Loi d'Ohm (encore !)

Une phrase courante entendue en référence à la sécurité électrique ressemble à ceci :"Ce n'est pas la tension qui tue, c'est actuel ! « Bien qu'il y ait une part de vérité à cela, il y a plus à comprendre sur le risque de choc que ce simple adage. Si la tension ne présentait aucun danger, personne n'imprimerait et n'afficherait jamais de panneaux indiquant :DANGER – HAUTE TENSION !

Le principe selon lequel « le courant tue » est essentiellement correct. C'est le courant électrique qui brûle les tissus, gèle les muscles et fibrille les cœurs. Cependant, le courant électrique ne se produit pas tout seul :il doit y avoir une tension disponible pour motiver le courant à traverser une victime. Le corps d'une personne présente également une résistance au courant, ce qui doit être pris en compte.

En prenant la loi d'Ohm pour la tension, le courant et la résistance, et en l'exprimant en termes de courant pour une tension et une résistance données, nous avons cette équation :

La quantité de courant à travers un corps est égale à la quantité de tension appliquée entre deux points de ce corps, divisée par la résistance électrique offerte par le corps entre ces deux points. De toute évidence, plus il y a de tension disponible pour faire circuler le courant, plus il passera facilement à travers une quantité donnée de résistance.

D'où le danger d'une haute tension qui peut générer suffisamment de courant pour causer des blessures ou la mort. Inversement, si un corps présente une résistance plus élevée, moins de courant circulera pour une quantité donnée de tension. La quantité de tension dangereuse dépend de la résistance totale présente dans le circuit pour s'opposer au passage du courant électrique.

La résistance du corps n'est pas une quantité fixe. Cela varie d'une personne à l'autre et d'une fois à l'autre. Il existe même une technique de mesure de la graisse corporelle basée sur une mesure de la résistance électrique entre les orteils et les doigts d'une personne.

Des pourcentages différents de graisse corporelle fournissent différentes résistances :une variable affectant la résistance électrique dans le corps humain. Pour que la technique fonctionne avec précision, la personne doit réguler son apport hydrique pendant plusieurs heures avant le test, indiquant que l'hydratation du corps est un autre facteur ayant un impact sur la résistance électrique du corps.

La résistance du corps varie également en fonction du mode de contact avec la peau :main à main, main à pied, pied à pied, main à coude, etc. La sueur, étant riche en sel et minéraux, est un excellent conducteur d'électricité pour être un liquide. Il en va de même pour le sang avec sa teneur tout aussi élevée en produits chimiques conducteurs.

Ainsi, le contact avec un fil fait par une main moite ou une plaie ouverte offrira beaucoup moins de résistance au courant qu'un contact fait par une peau propre et sèche.

En mesurant la résistance électrique avec un compteur sensible, je mesure environ 1 million d'ohms de résistance (1 MΩ) sur mes mains en tenant les sondes métalliques du compteur entre mes doigts. Le compteur indique moins de résistance lorsque j'ai pressé fermement les sondes et plus de résistance lorsque je les tiens de manière lâche.

Assis ici devant mon ordinateur, tapant ces mots, mes mains sont propres et sèches. Si je travaillais dans un environnement industriel chaud et sale, la résistance entre mes mains serait probablement beaucoup moins, présentant moins d'opposition au courant mortel et une plus grande menace de choc électrique.

Combien de courant électrique est nocif ?

La réponse à cette question dépend également de plusieurs facteurs. La chimie du corps individuel a un impact significatif sur la façon dont le courant électrique affecte un individu. Certaines personnes sont très sensibles au courant, éprouvant des contractions musculaires involontaires avec des chocs dus à l'électricité statique.

D'autres peuvent tirer de grosses étincelles en déchargeant de l'électricité statique et la ressentir à peine, et encore moins ressentir un spasme musculaire. Malgré ces différences, des lignes directrices approximatives ont été élaborées grâce à des tests qui indiquent que très peu de courant est nécessaire pour manifester des effets nocifs (à nouveau, voir la fin du chapitre pour plus d'informations sur la source de ces données).

Tous les chiffres actuels sont donnés en milliampères (un milliampère équivaut à 1/1000 d'ampère) :

Un tableau des effets de l'électricité sur le corps

"Hz" correspond à l'unité Hertz . C'est la mesure de la rapidité avec laquelle le courant alternatif alterne, autrement connu sous le nom de fréquence . Ainsi, la colonne de chiffres intitulée « 60 Hz AC » fait référence à un courant qui alterne à une fréquence de 60 cycles (1 cycle =période de temps où le courant circule dans un sens, puis dans l'autre) par seconde.

