Électricité

L'électricité est l'effet du déplacement de particules chargées à l'intérieur d'un matériau conducteur, sous l'effet d'une différence de potentiel aux extrémités de celui-ci. Ce phénomène physique est présent dans de nombreux contextes : l'électricité constitue aussi bien l'influx nerveux des êtres vivants que les éclairs d'un orage. Les découvertes des lois naturelles de l'électricité ont conduit à l'invention de nombreuses techniques regroupées dans l'électrotechnique. Cette dernière est largement utilisée dans les sociétés développées, par exemple pour transporter de grandes quantités d'énergie facilement utilisable.

Les propriétés de l'électricité ont été découvertes au cours du XVIII^e siècle. La maîtrise du courant électrique a permis l'avènement de la deuxième révolution industrielle. Aujourd'hui, l'énergie électrique est omniprésente dans les pays industrialisés : produite à partir de différentes sources d'énergie, principalement thermique, nucléaire et hydraulique, l'électricité est un vecteur énergétique employé dans de très nombreux usages domestiques et industriels et indispensable dans les communications à distance.

Ligne électrique près d'une voie ferrée en Pologne.

La foudre fut la première manifestation visible de l'électricité dans la nature.

Câbles électriques à haute tension à proximité d'un transformateur électrique de distribution.

Étymologie

Le mot « électricité » provient du grec ἤλεκτρον, êlektron, signifiant ambre jaune. Les Grecs anciens avaient découvert qu’en frottant l’ambre jaune, ce matériau attire des objets légers et produit parfois des étincelles.

Historique des découvertes et des applications

Bien que les phénomènes électriques et les autres interactions de l'électricité avec la matière soient observables depuis le début de la formation de la Terre et même de l'Univers, leur étude, et surtout leur compréhension, par les hommes sont relativement récentes.

Les effets de l'électricité statique et du magnétisme sont décrits pour la première fois, en 600 av. J.-C., par Thales de Milet.

XVII^e et XVIII^e siècles

On doit l'emploi moderne du terme « électricité » à l'Anglais William Gilbert, qui distingue corps électriques et magnétiques dans De Magnete en 1600. Il note les lois de répulsion et d'attraction des aimants par leur pôle, assimile la Terre à l'un d'eux, puis établit une liste des corps électrisables par frottement, après avoir découvert l'influence de la température sur le magnétisme du fer. Les premiers générateurs de charges électriques sont ainsi des machines à frottement.

En 1663, Otto von Guericke, de Magdebourg, construit une forme primitive de machine électrique, sous la forme d'un globe de soufre en rotation frotté à la main.

Au XVIII^e siècle débute une période d'observation et de création d'électricité statique. En 1733, du Fay découvre les charges positives et négatives et observe leurs interactions. Coulomb en énonce les premières lois physiques. En 1750, via des expériences sur la foudre, Benjamin Franklin identifie l'électricité naturelle, canalisée par le paratonnerre.

En 1799, Alessandro Volta crée la pile électrique.

XIX^e siècle

Première ligne à haute tension de 175 km entre Lauffen et Francfort-sur-le-Main en 1891.

En avril 1820, lors d'un cours sur l'électricité qu'il donnait à ses étudiants, le professeur Ørsted découvre une relation entre l'électricité et le magnétisme dans une expérience, qui nous apparaît aujourd'hui comme très simple : un fil parcouru par un courant électrique est capable de faire dévier l'aiguille aimantée d'une boussole.

En 1820, André-Marie Ampère, en approfondissant les travaux d’Ørsterd, découvre et formule quelques lois sur les relations du magnétisme et de l'électrodynamique.

En 1831, Michael Faraday découvre que, si un courant électrique produit un champ magnétique, l'inverse est vrai : on peut produire un courant électrique en mettant en mouvement un champ magnétique, selon la loi de Lenz-Faraday.

En 1868, la dynamo du Belge Zénobe Gramme met en application certaines de ces découvertes.

En 1879, la lampe à incandescence de Joseph Swan permet de produire de la lumière. La même année, la première centrale hydroélectrique (de 7 kW) voit le jour à Saint-Moritz (Suisse).

En 1883, Aristide Bergès développe le concept de houille blanche, avec la première ligne électrique, en collaboration avec Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs.

Dès 1889, un fil de 14 km relie la cascade des Jarrauds et la ville de Bourganeuf, dans la Creuse.

