1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6

C
HAPITRE
1 P
RINCIPES D
’
ÉLECTRICITÉ
1.2 Mécanique automobile Module 9
Introduction
Ce chapitre présente la théorie de l’électricité. Il renferme des connaissances essentielles autant
pour la compréhension du phénomène qu’est l’électricité que pour celle de ses nombreuses appli-
cations. Dans les automobiles modernes, l’électricité prend une place de plus en plus grande, de-
venant presque aussi importante que l’essence. S’il est possible d’utiliser divers carburants pour
alimenter le moteur, l’électricité demeure la seule source d’énergie capable d’allumer les phares ou
d’actionner le démarreur. Sans électricité, l’automobile devient une masse métallique tout juste
bonne à descendre les côtes!
Aujourd’hui, réaliser une tâche en mécanique automobile sans compétences en électricité devient
pratiquement impossible. Dans ce chapitre, divisé en trois sections, vous étudierez la nature et les
propriétés de l’électricité, la réaction chimique à la base du fonctionnement de la batterie d’accu-
mulateurs et les unités de mesure utilisées.
Que le démarreur transforme l’électricité en énergie mécanique, le système d’éclairage, en énergie
lumineuse ou la bobine d’allumage, en haute tension, la nature et les propriétés de l’électricité
demeurent identiques.
Pour bien comprendre le phénomène qu’est l’électricité, il faut d’abord revenir à la base, soit à la
structure même de la matière. Dans cette section, vous étudierez la structure atomique des élé-
ments et son importance tant sur la conductibilité que sur la nature de l’électricité.
D
ÉFINITION DE L
’
ÉLECTRICITÉ
On définit habituellement l’électricité comme un transfert d’électrons d’un atome à un autre à
l’intérieur d’un conducteur. L’électricité n’est donc pas une « chose » nouvelle à créer, elle existe
partout à l’état latent. Pour bien comprendre cette définition, il faut d’abord connaître la significa-
tion des mots « électron », « atome » et « conducteur ». La description de la structure atomique des
éléments fournit ces explications.
S
TRUCTURE ATOMIQUE DES ÉLÉMENTS
Toute la matière présente dans la nature se compose de molécules, elles-mêmes constituées d’ato-
mes. L’atome (figure 1.1) est la plus petite particule d’un élément qui en conserve toutes les pro-
priétés. L’atome se compose essentiellement de neutrons, de protons et d’électrons. En électricité,
deux de ces particules élémentaires possédent une importance marquée : les protons et les élec-
trons .
;
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1.1 NATURE ET PROPRIÉTÉS DE L’ÉLECTRICITÉ

P
RINCIPES D
’
ÉLECTRICITÉ
C
HAPITRE
1
Module 9 Mécanique automobile 1.3
Au centre de l’atome, on trouve le noyau , composé d’un certain nombre de particules : les pro-
tons et les neutrons . Les protons ont une charge électrique positive (+); ils forment donc avec les
neutrons le noyau de l’atome. Les neutrons, situés entre les protons, sont électriquement neutres ;
ils assurent la cohésion du noyau. Les électrons gravitent sur différentes orbites circulaires dispo-
sées autour du noyau; les électrons ont une charge électrique négative (–). Le terme « polarité »
sert également à identifier les charges.
Les électrons gravitant sur les orbites intérieures sont appelés électrons liés. Le terme « lié » signifie
ici que le noyau exerce une forte attraction sur ces électrons. Les électrons gravitant sur l’orbite ex-
térieure, dite de valence, portent le nom d’électrons de valence. L’expression « électrons libres »
sert aussi à identifier ces électrons, car ils peuvent facilement quitter leur orbite et passer d’un
atome à l’autre. Les électrons de l’orbite de valence sont les seuls impliqués dans les réactions chi-
miques et les courants électriques.
Tous les éléments connus composant l’Univers sont classés d’après le nombre de protons et d’élec-
trons qui les constituent. Ces éléments sont regroupés et classifiés dans un tableau appelé tableau
périodique des éléments , lequel sert surtout en physique et en chimie. La figure 1.2 présente le
tableau périodique des éléments. Les éléments y sont ordonnés selon leur numéro atomique; ce-
lui-ci correspond au nombre d’électrons et de protons.
Figure 1.1 Principaux composants d’un atome de sodium (Ford)