La dernière colonne, intitulée « 10 kHz CA », fait référence au courant alternatif qui effectue dix mille (10 000) cycles d'aller-retour à chaque seconde.

Gardez à l'esprit que ces chiffres ne sont qu'approximatifs, car les personnes ayant une chimie corporelle différente peuvent réagir différemment. Il a été suggéré qu'un courant traversant la poitrine de seulement 17 milliampères CA est suffisant pour induire une fibrillation chez un sujet humain dans certaines conditions. La plupart de nos données concernant la fibrillation induite proviennent d'expérimentations animales. De toute évidence, il n'est pas pratique d'effectuer des tests de fibrillation ventriculaire induite sur des sujets humains, les données disponibles sont donc fragmentaires.

Oh, et au cas où vous vous poseriez la question, je ne sais pas pourquoi les femmes ont tendance à être plus sensibles aux courants électriques que les hommes ! Supposons que je place mes mains sur les bornes d'une source de tension alternative à 60 Hz (60 cycles par seconde). Quelle tension serait nécessaire sur cette peau propre et sèche pour produire un courant de 20 milliampères (assez pour que je ne puisse plus lâcher la source de tension) ? Nous pouvons utiliser la loi d'Ohm pour déterminer ceci :

E =IR E =(20 mA) (1 MΩ) E =20 000 volts, ou 20 kV

Gardez à l'esprit qu'il s'agit d'un scénario du « meilleur des cas » (peau propre et sèche) du point de vue de la sécurité électrique et que ce chiffre pour la tension représente la quantité nécessaire pour induire le tétanos. Il en faudrait bien moins pour provoquer un choc douloureux ! N'oubliez pas non plus que les effets physiologiques d'une quantité particulière de courant peuvent varier considérablement d'une personne à l'autre et que ces calculs ne sont que des estimations approximatives .

Avec de l'eau saupoudrée sur mes doigts pour simuler la transpiration, j'ai pu mesurer une résistance main à main de seulement 17 000 ohms (17 kΩ). Gardez à l'esprit que ce n'est qu'avec un doigt de chaque main en contact avec un fil métallique mince. En recalculant la tension nécessaire pour provoquer un courant de 20 milliampères, on obtient ce chiffre :

E =IR E =(20 mA)(17 kΩ) E =340 volts

Dans cette condition réaliste, il ne faudrait que 340 volts de potentiel d'une de mes mains à l'autre pour provoquer 20 milliampères de courant. Cependant, il est toujours possible de recevoir un choc mortel d'une tension inférieure à celle-ci. Fourni une figure de résistance corporelle beaucoup plus basse augmentée par le contact avec un anneau (une bande d'or enroulée autour de la circonférence de son doigt fait un excellent point de contact pour un choc électrique) ou un contact total avec un gros objet métallique tel qu'un tuyau ou la poignée métallique d'un outil, le chiffre de résistance du corps peut chuter jusqu'à 1 000 ohms (1 kΩ), ce qui permet à une tension encore plus faible de présenter un potentiel danger.

E =IR E =(20 mA) (1 kΩ) E =20 volts

Notez que dans cette condition, 20 volts suffisent pour produire un courant de 20 milliampères à travers une personne; assez pour provoquer le tétanos. N'oubliez pas qu'il a été suggéré qu'un courant de seulement 17 milliampères peut induire une fibrillation ventriculaire (cœur). Avec une résistance main à main de 1000 Ω, il ne faudrait que 17 volts pour créer cette condition dangereuse.

E =IR E =(17 mA)(1 kΩ) E =17 volts

Dix-sept volts, ce n'est pas beaucoup en ce qui concerne les systèmes électriques. Certes, il s'agit du « pire des cas » avec une tension alternative de 60 Hz et une excellente conductivité corporelle, mais cela montre à quel point la tension peut présenter une menace sérieuse dans certaines conditions.

Les conditions nécessaires pour produire 1 000 Ω de résistance corporelle ne doivent pas être aussi extrêmes que ce qui a été présenté (peau en sueur avec contact réalisé sur une bague en or). La résistance du corps peut diminuer avec l'application d'une tension (surtout si le tétanos oblige la victime à maintenir une prise plus serrée sur un conducteur) de sorte qu'avec une tension constante, un choc peut augmenter en sévérité après le premier contact.