En 1891, la première ligne à haute tension (de) est construite par l'entreprise suisse Maschinenfabrik OerlikonMaschinenfabrik Oerlikon. Elle transporte l'énergie électrique sous 25 000 V à 40 Hz, sur 175 km entre Lauffen et Francfort-sur-le-Main, en Allemagne. Les pertes sont de seulement 4 %, ce qui a met fin à la controverse entre les défenseurs du système de transport en courant continu et ceux partisans du transport en courant alternatif, ces derniers sortant grands gagnants.

En 1892, Heilbronn, en Allemagne, est la première ville d'Europe à être équipée d'un réseau de distribution en courant alternatif^{[réf. nécessaire]}.

À la fin du XIX^e siècle, la production industrielle d'électricité devient possible et les premières applications techniques apparaissent, comme le moteur électrique, l'éclairage électrique, le télégraphe et le téléphone.

XX^e siècle

Dans les années 1900, les progrès technologiques de l'hydroélectricité suisse sont à l'origine d'intenses spéculations boursières sur les sociétés hydroélectriques, qui profitent aux implantations industrielles dans les Alpes. L'électricité investit l'industrie, l'éclairage public et le chemin de fer, avant d'entrer dans les foyers.

La forte expansion électrique des années 1920 permet un maillage du territoire dans les grands pays industriels. La France bénéficie alors d'une multiplication par huit de la production d'électricité hydraulique grâce aux premiers barrages. En 1925, Grenoble organise l'Exposition internationale de la houille blanche.

Dans les années 1990-2000, les préoccupations environnementales croissantes font apparaître les termes d'électricité décarbonée, d'origine renouvelable, sûre, verte, etc.

XXI^e siècle

En 2013, un communiqué de la Commission européenne mentionne : « La contribution de l'électricité d'origine renouvelable à l'objectif de durabilité consiste non seulement en réductions des émissions de gaz à effet de serre, mais aussi en réductions des émissions atmosphériques de substances polluantes et en une diminution des besoins en eau de refroidissement par rapport aux formes d'énergie conventionnelles. L'électricité d'origine renouvelable contribue en outre à l'objectif de diversification de l'approvisionnement et d'utilisation plus efficace des ressources. ».

Nature

C'est le mouvement des charges électriques de la matière qui est à l'origine de l'électricité. Comme la masse, la charge électrique permet d'expliquer l'origine de certains phénomènes. Si personne n'a jamais observé directement une charge électrique, les scientifiques remarquent des similitudes de comportement de certaines particules. Ils en déduisent que ces particules partagent des caractéristiques communes, dont les propriétés coïncident avec leurs observations.

Contrairement à la masse, deux types de charges électriques se comportent comme si elles étaient « opposées » l'une à l'autre : par convention, l'une est dite positive et l'autre négative. Un atome possède une charge positive lorsque le nombre de protons est supérieur au nombre d'électrons.

Forces générées par deux atomes chargés

Deux charges de nature opposée s'attirent	Deux charges de même nature (ici deux charges positives) se repoussent

Des charges égales et de natures opposées s'annulent : une particule qui possède autant de charges positives que négatives se comporte comme si elle n'en possédait aucune. On dit qu'elle est électriquement neutre.

Électricité statique

Dans la nature, les électrons sont des porteurs de charges négatives et les protons des porteurs de charges positives. Les atomes qui composent la matière ordinaire comprennent des électrons qui se déplacent autour d'un noyau composé de protons et de neutrons, ces derniers étant électriquement neutres. Lorsque le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, l'ensemble est électriquement neutre. Il est question d'électricité statique lorsqu'il n'y a pas de circulation des charges électriques. Expérimentalement, cela est généralement obtenu en utilisant des matériaux dans lesquels les charges sont « piégées », des matériaux isolants comme le plastique, le verre, le papier… qui résistent à la circulation des charges.

Quand on frotte certains matériaux entre eux, les électrons superficiels des atomes de l'un sont arrachés et récupérés par les atomes de l'autre. Par exemple :

• une tige de verre frottée sur un tissu de soie se charge positivement, car les atomes du verre perdent des électrons au bénéfice de la soie ;
• un ballon de baudruche frotté sur des cheveux secs se charge négativement, car il capte des électrons des cheveux secs ;
• une règle en plastique frottée sur le tissu d'un vêtement se charge négativement, elle peut alors attirer des petits morceaux de papier. La règle modifie, par influence électrostatique, la répartition des charges dans le papier : les charges négatives de la règle repoussent les charges négatives à l'autre extrémité du morceau de papier et attirent les charges positives des atomes du papier.

