La Mise à la Terre Expliquée : Méthodes, Types et Directives d'Installation

Mise à la Terre – Composants, Méthodes et Types – Installation de Mise à la Terre Électrique

Mise à la terre, composants, méthodes, types, spécifications pour les installations électriques.

Qu'est-ce que la Mise à la Terre ?

Relier les parties métalliques (conductrices) d'un appareil ou installation électrique à la terre (masse) s'appelle mise à la terre.

En d'autres termes, connecter les parties métalliques de machines et appareils électriques à une plaque ou électrode de terre (enterrée dans le sol humide) via un fil conducteur épais (très faible résistance) pour la sécurité est connu comme mise à la terre.

Mettre à la terre signifie connecter les parties d'appareils électriques (revêtements métalliques, bornes de terre de prises, fils de hauban non porteurs de courant) à la terre. Cela peut aussi signifier relier le point neutre d'un système d'alimentation à la terre pour éviter ou minimiser les dangers lors de décharges d'énergie électrique.

• Article connexe : Différence entre Mise à la Terre, Masse et Liaison Équipotentielle

Bon à savoir

Différence entre Mise à la Terre, Masse et Liaison

Éclaircissons la confusion entre mise à la terre, masse et liaison.

Mise à la terre et Masse sont des termes synonymes. Masse (Grounding) est le terme courant dans les normes nord-américaines (IEEE, NEC, ANSI, UL), tandis que Mise à la terre (Earthing) est utilisé dans les pays européens, du Commonwealth et les normes britanniques (IS, IEC).

Le terme Liaison (Bonding) désigne le raccordement de deux fils (conducteurs, tuyaux, appareils). La liaison connecte les parties métalliques de machines différentes, non porteuses de courant en fonctionnement normal, pour les mettre au même potentiel électrique.

Pourquoi la Mise à la Terre est-elle Importante ?

Le but principal est d'éviter ou minimiser le risque d'électrocution, d'incendie par courant de fuite par chemin indésirable, et d'assurer que le potentiel d'un conducteur porteur de courant ne s'élève pas par rapport à la terre au-delà de son isolation conçue.

Lorsqu'une partie métallique d'un appareil (conductrice) entre en contact avec un fil sous tension (défaillance d'installation ou d'isolation), le métal se charge et accumule une charge statique. Si une personne touche ce métal chargé, le résultat est un choc violent.

Pour éviter cela, les systèmes d'alimentation et parties d'appareils doivent être mis à la terre pour transférer la charge directement à la terre. C'est pourquoi nous avons besoin de la mise à la terre électrique dans les systèmes d'installation.

Voici les besoins fondamentaux de la mise à la terre :

• Protéger les vies humaines et assurer la sécurité des appareils contre les courants de fuite.
• Maintenir la tension constante dans la phase saine (si défaut sur une phase).
• Protéger le système électrique et les bâtiments contre la foudre.
• Servir de conducteur de retour dans les systèmes de traction électrique et communication.
• Éviter le risque d'incendie dans les installations électriques.

Termes Différents Utilisés en Mise à la Terre Électrique

• Terre : La connexion correcte entre systèmes d'installation électrique via conducteur vers la plaque enterrée.
• Mis à la terre : Appareil ou système de câblage connecté à la terre via électrode de terre.
• Solidement mis à la terre : Connexion à l'électrode de terre sans fusible, disjoncteur ni résistance/impédance.
• Électrode de terre : Conducteur (ou plaque conductrice) enterré pour la mise à la terre. Formes variées : plaque, tige, tuyau métallique, tout conducteur à faible résistance.
• Conducteur de mise à la terre : Fil ou bande conductrice entre électrode de terre et système d'installation/appareils.
• Conducteur de continuité de terre : Fil reliant différents appareils (tableau de distribution, prises, etc.) ; entre conducteur de terre et appareil. Peut être tuyau métallique, gaine de câble, fil flexible.
• Conducteur de mise à la terre de sous-réseau : Fil entre tableau de répartition et tableau de distribution (circuits secondaires).
• Résistance de terre : Résistance totale entre électrode de terre et terre en Ω. Somme algébrique des résistances : conducteur de continuité, conducteur de terre, électrode et terre.

Points à Mettre à la Terre

La mise à la terre suit des règles précises. Selon règles IE et règlements IEE (Institute of Electrical Engineers) :

• La broche de terre des prises d'éclairage 3 broches et prises de puissance 4 broches doit être efficacement et permanentement mise à la terre.
• Tous les boîtiers métalliques ou revêtements contenant ou protégeant des lignes d'alimentation ou appareils (tuyaux GI, conduits gainant câbles VIR/PVC, interrupteurs blindés, tableaux de distribution blindés) doivent être mis à la terre.
• Le châssis de chaque générateur, moteurs stationnaires et parties métalliques de tous transformateurs pour contrôle d'énergie doivent être mis à la terre par deux connexions distinctes.
• Dans un système CC 3 fils, le conducteur central doit être mis à la terre à la centrale.
• Les haubans de lignes aériennes doivent être connectés à la terre en reliant au moins un brin aux fils de terre.

