LA TENSION NEUTRE-TERRE

Beaucoup de monde se pose (et me pose) la question sur la différence de potentiel (DDP) appelée également "tension" qui existe entre le neutre et la terre (j'utiliserai ces deux expressions dans cet exposé).

Alors, comme un bon dessin vaut mieux qu'un long discours, je vous propose un petit cours (les schémas ont été simplifiés au maximum), sachant que toutes ces informations sont très variables suivant le type de défaut, et que j'ai tenté de simplifié le raisonnement.

 

Petit rappel d'électricité.

Regardons le schéma suivant:

Il représente deux résistances reliées en série. La tension simple (230 V en France) entre Phase et Neutre sera divisée en deux parts, d'autant plus inégales que les valeurs de R1 et R2 sont inégales.

Formules (rassurez-vous, elles sont si simples):

Nous allons utiliser la loi d'OHM.

U = RI , où U représente la tension, R, la résistance, I le courant (l'Intensité).

d'où: I = U / R

Prenons des valeurs quelconques:

R1 = 100 ohms
R2 = 15 ohms
R total = 100 + 15 = 115 ohms

Le courant I sera égal à: 230 V / 115 ohms = 2 Ampères

La tension U1 est égale à : 100 * 2 = 200 Volts
La tension U2 est égale à : 15 * 2 = 30 Volts

Maintenant, modifions notre schéma: la résistance R1 fait 445 ohms au lieu de 100.
R total = 445 + 15 = 460 ohms

Le courant I sera égal à : 230 V / 460 ohms = 0,5 Ampère.

La tension U1 est égale à : 445 * 0,5 = 222,5 Volts
La tension U2 est égale à : 15 * 0,5 = 7,5 Volts

Vous constatez que si une résistance change de valeur, sa tension relative variera également. Mais aussi la tension mesurée sur l'autre résistance placée en série.

 

Développons le raisonnement.

Le schéma équivalent est représenté dans la partie droite du schéma.

Généralités.

G est le "générateur", en général, le transformateur du quartier, et qui permet à EDF (ou un concurent) de baisser la Haute Tension (HT) arrivant dans ce quartier, pour la distribuer en Basse Tension (BT), utilisable par tout le monde.

Le Récepteur est un appareil quelconque que vous possédez chez vous (machine à laver, cafetière, four, etc..).

Lors d'un défaut d'isolement, il se créée une résistance, dite résistance de défaut (cette résistance peut varier entre l'infini et le court-circuit), représentée par R1, qui va relier entre elles les diverses résistances déjà existantes dans un circuit électrique. Il va sans dire qu'en l'absence de défaut, la résistance R1 n'existe pas, il n'y a donc pas de liaison entre la phase et le neutre, aucune tension n'est mesurée le long de la chaine des résistances. Exactement comme votre lampadaire qui s'éteint lorsque vous coupez l'interrupteur.

R0 est la résistance des conducteurs Phase et Neutre, amenant l'énergie électrique chez vous. Assez faible valeur.
R1 est la résistance du défaut d'isolement (conducteur avec isolant carbonisé, humidité, insecte, etc...) qui va créer la disjonction si sa valeur est supérieure au disjoncteur de protection. Valeur très variable, de l'infini au court-circuit.
R2 est la résistance du métal de la pièce, de la machine qui a un défaut. Assez faible valeur.
R3 est la résistance du conducteur de terre reliant la masse métallique de la machine à la borne de terre. Assez faible valeur en général, si l'installation est correcte.
R4 est la résistance du puits de terre (appelée la résistance de terre). Elle devra être la plus basse possible (voir ci-dessous)
R5 représente la résistance de la terre, organe végétal de diverses variétés (argile, gravier, sable, limon, etc...), donc de valeurs diverses. Toutefois, le volume utilisé par l'électricité pour rejoindre le poste de transformation sera si grand que cette résistance sera assez faible.
R6 représente la valeur de la résistance du puits de terre de la mise au neutre du transformateur EDF (équivalent à R4 à la maison) (doit être la plus basse possible. Du fait d'un local Haute tension, elle doit, normalement, être inférieur à 1 ohm).
R7 est la valeur de la résistance du conducteur reliant le neutre du transformateur à la prise de terre (valeur assez faible si installation correcte).