Dans l'industrie, l’utilisation de sources de ²⁴¹Am, émetteur alpha, sous forme de rubans placés en fin de machines de production (de papiers, plastiques, textiles synthétiques) à quelques millimètres du matériau permet, en rendant l’air avoisinant conducteur, de supprimer l’accumulation d’électricité statique.

Courant électrique

Certains matériaux sont dits conducteurs de l’électricité quand ils permettent aux charges électriques de se déplacer facilement : métaux, eau salée, corps humain, graphite, etc.

Lorsqu'on marche sur une moquette, le frottement des pieds sur le sol arrache des électrons et le corps se charge d'électricité statique. Si l'on touche alors une poignée de porte métallique, on ressent une petite décharge électrostatique éventuellement accompagnée d'une étincelle, causée par le déplacement brutal des charges électriques qui s'écoulent du corps vers le sol à travers les matériaux conducteurs de la porte. Cet écoulement, ou courant, est dû à une différence de charges électrique entre le corps et le sol, ou différence de potentiel. La sensation ressentie provient du courant électrique généré par la différence de potentiel existante entre la poignée et le corps humain. On en déduit que :

• la moquette est un générateur de tension électrique et un isolant ;
• le corps humain et la poignée de porte sont des conducteurs d’électricité.

Pour créer un courant électrique, il faut donc un circuit de matériaux conducteurs, qui permet aux charges électriques de se déplacer, et un système capable de créer une différence de potentiel entre les deux extrémités du circuit. Un tel système forme un générateur. Ce peut être, par exemple, une pile, une dynamo ou un alternateur.

Sens du courant

Dans un circuit électrique, on dit que le courant électrique, noté I, circule entre les électrodes depuis le pôle positif vers le pôle négatif du générateur. Ce sens est purement conventionnel, puisque le courant peut aussi bien être causé par des charges positives (manque d’électron), qui seront attirées par le pôle négatif du générateur, que par des charges négatives (les électrons) qui se déplaceront en sens inverse, vers le pôle positif. Cependant, on s’intéresse essentiellement au déplacement des électrons qui sont les seuls à pouvoir se déplacer (sauf dans des matériaux radioactifs en cours de désintégration).

Dans certains cas, des charges positives et négatives se déplacent en même temps et ce double déplacement est responsable du courant électrique global. C'est le cas dans les solutions ioniques, où les cations et les anions se déplacent dans des sens opposés, et dans les semi-conducteurs comme une diode, où électrons et « trous » font de même. Les charges ne peuvent pas toutes se déplacer sous l'action du champ électrique et c'est ainsi que dans un fil électrique, les charges positives (les noyaux des atomes) restent fixes dans la structure du métal et ne peuvent constituer aucun courant électrique ; le courant électrique dans un métal est créé uniquement par le déplacement des charges négatives (les électrons libres) vers le pôle positif du générateur : c'est un courant électronique, cependant, on utilise dans tous les cas le sens conventionnel « I » du courant, institué avant la découverte de la charge négative de l'électron.

On parle de courant continu quand le sens reste constant et, de courant alternatif quand il change périodiquement. La fréquence d'un courant alternatif est le nombre de périodes par seconde. Elle s'exprime en hertz (Hz), par exemple, le courant distribué dans les installations électriques est à une fréquence : de 50 Hz en Europe et de 60 Hz aux États-Unis.

Analogie hydraulique

Pour comprendre certaines propriétés du courant électrique, il est intéressant de le comparer à de l'eau s'écoulant dans un circuit de tuyaux. Le générateur peut alors être vu comme une pompe chargée de mettre sous pression le liquide dans les tuyaux.

La différence de potentiel, ou tension, ressemble alors à la différence de pression entre deux points d'un circuit d'eau. Elle est notée « U », et est exprimée en volts (V).

L'intensité du courant électrique peut être assimilée au débit d'eau dans le tuyau. Elle rend compte du nombre de charges qui passent à chaque seconde dans un point du circuit ; elle est souvent notée « I », et mesurée en ampères (A). En d'autres termes la tension électrique serait la hauteur d'une chute d'eau et son intensité le diamètre de la chute d'eau.

La résistance d'un circuit électrique serait alors l'analogue du diamètre des tuyaux. Plus les tuyaux sont petits, plus il faut de pression pour obtenir un même débit ; de façon analogue, plus la résistance d'un circuit est élevée, plus il faut une différence de potentiel élevée pour avoir une même intensité. La résistance électrique rend compte de la faculté d'un matériau à s'opposer plus ou moins au passage du courant. Elle est notée « R » et, elle est exprimée en ohms (Ω).