Ce qui commence par un léger choc, juste assez pour « geler » une victime afin qu'elle ne puisse pas lâcher prise, peut dégénérer en quelque chose d'assez grave pour la tuer à mesure que la résistance de son corps diminue et que le courant augmente en conséquence.

La recherche a fourni un ensemble approximatif de chiffres pour la résistance électrique des points de contact humains dans différentes conditions (voir la fin du chapitre pour plus d'informations sur la source de ces données) :

• Fil touché au doigt :40 000  à 1 000 000 Ω sec, 4 000 Ω à 15 000 Ω humide.
• Le fil tenu à la main :15 000 à 50 000 sec, 3 000 Ω à 5 000 Ω humide.
• Pinces métalliques tenues à la main :5 000 Ω à 10 000 Ω sec, 1 000 Ω à 3 000 Ω humide.
• Contact avec la paume de la main :3 000 Ω à 8 000 sec, 1 000 Ω à 2 000 Ω humide.
• Tuyau métallique de 1,5 pouce saisi d'une seule main :1 000 Ω à 3 000 Ω sec, 500 Ω à 1 500 Ω humide.
• Tuyau métallique de 1,5 pouce saisi à deux mains :500  à 1 500 kΩ sec, 250 Ω à 750 Ω humide.
• Main immergée dans un liquide conducteur :200  à 500 Ω.
• Pied immergé dans un liquide conducteur :100  à 300 Ω.

Notez les valeurs de résistance des deux conditions impliquant un tuyau métallique de 1,5 pouce. La résistance mesurée avec deux mains saisissant le tuyau est exactement la moitié de la résistance d'une main saisissant le tuyau.

Avec deux mains, la zone de contact corporel est deux fois plus grande qu'avec une seule main. C'est une leçon importante à apprendre :la résistance électrique entre tous les objets en contact diminue avec l'augmentation de la surface de contact, tous les autres facteurs étant égaux. Avec deux mains tenant le tuyau, le courant en a deux, parallèles voies par lesquelles s'écouler du tuyau au corps (ou vice-versa).

Comme nous le verrons dans un chapitre ultérieur, parallèle les voies de circuit entraînent toujours une résistance globale inférieure à celle de n'importe quelle voie considérée seule.

Dans l'industrie, 30 volts sont généralement considérés comme une valeur seuil prudente pour une tension dangereuse. La personne prudente doit considérer toute tension supérieure à 30 volts comme menaçante et ne pas se fier à la résistance normale du corps pour se protéger des chocs. Cela étant dit, c'est toujours une excellente idée de garder les mains propres et sèches et d'enlever tous les bijoux en métal lorsque vous travaillez autour de l'électricité.

Même autour de tensions plus basses, les bijoux en métal peuvent présenter un danger en conduisant suffisamment de courant pour brûler la peau s'ils sont mis en contact entre deux points d'un circuit. Les anneaux métalliques, en particulier, ont été la cause de plus de quelques doigts brûlés en faisant le pont entre les points d'un circuit basse tension et haute intensité.

De plus, les tensions inférieures à 30 peuvent être dangereuses si elles sont suffisantes pour induire une sensation désagréable, ce qui peut vous faire sursauter et entrer accidentellement en contact avec une tension plus élevée ou un autre danger. Je me souviens avoir travaillé une fois sur une automobile par une chaude journée d'été.

Je portais un short, ma jambe nue touchant le pare-chocs chromé du véhicule alors que je resserre les connexions de la batterie. Lorsque j'ai touché ma clé en métal sur le côté positif (non mis à la terre) de la batterie de 12 volts, je pouvais ressentir une sensation de picotement au point où ma jambe touchait le pare-chocs. La combinaison d'un contact ferme avec le métal et ma peau moite a permis de ressentir un choc avec seulement 12 volts de potentiel électrique.

Heureusement, rien de grave ne s'est produit, mais si le moteur avait tourné et que le choc avait été ressenti sur ma main au lieu de ma jambe, j'aurais peut-être poussé mon bras par réflexe dans la trajectoire du ventilateur en rotation ou laissé tomber la clé en métal sur les bornes de la batterie (produisant grand quantités de courant à travers la clé avec beaucoup d'étincelles d'accompagnement).

Ceci illustre une autre leçon importante concernant la sécurité électrique; ce courant électrique lui-même peut être une cause indirecte de blessure en vous faisant sauter ou spasmer des parties de votre corps en danger.

