schémas (article 79) . . . . . . . . . . . . 32
7.2 Synthèse d’extraits du NEC (USA) . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.2.1 NEC250-23........................ 32
7.2.2 NEC250-26........................ 32
7.2.3 NEC250-51........................ 33
7.2.4 NEC250-54........................ 33
7.2.5 NEC250-81........................ 33
7.2.6 NEC250-83........................ 34
7.2.7 NEC250-91........................ 34
7.2.8 Remarque......................... 34
7.3 Mesures personnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2

8 Références 36
3

1 Introduction
Le Québec, où près de trois maisons sur quatre sont chauffées à l’élec-
tricité 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 magné-
tiques [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 expli-
quer 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’hy-
pothèse 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’expo-
sition 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, ex-
primé 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’induc-
tion magnétiques.
4

Ils peuvent produire deux types d’effets :
– Les effets directs résultant d’un couplage direct entre le champ d’induc-
tion 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 per-
sonne 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 générale-
ment 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 ac-
cumulation 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 chaus-
sures.
Pour juger de l’état de dangerosité d’un courant, c’est la valeur la quan-
tité 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 approxima-
tivement 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 long-
temps, 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, ...).
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