Il est possible de pousser cette analogie beaucoup plus loin, mais elle a ses limites et certaines propriétés du courant électrique s'écartent sensiblement de ce modèle constitué d'un fluide, de tuyaux, et de pompes.

Dans la nature

Les échanges électriques sont omniprésents dans la nature. En général, il s’agit de phénomènes peu visibles, mais ils sont fondamentaux : les forces électromagnétiques et électrofaibles font partie des quatre interactions fondamentales qui structurent tout l’Univers.

Foudre

La friction de nombreux matériaux naturels ou artificiels produit de la triboélectricité. La foudre est une énorme décharge électrique due à l'accumulation d'électricité statique dans les nuages. En temps normal l'air est un isolant, qui bloque le passage de l'électricité. Lorsque la charge électrique dans les nuages d'orage arrive à une valeur certaine, la différence de potentiel due aux très nombreuses charges accumulées, est telle qu'elle parvient à modifier localement la structure des gaz qui composent l'air, les transformant en un plasma ionisé, qui conduit lui parfaitement l'électricité. Des arcs électriques géants se forment alors, entre deux nuages ou, entre un nuage et la terre : les éclairs, permettant le rééquilibrage des charges électriques.

L'électrisation de l'air peut donner lieu à d'autres phénomènes, comme le feu de Saint-Elme.

Au cœur de la matière

La circulation des charges électriques intervient dans de nombreux phénomènes naturels, et notamment dans les réactions chimiques d’oxydo-réduction comme la combustion.

Le champ électromagnétique terrestre est lui aussi créé par des courants électriques circulant dans le noyau de notre planète.

Poissons électriques

Torpille du Pacifique

Les poissons électriques sont capables de tirer parti du courant électrique pour s'orienter, pour se protéger ou bien pour communiquer. Il existe des espèces capables de produire de véritables décharges électriques : 620 V pour l'anguille électrique ; cela lui permet d'assommer ses proies avant de les consommer. Ils produisent de telles décharges électriques grâce à leurs organes électriques, qui ont une structure interne semblable aux muscles du corps humain.

Influx nerveux

Les animaux utilisent l'électricité pour animer les muscles ou pour transmettre de l’information par l'influx nerveux dans les nerfs. Ce phénomène a été mis en évidence par les expériences de Galvani. C'est pourquoi les médecins peuvent utiliser l'électrocardiographie et l'électro-encéphalographie pour diagnostiquer les pathologies du cœur ou du cerveau. La science qui étudie les phénomènes électriques chez les animaux est l'électrophysiologie.

Production

L'électricité représente environ un tiers de l'énergie consommée dans le monde. L'électrotechnique est la science des applications domestiques et industrielles (production, transformation, transport, distribution et utilisation) de l'électricité.

La méthode la plus courante pour produire de grandes quantités d'électricité consiste à utiliser un générateur convertissant une énergie mécanique en une tension alternative. Cette énergie d'origine mécanique est la plupart du temps obtenue à partir d'une source de chaleur, issue elle-même d'une énergie primaire. Ces énergies primaires peuvent être des énergies fossiles comme le pétrole, l'énergie nucléaire, ou une énergie renouvelable telle l'énergie solaire. L'énergie mécanique entraînant le générateur peut également être d'origine hydraulique ou l'éolienne.

L'électricité peut également être directement tirée du rayonnement solaire, converti par des panneaux solaires.

Transport et distribution

Le courant qui circule sur réseau électrique est le plus souvent alternatif et triphasé, car c'est le plus économique à produire et à transporter. Bien que le consommateur final ait besoin de courant à basse tension, moins dangereux à utiliser, il est plus économique pour le transport du courant sur de longues distances d'utiliser une haute tension.

En effet, à puissance constante, si l'on augmente la tension, on réduit l'intensité du courant ($P=U\cdot I\cdot \cos(\phi )$ en monophasé) et donc, les pertes par effet Joule ou pertes thermiques ($P_{th}=R\cdot I^{2}$), ainsi que l'effet de peau qui limite la circulation des forts courants à la surface extérieure des conducteurs : ceci obligerait d'utiliser des câbles de cuivre de plus grosse section mais dont le cœur serait moins bien refroidi. Pour réduire les pertes par effet Joule tout en limitant la section des câbles, on utilise des transformateurs élévateurs de tension, de manière à réduire l'intensité du courant pour le transport, et des transformateurs abaisseurs de tension pour la distribution (en basse tension) aux usagers.

En France, les principaux fournisseurs d'électricité sont EDF, Engie (ex. GDF Suez) et Direct Énergie, qui peuvent programmer leurs investissements en s'appuyant sur la Programmation pluriannuelle de l'énergie.