Article connexe : Test des composants électriques et électroniques avec multimètre

Composants du Système de Mise à la Terre

Un système complet de mise à la terre électrique comprend :

• Conducteur de continuité de terre
• Conducteur de mise à la terre
• Électrode de terre

Conducteur de Continuité de Terre ou Fil de Terre

Partie du système interconnectant l'ensemble des parties métalliques de l'installation : conduits, gaines, boîtes, enveloppes métalliques d'interrupteurs, tableaux, fusibles, dispositifs de régulation, parties métalliques de machines (moteurs, générateurs, transformateurs) et ossature métallique où sont installés appareils et composants.

La résistance du conducteur de continuité est très faible. Selon règles IEEE, la résistance entre borne de terre du consommateur et conducteur de continuité (au bout) ne doit pas dépasser 1Ω. En clair, résistance du fil de terre < 1Ω.

La taille du conducteur dépend de la section du câble utilisé dans le circuit de câblage.

Taille du Conducteur de Continuité de Terre

La section transversale du conducteur de continuité ne doit pas être inférieure à la moitié de la section du fil le plus épais utilisé dans l'installation de câblage électrique.

Généralement, le fil de cuivre nu utilisé comme conducteur de continuité est de 3 SWG. Ne pas utiliser moins de 14 SWG comme fil de terre. Une bande de cuivre peut aussi servir mais seulement sur recommandation du fabricant.

• Article connexe : Comment trouver la taille appropriée de câble et fil pour installation électrique ?

Conducteur de Mise à la Terre ou Jonction de Terre

Fil conducteur entre conducteur de continuité et électrode de terre ou plaque de terre. Le point de rencontre est le « point de connexion ».

Le conducteur de mise à la terre est la partie finale du système connectée à l'électrode (souterraine) via le point de connexion.

Il doit y avoir un minimum de jonctions, de section réduite et en ligne droite.

Généralement, du fil de cuivre sert de conducteur de mise à la terre, mais une bande de cuivre est utilisée pour les grosses installations car elle supporte des courants de défaut plus élevés grâce à sa plus grande section.

Un fil de cuivre dur nu peut aussi servir. Dans cette méthode, tous les conducteurs de terre sont connectés à un point commun (un ou plusieurs), puis le conducteur de mise à la terre relie l'électrode (plaque) au point de connexion.

Pour augmenter le facteur de sécurité, deux fils de cuivre sont utilisés comme conducteurs de mise à la terre pour relier le corps métallique de l'appareil à l'électrode ou plaque. Si deux électrodes sont utilisées, il y aura quatre conducteurs. Ce ne sont pas des chemins parallèles pour le courant de défaut ; les deux chemins doivent fonctionner correctement pour porter le courant de défaut, c'est important pour une meilleure sécurité.

Taille du Conducteur de Mise à la Terre

La section du conducteur ne doit pas être inférieure à la moitié du fil le plus épais de l'installation.

La plus grande taille est 3 SWG, la minimum 8 SWG. Si du fil 37/.083 est utilisé ou si le courant de charge est 200A depuis la tension d'alimentation, il est recommandé d'utiliser une bande de cuivre au lieu de double conducteur. Les méthodes de connexion sont illustrées ci-dessus.

Note : Nous publierons un article supplémentaire sur la taille de la plaque de terre avec calculs simples… Restez à l'écoute.

Électrode de Mise à la Terre ou Plaque de Terre

Électrode ou plaque métallique enterrée (souterraine), dernière partie du système de mise à la terre. En bref, la partie métallique finale (plaque) du système, connectée au conducteur de mise à la terre, s'appelle plaque ou électrode de terre.

Une plaque, un tuyau ou une tige métallique à très faible résistance peut servir d'électrode pour évacuer le courant de défaut vers la terre.

• Article connexe : Comment câbler un inverseur auto et manuel ? (1 et 3 phases)

Taille de l'Électrode de Mise à la Terre

Le cuivre et le fer peuvent servir d'électrode.

Taille pour le cuivre : 2×2 pieds (600x600 mm) et 1/8 pouce (3 mm) d'épaisseur. Soit 600x600x3 mm.

Pour le fer : 600x600x6 mm (2' x 2' x 1/4").

Il est recommandé d'enterrer l'électrode dans un sol humide. Sinon, mettez de l'eau dans le tuyau GI pour créer l'humidité.