Le chemin parcouru par le courant à travers le corps humain fait une différence quant à sa nocivité. Le courant affectera tous les muscles qui se trouvent sur son chemin, et puisque les muscles du cœur et des poumons (diaphragme) sont probablement les plus essentiels à la survie, les chemins de choc traversant la poitrine sont les plus dangereux. Cela fait du chemin du courant de choc main à main un mode très probable de blessure et de décès.

Pour se prémunir d'un tel événement, il est conseillé de n'utiliser qu'une seule main pour travailler sur des circuits sous tension de tension dangereuse, en gardant l'autre main rentrée dans une poche afin de ne rien toucher accidentellement. Bien sûr, c'est toujours plus sûr de travailler sur un circuit lorsqu'il n'est pas alimenté, mais ce n'est pas toujours pratique ou possible.

Pour le travail à une main, la main droite est généralement préférée à la gauche pour deux raisons :la plupart des gens sont droitiers (donc une coordination supplémentaire lors du travail) et le cœur est généralement situé à gauche du centre dans la cavité thoracique.

Pour ceux qui sont gauchers, ce conseil n'est peut-être pas le meilleur. Si une telle personne n'est pas suffisamment coordonnée avec sa main droite, elle peut se mettre en plus grand danger en utilisant la main avec laquelle elle est le moins à l'aise, même si le courant de choc à travers cette main peut présenter plus de danger pour son cœur. Le risque relatif entre le choc d'une main ou de l'autre est probablement inférieur au risque de travailler avec une coordination moins qu'optimale, de sorte que le choix de la main avec laquelle travailler est mieux laissé à l'individu.

La meilleure protection contre les chocs d'un circuit sous tension est la résistance, et une résistance peut être ajoutée au corps grâce à l'utilisation d'outils, de gants, de bottes et d'autres équipements isolés. Le courant dans un circuit est une fonction de la tension disponible divisée par le total résistance dans le trajet de l'écoulement. Comme nous le verrons plus en détail plus loin dans ce livre, les résistances ont un effet additif lorsqu'elles sont empilées de sorte qu'il n'y a qu'un seul chemin pour le courant :

Nous allons maintenant voir un circuit équivalent pour une personne portant des gants et des bottes isolants :

Parce que le courant électrique doit traverser le coffre et le corps et le gant pour boucler son circuit retour à la batterie, le total combiné (somme ) de ces résistances s'oppose au passage du courant dans une plus grande mesure que n'importe laquelle des résistances considérées individuellement.

La sécurité est l'une des raisons pour lesquelles les fils électriques sont généralement recouverts d'un isolant en plastique ou en caoutchouc :pour augmenter considérablement la résistance entre le conducteur et quiconque ou quoi que ce soit pourrait le contacter.

Malheureusement, il serait d'un coût prohibitif d'enfermer les conducteurs de lignes électriques avec une isolation insuffisante pour assurer la sécurité en cas de contact accidentel. La sécurité est donc maintenue en gardant ces lignes suffisamment hors de portée pour que personne ne puisse les toucher accidentellement.

AVIS :

• Les dommages corporels sont fonction de la quantité de courant de choc. Une tension plus élevée permet la production de courants plus élevés et plus dangereux. La résistance s'oppose au courant, faisant de la résistance élevée une bonne mesure de protection contre les chocs.
• Toute tension supérieure à 30 est généralement considérée comme capable de fournir des courants de choc dangereux.
• Les bijoux en métal sont définitivement mauvais à porter lorsque l'on travaille autour de circuits électriques. Les bagues, bracelets de montre, colliers, bracelets et autres parures de ce type offrent un excellent contact électrique avec votre corps et peuvent conduire suffisamment de courant pour provoquer des brûlures de la peau, même avec de faibles tensions.
• Les basses tensions peuvent toujours être dangereuses même si elles sont trop basses pour causer directement des blessures par électrocution. Ils peuvent suffire à surprendre la victime, la faisant reculer et entrer en contact avec quelque chose de plus dangereux à proximité.
• Lorsqu'il est nécessaire de travailler sur un circuit « sous tension », il est préférable d'effectuer le travail d'une seule main afin d'éviter un passage de courant de choc mortel au corps à corps (à travers la poitrine).

N'oubliez pas de consulter notre calculateur de la loi d'Ohm.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail sur la pratique du droit d'Ohm avec feuille de travail sur les réponses
• Feuille de travail sur la substitution algébrique des circuits électriques