Conversion transformation

Les tensions électriques peuvent être transformées et converties. En règle générale, pour les grosses puissances, les tensions sont alternatives. Elles passent par des transformateurs pour convertir le courant en flux magnétique, lui-même reconverti en courant dans des bobines. Ce principe permet d'abaisser le niveau de tension tout en conservant la fréquence et une isolation galvanique entre les circuits, primaire et secondaire, du transformateur de tension.

Pour les puissances le permettant technologiquement, on utilise des convertisseurs à semi-conducteurs (transistors, thyristors) :

• des redresseurs pour convertir une tension alternative en tension continue ;
• des onduleurs pour convertir les tensions continues en alternatives ;

La combinaison des deux systèmes précédents, avec éventuellement l'aide d'un transformateur de tension permet d’effectuer des élévations ou des abaissements de tensions continues avec un bon rendement.

Stockage

Pour que l'électricité soit transportée et distribuée au moyen de conducteurs, il est nécessaire d'équilibrer à tout moment la production et la consommation. Les centrales thermiques au gaz, au pétrole ou au charbon, sont généralement mises en service pour répondre à des pics de demande. On utilise aussi des stations de pompage-turbinage entre deux retenues d’eau situées à deux altitudes différentes : pendant les heures creuses, l'eau est pompée vers le bassin supérieur alors que pendant les heures de pointe, l'eau passe dans une turbine qui produit un appoint d'électricité sur le réseau.

Il est aussi possible de stocker l'électricité à petite échelle au moyen de batteries d'accumulateurs, de condensateurs ou de bobines d'inductances.

• Les batteries d'accumulateurs sont très répandues pour l'utilisation des équipements et systèmes autonomes fixes ou mobiles.
• Les condensateurs sont utilisés depuis longtemps en électricité et électronique, mais sont apparus récemment des supercondensateurs permettant de disposer de plus de puissance instantanée qu'avec des batteries d'accumulateurs classiques de taille plus grande, mais pendant des temps très courts. Une utilisation possible peut trouver sa place dans la traction électrique automobile pour les phases transitoires d'accélération, d'autant plus que la recharge des condensateurs est presque instantanée.
• Le stockage de l'énergie électrique dans des selfs ou bobines d'inductances n'offre d'intérêt qu'avec des matériaux supraconducteurs, ce qui n'est encore que du domaine expérimental en matière de stockage.

Métiers

L'électrotechnique, ou génie électrique, est la science et l'application de l'électricité, qui peut être pratiquée par un ingénieur, un électrotechnicien, un dessinateur-projeteur, etc. Parmi ceux-ci, citons :

• le bobinier, ou bobineur, est un technicien qui réalise les circuits magnétiques comme ceux des moteurs ou des générateurs ;
• le monteur-câbleur réalise les armoires de commande et procède au raccordement ;
• les électriciens câblent les réseaux basse tension et haute tension, dans le bâtiment, l'industrie, le tertiaire, la marine, l'aéronautique et les moyens de transport terrestres (automobile) ;
• les techniciens de maintenance entretiennent et dépannent les machines électriques ;
• les automaticiens, électroniciens, électrotechniciens créent les automatismes et systèmes de régulation électrique pour commander les machines automatisées.

Une multitude de métiers sont également liés à l'industrie de l'électricité. Pour les plus courants : chimiste, calorifugeur, thermicien, robinetier, chaudronnier, mécanicien, etc.

Usages et consommation

Publicité de 1932 pour les usages domestiques de l'électricité.

Mème si l'électricité s'est largement diffusée dans le monde au cours du XX^e siècle, on estimait en 2015 qu'environ 1,3 milliard de personnes (sur un total de 7,3 milliards de Terriens) n'avaient pas accès à cette énergie. L'ONU a ainsi intégré parmi les objectifs de développement durable l'accès à l'énergie et l'extension des infrastructures existantes.

Classement par type d'usage

On distingue souvent deux types d'usages^{[réf. incomplète]} :

• les usages dits « spécifiques », que seule l'électricité peut assurer actuellement : éclairage, télécommunications, électronique, informatique, procédés industriels, etc. Bien que les ondes électromagnétiques et la lumière puissent servir à la transmission d'information, l'électricité est actuellement nécessaire pour les générer ;
• les usages dits « substituables », c'est-à-dire qui pourraient être assurés par d'autres sources d'énergie : chauffage et moteurs (fioul, gaz, climatisation/réfrigération, etc.).