Placez l'électrode verticalement (souterraine). Mettez une couche de 30 cm de charbon de bois en poudre et mélange de chaux autour de la plaque (ne pas confondre électrode et plaque, c'est la même chose).

Cette action augmente la taille effective de l'électrode, améliore la continuité dans la terre et maintient l'humidité autour de la plaque.

Note : Nous publierons un exemple de calcul de dimensionnement d'électrode… Restez à l'écoute.

Bon à savoir :

N'utilisez pas de coke (résidu à 88% carbone après combustion du charbon) ni de charbon de pierre au lieu de charbon de bois : cela cause la corrosion de la plaque.

Le niveau d'eau variant selon les zones, la profondeur d'installation varie aussi. Mais elle ne doit pas être inférieure à 3 mètres (10 pieds) et doit être 30 cm (1 pied) sous le niveau d'eau constant.

Moteurs, Générateurs, Transformateurs doivent être connectés à l'électrode de terre en deux endroits distincts.

Taille de Plaque ou Électrode pour Petite Installation

Pour petite installation, utilisez une tige métallique (diamètre 25 mm / 1 pouce, longueur 2 m / 6 pieds) au lieu de plaque. La tige doit être à 2 m sous la surface. Pour l'humidité, mettez 25 mm de mélange charbon-chaux autour.

Pour efficacité et commodité, tiges de cuivre 12,5 mm (0,5 pouce) à 25 mm (1 pouce) de diamètre, 4 m (12 pieds) de longueur. Nous discuterons l'installation de tige plus tard.

• Article connexe : Tout sur les systèmes, dispositifs et unités de protection électrique

Méthodes et Types de Mise à la Terre Électrique

La mise à la terre se fait de plusieurs façons. Les diverses méthodes (câblage domestique, usine, équipements connectés) :

Mise à la Terre par Plaque :

Une plaque en cuivre (60x60x3,18 mm) ou acier galvanisé (GI) (60x60x6,35 mm) est enterrée verticalement dans la terre (fosse) à au moins 3 m (10 pieds) du niveau du sol.

Pour une mise à la terre correcte, suivez les étapes mentionnées (introduction plaque) pour maintenir l'humidité autour de l'électrode.

Mise à la Terre par Tuyau :

Un tuyau en acier galvanisé perforé de longueur et diamètre approuvés est placé verticalement dans un sol humide. C'est le système le plus courant.

La taille dépend de l'intensité du courant et du type de sol. Dimensions habituelles : 40 mm (1,5 pouce) de diamètre, 2,75 m (9 pieds) pour sol ordinaire, plus pour sol sec/rocheux. L'humidité détermine la longueur à enterrer, généralement 4,75 m (15,5 pieds).

Mise à la Terre par Tige

Similaire au tuyau. Une tige de cuivre 12,5 mm (1/2 pouce) ou acier galvanisé 16 mm (0,6 pouce) ou section creuse 25 mm (1 pouce) de tuyau GI de longueur > 2,5 m (8,2 pieds) est enfouie verticalement manuellement ou marteau pneumatique. La longueur enfouie réduit la résistance de terre à la valeur désirée.

Mise à la Terre par le Tuyau d'Eau (Waterman)

On utilise des tuyaux GI pour la mise à la terre. Vérifiez la résistance des tuyaux et utilisez des pinces de mise à la terre pour minimiser la résistance.

Si un conducteur toronné sert de fil de terre, nettoyez les extrémités des brins et assurez-vous qu'ils sont droits et parallèles pour serrer fermement sur le tuyau.

Mise à la Terre par Bande ou Fil :

Électrodes en bande de section ≥ 25x1,6 mm (1x0,06 pouce) enterrées dans tranchées horizontales de profondeur minimale 0,5 m. Si cuivre 25x4 mm (1x0,15 pouce) ou 3,0 mm² si acier galvanisé.

Si conducteurs ronds, section ≥ 6,0 mm² pour acier galvanisé. Longueur enterrée ≥ 15 m pour résistance suffisante.

