Annexe C – (informative) – Prises de terre

NF C 15-100
Partie 5-54
Annexe C – (informative) – Prises de terre
1 – Généralités
La résistance d'une prise de terre dépend de ses dimensions, de sa forme et de la résistivité du
terrain dans lequel elle est établie. Cette résistivité est souvent variable d'un point de terrain à
l'autre, et elle varie aussi en profondeur.
Il est rappelé que la résistivité d'un terrain s'exprime en Ω .m : c'est numériquement la résistance
en ohms d'un cylindre de terrain de 1 m² de section et 1 m de longueur.
L'aspect superficiel du sol et sa végétation peuvent donner des indications sur le caractère plus
ou moins favorable d'un terrain à l'établissement des prises de terre. Les mesures sur prises de
terre déjà réalisées en terrains analogues donnent de meilleures indications.
La résistivité d'un terrain dépend de son taux d'humidité et de la température, lesquels varient
suivant les saisons. Le taux d'humidité est lui-même influencé par la granulation du terrain et sa
porosité. En pratique, la résistivité d'un terrain augmente lorsque le taux d'humidité diminue.
Les couches des sous-sols parcourues par des courants d'eau, comme on en trouve au
voisinage des rivières, ne conviennent que rarement à l'établissement des prises de terre. Ces
couches sont en effet formées de terrains caillouteux très perméables, délavés par une eau ellemême purifiée par filtration naturelle et présentant de grandes résistivités. Il faudrait alors les
traverser par des piquets profonds pour chercher en dessous des terrains meilleurs conducteurs
s'ils existent.
Le gel augmente considérablement la résistivité des terrains, qui peut atteindre plusieurs milliers
d' Ω .m dans la couche gelée ; la profondeur de cette couche peut descendre à un mètre dans
certaines régions.
La sécheresse augmente également la résistivité des terrains, les effets de la dessiccation
pouvant se faire sentir dans certains cas jusqu'à une profondeur de plus de 2 mètres : les
valeurs atteintes par la résistivité sont alors du même ordre qu'en cas de gel.
2 – Résistivité des terrains
Le tableau C.54A donne, à titre d'information, des valeurs de résistivité pour un certain nombre
de terrains. Ces valeurs ont été rassemblées d'après certains documents publiés en France et à
l'Etranger.
Le tableau C.54B montre que la résistivité peut, pour une même nature du terrain, varier dans de
larges proportions.
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Tableau C.54A
NATURE DU TERRAIN
RÉSISTIVITÉ
(en Ω.m)
Terrains marécageux ...............................................................
Limon........................................................................................
Humus ......................................................................................
Tourbe humide .........................................................................
de quelques unités à 30
20 à 100
10 à 150
5 à 100
Argile plastique .........................................................................
Marnes et argiles compactes....................................................
Marnes du jurassique ...............................................................
50
100 à 200
30 à 40
Sable argileux...........................................................................
Sable silicieux...........................................................................
Sol pierreux nu .........................................................................
Sol pierreux recouvert de gazon...............................................
50 à 500
200 à 3 000
1 500 à 3 000
300 à 500
Calcaires tendres......................................................................
Calcaires compacts ..................................................................
Calcaires fissurés .....................................................................
Schistes ....................................................................................
Micaschistes .............................................................................
100 à 300
1 000 à 5 000
500 à 1 000
50 à 300
800
Granits et grès suivant altération..............................................
Granits et grès très altérés .......................................................
1 500 à 10 000
100 à 600
Pour permettre une première approximation de la résistance d'une prise de terre, les calculs
peuvent être effectués en utilisant les valeurs moyennes indiquées dans le tableau C.54B.
Il est bien entendu que les calculs effectués à partir de ces valeurs ne donnent qu'une valeur
très approximative de la résistance d'une prise de terre. La mesure de la résistance de cette
prise de terre peut permettre, par application des formules données en 3, d'estimer la valeur
moyenne locale de la résistivité d'un terrain, la connaissance de cette valeur peut être utile pour
des travaux ultérieurs effectués dans des conditions analogues.
Tableau C.54B
NATURE DU TERRAIN
VALEUR MOYENNE
DE LA RÉSISTIVITÉ
(en Ω.m)
Terrains arables gras, remblais compacts humides......................................
50
Terrains arables maigres, gravier, remblais grossiers ..................................
500
Sols pierreux nus, sable sec, roches imperméables .....................................
3 000
3 - Prises de terre spécialement établies
3.1 - Eléments constitutifs
Les prises de terre spécialement établies sont réalisées à l'aide d'éléments enterrés dans le sol
et qui sont en acier convenablement galvanisé à chaud, en acier enrobé de cuivre parfaitement
adhérent, ou en cuivre nu. Des raccords entre des métaux de nature différente ne doivent pas
se trouver en contact avec le sol.
Sauf étude particulière, les métaux légers ne sont pas admis.
Les épaisseurs et diamètres minimaux des éléments indiqués ci-après tiennent compte des
risques habituels de détérioration mécanique et chimique. Toutefois, ces dimensions peuvent
être insuffisantes, notamment lorsque des risques de corrosion importants sont à craindre.