Classement par importance des consommations énergétiques

Effet de l'industrie

Dans les pays développés, l'industrie n'est plus le premier consommateur d'électricité, qui en consomme moins du tiers. En France, ce sont ainsi les secteurs résidentiel et tertiaire (via le chauffage, l'électroménager, l'éclairage et l'informatique) qui consomment en 2009 environ 67 % de l'électricité.

Depuis les années 2000, lors des pics de consommation accompagnant les vagues de froid, RTE craint un effondrement d'une partie du réseau. Il diffuse, notamment en Bretagne et en Provence-Alpes-Côte d'Azur, des incitations à économiser l'électricité. En effet, l'électricité ne pouvant être massivement stockée en l'état actuel des technologies, c'est la « puissance appelée » qui devient le facteur dimensionnant du système de distribution électrique, c’est-à-dire l'énergie consommée à un instant donné, et non seulement la consommation cumulée sur la journée, la saison ou l'année. La répartition spatio-temporelle des usages électriques a un impact majeur sur le plan économique, mais aussi environnemental, car les ressources appelées en derniers recours lors des pics émettent le plus de CO₂. Ainsi, le chauffage électrique « pèse » « 2,5 fois plus en puissance instantanée (36 % au moment du record de consommation sur le réseau français) qu’en consommation cumulée en moyenne sur l’année (14 %) ».

Le smart grid est censé aider les clients à moins consommer en période de pointe et permettre d'appeler l'électricité par le chemin le plus court, conduisant à moins de pertes lors du transport de l'électricité. Ceci serait encore plus vrai dans une perspective de troisième révolution industrielle, telle que définie par Jeremy Rifkin et dont le soutien de principe a été adopté par le Parlement européen en 2007, mais sans répondre au risque d'effet rebond.

Effet de l'électroménager

L'efficacité énergétique a été poussée par une directive de l'Union européenne sur l'efficacité minimum des appareils électriques, après une directive sur l'étiquetage en 1992, suivie en 1997 d'une directive limitant les consommations de réfrigérateurs, congélateurs et combinés, en veillant à ne pas dépasser l'optimum pour le consommateur en termes de récupération rapide de l'investissement initial par les économies d'énergie. En huit ans, l'efficacité énergétique des appareils frigorifiques a ainsi, été améliorée de 30 %, puis, rien n'a été fait durant treize ans sur l'électroménager en Europe, alors que des normes d'efficience énergétique se développaient aux États-Unis, depuis 1989.

Malgré une notable amélioration de l'efficience énergétique de 1999 à 2004, la consommation finale continue à augmenter en Europe (UE-25) ; Un ménage moyen de l’UE-25 consommait 4 098 kWh en 2004, alors qu'il aurait pu n'en consommer que 800 kWh s'il était équipé d'appareils à basse consommation et en abandonnant les ampoules à incandescence (et encore moins avec les techniques les plus efficientes). Selon le Centre commun de recherche (CCR) de l’Union européenne, de 2005 à 2006, la consommation a augmenté dans l’UE-25 dans tous les secteurs ; dans le résidentiel, dans le tertiaire (+ 15,8 %) et dans l'industrie (+ 9,5 %), à un rythme calqué sur celui du PIB global (+ 10,8 %). Le rapport recommande d'encourager les chauffe-eau solaires et les économies d'énergie, par remplacement notamment des lampes à incandescence. En novembre 2006, la Commission européenne a engagé un plan d'action pour l'efficacité énergétique qui visant - 20 % la consommation d'électricité de l’UE-25 d'ici 2020. Les appareils consomment plutôt moins, mais ils sont plus utilisés (explosion de l'utilisation de l'ordinateur et du téléphone portable). Le temps passé devant la télévision a augmenté de 13 % entre 1995 et 2005.

Effet de l’éclairage dans le tertiaire

En Europe, dans le tertiaire, l'éclairage (de jour souvent) est devenu le premier poste de consommation électrique, avec 175 TWh consommés par an représentant 26 % de consommation électrique totale du secteur tertiaire. Par ailleurs, l'éclairage nocturne (principale cause, avec la publicité lumineuse, du phénomène dit de pollution lumineuse) est en hausse constante depuis 50 ans.

En France, un arrêté limite l’allumage des vitrines de commerces, des bureaux et des façades extérieures des magasins et bâtiments depuis le 1^er juillet 2013. Cette mesure vise des économies de 2 TWh par an selon l'ADEME. Néanmoins, sans objectif de sobriété énergétique, un effet rebond (direct ou indirect et externe) peut faire que les sommes ainsi économisées seront dépensées dans d'autres usages énergivores.