• Article connexe : Actions protectrices pour éviter et réduire les risques électriques

Méthode Générale d'Installation de Mise à la Terre (Étape par Étape)

1. Creusez une fosse 1,5x1,5 m (5x5 pieds) à 6-9 m (20-30 pieds) de profondeur (selon nature/structure du sol).
2. Enterrez une plaque appropriée (généralement 600x600x3 mm cuivre) verticalement.
3. Serrez le conducteur de terre via écrous/boulons à deux endroits distincts sur la plaque.
4. Utilisez deux conducteurs par plaque (si deux plaques) et serrez-les.
5. Mettez de la graisse autour des jonctions contre la corrosion.
6. Regroupez tous les fils dans un tuyau métallique depuis l'électrode(s). Tuyau 30 cm au-dessus du sol.
7. Pour l'humidité, mettez 30 cm de charbon de bois en poudre et chaux autour de la plaque.
8. Utilisez cosses et boulons pour connecter fermement les fils aux plaques de base des machines. Chaque machine mise à la terre en deux points. Distance min entre deux électrodes : 3 m (10 pieds).
9. Le conducteur de continuité (corps et parties métalliques) doit être solidement connecté au conducteur de terre. Vérifiez la continuité par test.
10. Testez le système global avec un testeur de terre. Si conforme, remblayez. Résistance max admissible : 1Ω. Si > 1Ω, augmentez la section (pas la longueur) des conducteurs. Gardez les bouts des tuyaux ouverts et arrosez périodiquement pour maintenir l'humidité.

Spécifications IS pour la Mise à la Terre

Quelques spécifications selon normes indiennes :

• L'électrode ne doit pas être à moins de 1,5 m du bâtiment dont l'installation est mise à la terre.
• La résistance de terre doit être assez faible pour faire circuler un courant suffisant pour actionner les relais de protection ou faire fondre les fusibles. Sa valeur n'est pas constante (varie avec météo/humidité) mais ne doit pas être < 1 Ω.
• Le fil de terre et l'électrode seront du même matériau.
• L'électrode doit toujours être en position verticale dans la terre/fosse pour contacter toutes les couches de terre.

Articles connexes :

• Installation électrique monophasée domestique – NEC & IEC
• Installation électrique triphasée domestique – NEC & IEC

Dangers de l'Absence de Mise à la Terre d'un Système d'Alimentation

La mise à la terre est fournie pour :

• Éviter les chocs électriques
• Éviter le risque d'incendie par courant de fuite par chemin indésirable
• Assurer qu'aucun conducteur porteur de courant ne s'élève à un potentiel par rapport à la masse terrestre au-delà de son isolation conçue

Cependant, si le courant excessif n'est pas mis à la terre, les appareils seront endommagés sans l'aide du fusible. Notez que les courants excessifs sont mis à la terre aux centrales, c'est pourquoi les fils de terre portent très peu ou pas de courant. Il n'est donc pas nécessaire de mettre à la terre les fils (phase, terre, neutre) dans un PVC. Mettre la phase à la terre est catastrophique.

J'ai vu une personne tuée parce qu'un fil de phase s'est détaché d'un poteau et est tombé au sol alors que le sol était mouillé. Les courants excessifs sont mis à la terre aux centrales ; si la mise à la terre n'est pas efficace, les interrupteurs de défaut de terre interviendront. Le fusible aide seulement quand la puissance dépasse le calibre de nos appareils, il coupe le courant en fondant et protège nos appareils.

Dans nos appareils, si les courants excessifs ne sont pas mis à la terre, nous subirions de violents chocs. La mise à la terre ne se produit que lors d'un problème pour nous sauver. Si une partie métallique entre en contact direct avec un fil sous tension (défaillance d'installation), le métal se charge et accumule de la charge statique.

Si vous touchez cette partie à ce moment, vous recevez un choc. Mais si la partie est mise à la terre, la charge est transférée à la terre au lieu de s'accumuler. Le courant ne circule pas dans les fils de terre des appareils, seulement en cas de problème pour diriger le courant indésirable vers la terre et nous protéger.

De plus, si un fil sous tension touche accidentellement (système défectueux) une partie métallique d'une machine. Si un homme touche cette partie, le courant traversera son corps vers le sol : électrocution, blessures graves, mort. C'est pourquoi la mise à la terre est si importante ?

Mise à la Terre et Masse Électrique… À suivre…

Abonnez-vous ci-dessous pour recevoir les prochains articles sur la Mise à la Terre/Masse :

• Calculer la taille du conducteur de continuité, conducteur de terre et électrodes pour différents appareils (moteurs, transformateurs, câblage domestique) par calculs simples
• Circuit de mise à la terre et courant de défaut de terre
• Protection du système de mise à la terre et dispositifs additionnels
• Points à retenir pour la mise à la terre
• Instructions importantes pour une mise à la terre correcte
• Règles d'électricité sur la mise à la terre
• Comment tester la résistance de terre par testeur de terre
• Comment tester la résistance de boucle de terre par ampèremètre et voltmètre
• Mise à la terre multiple protectrice
• Et bien plus…

Articles connexes :

• Comment trouver la taille du conducteur de terre, conducteur de mise à la terre et électrodes ?
• Quelle est la différence entre Neutre, Terre et Masse ?
• Conception du système de mise à la terre/masse dans un réseau de poste