En observant cet ensemble, on s'aperçoit qu'il y a deux résistances variables, qui vont influencer directement les valeurs des tensions et courants de défaut: R1, le défaut lui-même, et R4, la résistance du puits de terre. Si on ne peut pas agir directement, et à l'avance, sur R1, on fera le nécessaire pour que R4 soit le plus correct possible.

 

Apparition d'un défaut.

Lors d'un défaut d'isolement, il se créée une résistance, dite résistance de défaut, représentée par R1, qui va relier entre elles les diverses résistances déjà existantes dans un circuit électrique. Il va sans dire qu'en l'absence de défaut, la résistance R1 n'existe pas, il n'y a donc pas de liaison entre la phase et le neutre, aucune tension n'est mesurée le long de la chaine des résistances.

Usimple est la tension "simple", c'est à dire la tension entre une phase et le neutre (par opposition à la tension composée, mesurée entre deux phases). Elle est normalement de 230 V en, France, depuis 1996 (400 V pour la tension composée).

U1 représente la DDP qui existe aux bornes du défaut.
U2 représente la DDP qui est mesurée entre le neutre et la terre au moment du défaut.

U3 représente la tension que peut "récupérer" une personne qui touche la masse métallique en présence d'un défaut.

Si le défaut, représenté par R1, est important, la résistance R1 sera d'autant plus petite que ce défaut sera élevé. On comprend ainsi que plus R1 est grand (petit défaut) plus la tension U1 sera grande, donc la tension U2, mesurée entre neutre et terre, sera petite. Ce sont ces quelques volts que l'on mesure entre neutre et terre.

Si au contraire, le défaut est important, R1 diminue, la tension aux bornes de R1 diminue, donc les autres tensions, aux bornes des autres résistances, augmentent. D'où une augmentation de la tention U2, mesurée entre terre et neutre. Cette tension pourrait prendre une valeur dangereuse, s'il n'y avait aucun dispositif de protection.

 

Valeur de la tension sur la personne représentée.

Une personne, qui touche une masse métallique soumise à un défaut d'isolement, sera soumise à une tension U3, qui sera variable suivant:

R10 : résistance de contact des mains (en général, mais toute partioe du corps peut perndre cette "fonction"). Variable suivant l'humidité.
R11 : résistance du corps humain; en général très peu variable.
R12 : résistance de contact des pieds (en général, mais toute partie du corps peut prendre cette "fonction"). Variable suivant le type de support (semelles isolantes, en cuir, plastique, ou autre, voire direct dans les cas les plus graves).

En général, la somme des résistances R10 + R11 + R12 est plus élevée que la sommes des résistances en parallèle, à savoir R2, R3, R4. Même si certaines de ces résistances ne participent que dans un pourcentage variable. Mais simplifions, et oublions ces variables.

Dans ce schéma, on comprend mieux pourquoi, si la machine n'est pas reliée à la terre (pas de R3 ni R4), le corps humain sera traversé par un courant d'autant plus grand que le défaut sera élevé (R1 le plus petit possible, donc courant plus grand), et sachant que plus R1 est petit, plus la tension U2 sera élevée.

On voit aussi que si R10 devient très grand (gants isolants par exemple), Rtotale devient très grande, et ainsi le courant sera très faible. Si cette valeur de courant, qui traverse le corps humain, devient inférieur à 10 mA, nous n'aurons aucun soucis pour notre sécurité (attention, la valeur de 10 mA est prise dans un cadre général, certaines personnes pouvant être plus sensibles que d'autres pour une même valeur de courant).

 

 

Valeur de la résistance du puits de terre.

La résistance du puits de terre, représentée par R4, devra être confectionnée avec soin, car de sa valeur dépendra la valeur de la tension U2 mesurée entre terre et neutre. Plus R4 sera élevée, plus la tension U2 sera élevée, donc dangereuse (à défaut équivalent, bien sûr). D'autant plus que lorsque R4 augmente, le courant de défaut risque de diminuer, et si sa valeur tombe en dessous du seuil de déclenchement, la disjonction n'aura pas lieu, laissant pour autant une tension dangereuse au niveau U2, donc aussi à U3.
C'est pour pallier à cette augmentation de la résistance de terre R4, que la règlementation oblige maintenant l'installation de différentiels haute sensibilité (30 mA).

 

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