Réseau domestique

À part les appareils à piles ou les batteries d'automobile, la majorité de l'électricité utilisée dans la vie quotidienne provient du réseau électrique. Chaque habitation est reliée au réseau par l'intermédiaire d'un tableau qui contient au moins un compteur destiné à la facturation, ainsi qu'un disjoncteur général servant d'interrupteur général et permettant de protéger l'installation en cas de surintensité. En général, de ce disjoncteur sortent deux conducteurs qui alimentent l'installation domestique : la phase et le neutre, dans les installations triphasées deux conducteurs de phase supplémentaires sont présents. Pour des impératifs de sécurité des personnes, les installations modernes et sécurisées comportent aussi un conducteur relié à la terre et un disjoncteur différentiel.

On trouve ensuite un tableau de fusibles ou de disjoncteurs, distribuant le courant dans les différents circuits de la maison. On prévoit généralement des circuits spécialisés pour les appareils qui ont besoin de beaucoup de puissance (four, cuisinière électrique, lave-linge, lave-vaisselle, chauffe-eau, etc.), et normalement, par pièce, un circuit pour l'éclairage et un pour les prises électriques.

On utilise des interrupteurs pour ouvrir ou fermer les circuits électriques. Il est possible d'utiliser des montages spéciaux comme un va-et-vient ou un télérupteur quand on souhaite disposer de plusieurs points de commande, par exemple, à chaque bout d'un couloir.

Applications industrielles

• L'électrolyse sert en procédés industriels à raffiner l'aluminium, à produire des gaz, à la galvanostégie des métaux, etc..
• Les arcs électriques servent à souder ou à découper des métaux.
• Les moteurs électriques animent les machines telles les voitures électriques et pompes à chaleur, et divers automatismes, directement ou au travers des circuits hydrauliques.
• L'alimentation de circuits électroniques et d'ordinateurs, de relais, de contacteurs, d'électroaimants, etc. permet des séquences automatisées.
• Les communications, qu'elles soient sans fil (onde électromagnétique) ou avec support physique (câble ou fibre optique), ont besoin de l’électricité pour fonctionner.

Selon une étude parue dans Nature en 2020, même à supposer que le contenu en carbone de l'électricité ne présente pas d'amélioration, il y aurait quand même intérêt à passer aux voitures électriques pour les transports, et aux pompes à chaleur pour les bâtiments.

Santé et sécurité

L'électrisation est le passage de courant électrique dans le corps humain. Même avec un courant relativement faible l'électricité est dangereuse pour la santé des êtres vivants, ce qui justifie la nécessité de disjoncteurs différentiel calibrés à 30 mA pour garantir la protection des personnes.

Les normes de conception des matériels électriques, définissent qu'une tension de plus de 25 V alternatifs / 50 V continus (12 V alternatifs / 25 V continus en milieu humide) présente un danger d’électrisation et qu'une tension supérieure à 50 V alternatifs / 120 V continus (12 V alternatifs / 25 V continus en milieu immergé et 25 V alternatifs / 50 V continus en milieu humide)) présente un danger mortel : l'électrocution.

Les conséquences d'une électrisation dépendent de la nature de la tension (alternative ou continue), de la résistance du corps humain généralement admis comme étant à 5 000 ohms en TBT (très basse tension), 1 000 ohms sous 220 V alternatif et 400 ohms sous 500 V (la résistance est dégressive en fonction de la tension d'exposition), de l'amplitude du courant ayant circulé et du temps de passage de ce courant.

Il est couramment admis quelques seuils sur lesquels se basent les règles de sécurité :

Au-dessus de 20 mA et plus d'une seconde, il existe un risque de fibrillation cardiaque si le courant passe par le cœur. En TBT avec maximum 50 V en alternatif et 120 V en continu, le danger pour l'homme est considéré comme faible, mais non nul: (I=U/R) ; 50 V/5 000 ohms = 10 mA .

Au-dessus de 1 000 V, il y a danger, même sans contact direct avec un conducteur, car il se produit une ionisation de l'air, les distances d'approche minimales sont évaluées en fonction du niveau de tension. D'où l'interdiction d'entrer dans les enceintes des transformateurs électriques. Malgré la distance conséquente séparant les conducteurs des lignes haute tension, le bruit que l'on peut entendre en dessous de ces lignes est consécutif à des micro-amorçages par claquage de l'air.