C
HAPITRE
1 P
RINCIPES D
’
ÉLECTRICITÉ
1.4 Mécanique automobile Module 9
Figure 1.2 Tableau périodique des éléments
1H
Hydro-
gène
1,01
3Li
Lithium
6,94
4Be
Béryllium
9,01
11
Na
Sodium
22,99
12
Mg
Magné-
sium
24,30
19K
39,10
Potassium
20
Ca
Calcium
40,10
37
Rb
Rubidium
85,47
38
Sr
Strontium
87,62
55
Cs
Césium
132,90
56
Ba
Baryum
137,34
87
Fr
Francium
(223)
88
Ra
Radium
226,02
89-110
Actinides
57-71
Lantha-
nides
21
Sc
Scandium
44,96
39Y
Yttrium
88,90
22
Ti
Titane
47,90
40
Zr
Zirconium
91,22
72
Hf
Hafnium
178,50
23V
Vanadium
50,94
41
Nb
Niobium
92,91
24
Cr
Chrome
52,00
42
Mo
Molyb-
dène
95,94
73
Ta
Tantale
180,95
74
W
183,90
Tungstène
25
Mn
Manga-
nèse
54,93
43
Tc
Techné-
tium
(98)
75
Re
Rhénium
186,20
26
Fe
Fer
55,85
44
Ru
Ruthé-
nium
101,10
76
Os
Osmium
190,20
27
Co
Cobalt
58,93
45
Rh
Rhodium
102,91
77Ir
Iridium
192,22
78
Pt
Platine
195,10
46
Pd
Palladium
106,40
28
Ni
Nickel
58,70
29
Cu
Cuivre
63,55
47
Ag
Argent
107,90
79
Au
Or
197,00
30
Zn
Zinc
65,40
31
Ga
Gallium
69,72
49
In
Indium
114,82
48
Cd
Cadmium
112,41
80
Hg
Mercure
200,60
81
Tl
Thallium
204,40
32
50
Sn
Étain
118,70
82
Pb
Plomb
207,20
83
Bi
Bismuth
209,00
84
Po
Polonium
(209)
52
Te
Tellure
127,60
51
Sb
Anti-
moine
121,80
33
As
Arsenic
74,92
34
Se
Sélénium
79,00
Ge
Germa-
nium
72,60
35
Br
Brome
79,90
36
Kr
Krypton
83,80
53 I
Iode
126,90
54
Xe
Xénon
131,30
85
At
Astate
(210)
86
Rn
Radon
(222)
5B
Bore
10,81
13
Al
Alumi-
nium
26,99
6
14Si
Silicium
28,09
16 S
Soufre
32,10
15P
Phos-
phore
30,97
7N
Azote
14,01
8O
Oxygène
16,00
C
Carbone
12,01
9F
Fluor
19,00
10
Ne
Néon
20,20
17Cl
Chlore
35,50
18
Ar
Argon
39,94
2He
Hélium
4,00
MÉTAUX NON-MÉTAUX GAZ RARES
TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS
Note : Le trait foncé en escalier sépare les métaux des non-métaux.
29
Cu
Cuivre
63,55
symbole
nom
masse atomique
numéro atomique