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Des risques de corrosion particulièrement importants sont à craindre dans des terrains
parcourus par des courants vagabonds, par exemple courants de retour de traction à courant
continu. Dans de tels cas, des précautions spéciales sont nécessaires.
Les prises de terre sont enfouies dans la mesure du possible dans les parties les plus humides
du terrain disponible. Elles doivent être tenues à distance des dépôts ou infiltrations pouvant les
corroder (fumier, purin, produits chimiques, coke, etc.) et être installées si possible en dehors
des endroits très passagers.
3.2 - Établissement des prises de terre
a) Conducteurs enfouis horizontalement. - Ces conducteurs peuvent être :
-
des conducteurs massifs ou câblés, en cuivre nu ou recouverts d'une gaine de plomb, d'au
moins 25 mm² de section ;
-
des feuillards en cuivre d'au moins 25 mm² de section et 2 mm d'épaisseur ;
-
des feuillards en acier doux galvanisé d'au moins 100 mm² de section et 3 mm d'épaisseur
noyés dans le béton de propreté des fondations du bâtiment ;
-
des câbles en acier galvanisé d'au moins 95 mm² de section d'épaisseur noyés dans le
béton de propreté des fondations du bâtiment.
Les câbles en fils fins (tresses) sont déconseillés.
La résistance R (en ohms) d'une prise de terre réalisée par un conducteur enfoui
horizontalement, peut être calculée approximativement par la formule.
R=
2
L
dans laquelle ρ est la résistivité du terrain (en ohms.mètres), L la longueur de la tranchée
occupée par le conducteur (en mètres).
Il est à noter que la pose d'un conducteur en tracé sinueux dans la tranchée n'améliore pas
sensiblement la résistance de la prise de terre.
En pratique, ces conducteurs sont disposés de deux manières :
-
boucles à fond de fouille des bâtiments : ces prises de terre sont constituées par un
ceinturage à fond de fouille intéressant le périmètre du bâtiment.
La longueur L à prendre en considération est le périmètre du bâtiment.
-
tranchées horizontales : les conducteurs sont enfouis à une profondeur d'environ 1 mètre
dans des tranchées creusées à cet effet.
Les tranchées ne doivent pas être remplies avec des cailloux, du mâchefer ou des matériaux
analogues, mais de préférence par de la terre susceptible de retenir l'humidité.
b) Plaques minces enterrées. En pratique, on utilise des plaques rectangulaires de 0, 5 m x 1 m
ou des plaques carrées de 1 m de côté, enfouies verticalement de sorte que le centre de la
plaque se trouve à une profondeur d'environ 1 mètre.
Les plaques ont une épaisseur d'au moins 2 mm si elles sont en cuivre et d'au moins 3 mm si
elles sont en acier galvanisé.
Pour assurer un meilleur contact des deux faces avec le sol, les plaques pleines sont de
préférence disposées verticalement.
La résistance d'une prise de terre constituée par une plaque enterrée à une profondeur
suffisante est approximativement égale à :
R = 0,8
L
où ρ est la résistivité du terrain, en ohms.mètres, et L le périmètre de la plaque en mètres.
c) Piquets verticaux - Les piquets verticaux sont constitués de :
-
tubes en acier galvanisé d'au moins 25 mm de diamètre extérieur ;
-
profilés en acier doux galvanisé d'au moins 60 mm de côté ;
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barres en cuivre ou en acier d'au moins 15 mm de diamètre ; dans le cas de barres en acier,
elles sont soit recouvertes d'une couche protectrice adhérente de cuivre d'épaisseur
appropriée, soit galvanisées.
La résistance R (en ohms) de la prise de terre constituée par un piquet vertical est
approximativement égale à :
R=
L
où ρ est la résistivité du terrain (en ohms.mètres), et L la longueur du piquet (en mètres).
Lorsque des risques de gel ou de sécheresse sont à craindre, les longueurs de piquets doivent
être augmentées de 1 m ou de 2 m.
Il est possible de diminuer la valeur de la résistance de la prise de terre en disposant plusieurs
piquets verticaux reliés en parallèle et éloignés d'au moins leur longueur en cas de deux piquets
et davantage s'il y en a plus.
L'attention est appelée sur le fait que, dans le cas de grandes longueurs de piquets, les sols
sont rarement homogènes ; les piquets de grande longueur peuvent permettre d'atteindre des
couches de terrain de faible résistivité lorsqu'il en existe.
4 - Prises de terre de fait
Les piliers métalliques interconnectés par une structure métallique et enterrés à une certaine
profondeur dans le sol, peuvent être utilisés comme prises de terre.
La résistance R (en ohms) de la prise de terre constituée par un pilier métallique enterré est
égale à :
R = 0,366
L
log10
3L
d
L
étant la longueur enterrée du pilier en mètres,
d
étant le diamètre du cylindre circonscrit au pilier, en mètres,
ρ
étant la résistivité du terrain en ohms.mètres.
Un ensemble de piliers interconnectés répartis sur le pourtour d'un bâtiment présente une
résistance du même ordre que celle de la boucle à fond de fouille.
L'enrobage éventuel de béton ne s'oppose pas à l'utilisation de piliers comme prises de terre et
ne modifie pas sensiblement la valeur de la résistance de la prise de terre.
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