L’électricité est un phénomène physique présent dans de nombreux contextes. On sait à présent que ce sont des forces électriques qui agissent dans les atomes (la plus petite partie d’un corps simple qui ne peut être divisée) et que la lumière du jour elle-même n’est rien d’autre qu’une onde électromagnétique (un champ électrique et un champ magnétique).

« Électricité » est un mot provenant du grec ἤλεκτρον, êlektron, signifiant ambre jaune. Les Grecs anciens avaient découvert qu’en frottant l’ambre jaune, ce matériau produit une attirance sur d’autres objets légers et parfois des étincelles.

L’ambre est une résine fossile (rare) sécrétée par des conifères.

 

 

Découverte de l’électricité

Phénomène naturel qui a été l’objet d’observations et d’interrogations dès l’Antiquité. Au VIe siècle avant JC, Thalès de Milet notait les propriétés d’attraction de l’ambre jaune (en grec elektron) et, au IVe, Démocrite composait un traité sur les propriétés de l’aimant.

 

 

À partir du IIIe siècle de notre ère, le principe de la boussole était connu en Asie. Mais ce n’est que dans la deuxième moitié du XVIIIe siècle que les physiciens commencèrent à émettre des théories convaincantes.

 

 

La matière :

Pour comprendre le phénomène de l’électricité, il faut s’intéresser à la structure de la matière.

L’air, l’eau, les êtres vivants et les matériaux sont tous formés de molécules, assemblages plus ou moins complexes d’atomes.
Les atomes sont les constituants élémentaires de la matière.
De tailles infiniment petites (1 million d’atomes tiennent dans l’épaisseur d’un cheveu), ils constituent les échantillons possibles des corps chimiques simples, comme le fer, le cuivre, le carbone, etc.

La représentation de l’atome est celle d’un noyau autour duquel gravitent un certain nombre de particules appelées électrons. L’électron est une particule élémentaire qui possède une charge élémentaire de signe négatif.
Un atome est constitué d’un noyau central, autour duquel des électrons sont en mouvement. Le noyau est constitué de nucléons : les protons et les neutrons.

 

 

La force qui retient les électrons autour du noyau, appelée « force électrique », est une force attractive.

Cette force est liée à la charge électrique des particules :

– Négative pour les électrons
– Positive pour le noyau.

Grâce à cette force, les particules de charges opposées s’attirent, alors que les particules de charge identique se repoussent.

Les électrons de certains métaux, tels que le cuivre et l’aluminium, présentent la particularité de pouvoir facilement quitter leur atome. On appelle ces matériaux des conducteurs.
Le phénomène inverse se produit dans certains matériaux ou les électrons ne peuvent pas quitter leur atome. On appelle ses matériaux des isolants.

C’est la circulation de ces électrons, appelés électrons libres, dans un matériau conducteur, qui crée le courant électrique.

 

 

Le courant continu (DC) :

Le courant dit « continu » correspond à un mouvement d’ensemble de charges électriques dans une même direction au sein d’un conducteur électrique.

La vitesse de déplacement du courant continu est de quelques mètres par heure.
La vitesse de déplacement des électrons au sein de la matière est de quelques mètres par heure, le phénomène de propagation du courant électrique s’effectue quant à lui à la vitesse de la lumière.

Le courant continu est produit par l’activité chimique d’une batterie ou d’une pile (électrolyte). Les électrons circulent dans une seule direction, du pôle négatif (caractérisé par un excès de charges négatives) vers le pôle positif (caractérisé par un déficit de charges négatives).

 

 

Le courant alternatif (AC):

Le courant dit alternatif correspond à un mouvement des électrons qui se fait successivement dans un sens, puis dans l’autre.

Dans le cas du courant alternatif, les électrons se déplacent au final très peu, sur des distances de l’ordre du millième de millimètre.

Le courant alternatif est produit par la rotation d’un alternateur, que l’on peut schématiser par une bobine de fil conducteur tournant dans un champ magnétique.

Déplacer le curseur bleu avec la souris
 

 

Cette rotation génère dans la bobine un courant alternatif, c’est-à-dire un mouvement de va-et-vient des électrons, dont la fréquence varie en fonction de la vitesse de rotation de la bobine.
Ainsi, une bobine tournant à 50 tours par seconde génère un courant alternatif de 50 hertz (Hz).

En Europe, la fréquence du courant est de 50 Hz, ce qui signifie que le courant effectue 50 « allers-retours » par seconde.

Tous les grands systèmes électriques, et en particulier le réseau de transport d’électricité, utilisent le courant alternatif.

 

 

HT : haute tension (HTA de 1000 Volts à 50 000 Volts), HTB (de 50 000 Volts à 400 000 Volts).
MT : moyenne tension (de 3000 Volts à 33 000 Volts), n’existe pas en terme de définition officielle (est employée dans le langage technique).
BT : basse tension (de 50 Volts à 1000 Volts).
TBT : très basse tension (tension inférieure à 50 Volts).

Les tensions usuelles de la BT sont :
230 V~ : pour les installations domestiques, petit tertiaire.
400 V~ : pour les installations gros tertiaire et industrielles.

Plus la valeur de la tension est importante, plus la valeur de l’intensité est faible. Mais plus la valeur de la tension est importante plus il y a de risques physiques pour les personnes.

Mesurer l’électricité :

L’accumulation de charges électriques dans un matériau se traduit par l’apparition d’un « potentiel électrique », également appelé « tension » et dont l’unité de mesure est le volt (symbole : V).

Cette accumulation de charges crée un champ électrique, qui se manifeste sous la forme d’une force qui s’exerce sur les autres charges électriques avoisinantes : force attractive pour les charges de signe opposé, force répulsive pour les charges de même signe.

Le champ électrique traduit donc l’influence du potentiel électrique à distance, ce qu’illustre son unité de mesure : le volt par mètre (symbole : V/m).

L’intensité du courant, qui s’exprime en ampères (A), mesure le flux des électrons dans le conducteur.

Pour mieux comprendre ces grandeurs physiques, on peut comparer la circulation des électrons dans un conducteur à celle de l’eau dans un tuyau. La tension électrique est comparable à la pression dans le tuyau dont le robinet d’extrémité est fermé.

De même, l’intensité du courant électrique est assimilable au débit de l’eau qui circule lorsque le robinet est ouvert. La puissance du jet d’eau correspond au résultat de la pression et du débit disponible.

De même, la puissance électrique est le produit de l’« intensité » par la « tension ». Son unité de mesure est le watt (W), ou plus couramment le kilowatt (kW).

L’énergie électrique, qui mesure la consommation d’électricité, correspond quant à elle à la puissance utilisée au cours d’une période donnée.
Son unité de mesure est le kilowattheure (symbole : kWh).

 

 

Quelques dates d’histoire :