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RINCIPES D
’
ÉLECTRICITÉ
C
HAPITRE
1
Module 9 Mécanique automobile 1.5
Pour vous familiariser avec le tableau périodique, repérez le cuivre , dont le symbole est Cu . Le
nombre 29, inscrit au-dessus du symbole, indique qu’un atome de cuivre possède 29 électrons.
Un atome neutre , c’est-à-dire sans ajout ni retranchement d’électrons, compte toujours un nom-
bre égal d’électrons et de protons . On peut donc conclure que l’atome de cuivre possède aussi
29 protons. Le transfert d’électrons, soit l’addition et le retrait d’électrons de valence d’un atome à
un autre, est le fondement même de l’électricité.
La déstabilisation d’un atome due à l’addition
d’un électron sur l’orbite extérieure force cet
atome à expulser un électron (figure 1.3). À
titre d’exemple, l’ajout d’un électron à un
atome de cuivre augmente le nombre d’élec-
trons de 29 à 30. Comme le nombre de
protons demeure stable à 29, cet atome
devient déséquilibré, car il possède une
charge négative à cause du surplus d’électrons
(–) par rapport aux protons (+). On désigne
alors cet atome chargé négativement par l’ex-
pression ion négatif . Si on enlève un électron
(–) à un atome neutre, cet atome devient un
ion positif , puisqu’il compte plus de protons
(+) que d’électrons (–).
Ainsi, tous les transferts d’électrons et, par
conséquent, la production et la circulation d’électricité s’effectuent sur l’orbite de valence. C’est
donc sur ce plan que s’effectue la distinction entre un conducteur d’électricité et un isolant.
C
ONDUCTEURS ET CONDUCTIBILITÉ
La conductibilité électrique de la matière, soit son pouvoir de transporter l’électricité, varie selon
sa nature. Vous savez que la distinction entre un élément conducteur et un isolant provient essen-
tiellement de l’aptitude d’un élément à libérer ses électrons de valence. C’est habituellement le
nombre d’électrons sur l’orbite de valence qui détermine la capacité d’un atome de libérer facile-
ment ou difficilement ses électrons (figure 1.4). Moins l’orbite de valence compte d’électrons,
moins grande est l’énergie nécessaire pour les arracher de l’orbite. À titre d’exemple, le cuivre, qui
ne possède qu’un électron sur son orbite de valence, est un bien meilleur conducteur que le car-
bone, qui en compte quatre.
Figure 1.3 Transfert d'électrons d'un atome à l'autre (Ford)
Figure 1.4 Exemple de la structure atomique d’un conducteur, d’un semi-conducteur et d’un isolant (General Motors)

C
HAPITRE
1 P
RINCIPES D
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ÉLECTRICITÉ
1.6 Mécanique automobile Module 9
Autrement dit, le niveau d’énergie nécessaire pour arracher l’électron de valence d’un atome de
cuivre est inférieur à celui nécessaire dans le cas d’un atome de carbone. Il est donc possible d’af-
firmer qu’un conducteur possède un nombre réduit d’électrons de valence, et un isolant, un
nombre élevé. Habituellement, la distinction entre conducteur et isolant s’établit ainsi :
– Un conducteur possède moins de quatre électrons de valence.
– Un semi-conducteur possède quatre électrons de valence.
– Un isolant possède six électrons de valence et plus.
Les éléments les plus employés comme conducteurs dans les automobiles sont le cuivre (Cu),
pour la majorité des fils électriques, le fer (Fe), pour le châssis et la carrosserie, et l’aluminium
(Al), pour certains fils ou pièces du moteur. L’or est un excellent conducteur, mais son coût élevé
en limite l’usage à des circuits particulièrement sensibles. Les contacts du circuit de commande
des coussins gonflables sont habituellement plaqués or.
L’usage d’éléments semi-conducteurs augmente rapidement dans les automobiles. Ils entrent en
part importante dans la fabrication des composants des ordinateurs et des modules électroniques.
Des cristaux purs, tels le silicium, le germanium ou le sélénium, subissent un traitement chimique
pour développer les propriétés des semi-conducteurs.
Les isolants proviennent d’éléments dont le noyau de l’atome exerce une attraction si forte sur ses
électrons qu’il est théoriquement impossible de les arracher. Sans transfert d’électrons, pas de cir-
culation d’électricité. Les isolants servent à confiner l’électricité dans des espaces déterminés. À
titre d’exemple, la gaine qui entoure tous les conducteurs d’une automobile est fabriquée d’un
matériau isolant. En technologie des véhicules, les isolants les plus courants sont les plastiques
(chapeau d’allumeur), le caoutchouc (gaine des fils de bougies) et la porcelaine (isolant des bou-
gies d’allumage ou de préchauffage).