L'absence visuelle de brûlure après une électrisation n'exclut pas des brûlures internes sur le chemin de passage du courant dans le corps, lesquelles peuvent engendrer des nécroses. En plus, des cas de chocs rénaux, dus à la décomposition du sang par le passage du courant, sont relevés après des électrisations sévères, ces événements ont lieu quelques dizaines de minutes après l'accident, il faut donc toujours aller à l'hôpital après un accident électrique conséquent.

Électricité médicale

Mais l'électricité sert aussi à soigner : elle peut être utilisée telle quelle, pour administrer des électrochocs ou stimuler des tissus nerveux ou musculaires, ou encore alimenter les appareils de pointe utilisés en médecine, permettant des techniques de soin telles que radiothérapie, électropuncture, stimulateur cardiaque, prothèse, et de diagnostic telles que radiographie, scanner, résonance magnétique, endoscopie.

Contexte réglementaire

En France, le décret n^o 88-1056 du 14 novembre 1988 traite de la protection des travailleurs dans le domaine des installations électriques. Aujourd'hui, plusieurs dispositions du code du travail, spécialement dans la partie réglementaire de la 4^e partie, sont destinées à protéger les travailleurs dans les établissements qui mettent en œuvre des courants électriques. Elles s’appliquent également aux entreprises étrangères à l’établissement et auxquelles celui-ci confie soit des travaux sur ses propres installations électriques, soit des travaux de quelque nature que ce soit au voisinage d’installations électriques. À la suite du décret de 1988, sont nées les prescriptions NF C18-510 relatives à la sécurité des personnes approchant les circuits électriques. Les décrets 2010-1016, 2010-1017 et 2010-1018 font référence en jurisprudence actuellement.

La Programmation pluriannuelle de l'énergie cadre la programmation du secteur de l'électricité (et le mix énergétique)

En Belgique, les installations électriques réalisées à partir du 10 mars 1981, doivent satisfaire les conditions du règlement général sur les Installations électriques (RGIE). Les installations réalisées avant cette date sont réglementées par le règlement général pour la protection du travail (R.G.P.T.).

Normalisation

Il existe en France trois normalisations en électricité :

• internationale : la Commission électrotechnique internationale (CEI) ;
• européenne : le Comité européen de normalisation en électronique et en électrotechnique (CENELEC) ;
• française : l’Union technique de l'électricité (UTE).

La normalisation en France est réglementée par la loi du 24 mai 1941, qui a créé l’Association française de normalisation (AFNOR) et définit la procédure d’homologation des normes. Le décret d'application de cette loi est le décret n^o 2009-697 du 16 juin 2009.

Par ailleurs, une norme homologuée peut être rendue d’application obligatoire par arrêté, mais cette procédure n’a été jusqu’à présent que peu utilisée en électricité, sauf en ce qui concerne la sécurité : (NF C18-510, NF C15-100 et NF C13-200).

Il existe deux grandes familles de normes qui visent d’une part, la construction du matériel électrique et d’autre part, la réalisation des installations électriques. Une loi du 30 décembre 2006 rend obligatoire un diagnostic immobilier pour le contrôle des installations domestiques existantes de plus de 15 ans, obligatoire depuis le 1^er semestre 2008. Une nouvelle norme est sortie en août 2007 pour le contrôle de ces installations dans le cadre de ce diagnostic.

Les principales normes de réalisation sont :

• la NF C 15-100 : installations électriques à basse tension ;
• la NF C 13-100 : postes de livraison ;
• la NF C 13-200 : installations électriques à haute tension ;
• la NF C 14-100 : installations de branchement (basse tension).

Exposition universelle de 1900, L'Électricité de Louis-Ernest Barrias.

Les principales normes de conception sont :

• la NF C 20-010 : classification des degrés de protection procurés par les enveloppes ;
• la NF C 20-030 : règles de sécurité relatives à la protection contre les décharge électrique ;
• la NF C 71-008 : baladeuses et éclairage de chantier.

La norme expérimentale de contrôle des installations existantes :

• La XP C 16-600 : état des installations électriques des immeubles à usage d'habitation de février 2011 a été annulée le 27 novembre 2016.

Dans l'art

• À l'Exposition universelle de 1889, la monumentale allégorie de L'Électricité du sculpteur Louis-Ernest Barrias borde l'entrée de la galerie des machines. L'œuvre sera à nouveau présentée à l'Exposition universelle de 1900.
• En 1936-37, l'artiste Raoul Dufy réalise l'une des plus grandes fresques au monde (10 × 64 m) sur le thème de La Fée Électricité (conservée au musée d'art moderne de la ville de Paris).

Voir aussi

Bibliographie

• Jean Daujat, Origines et formation de la théorie des phénomènes électriques et magnétiques,, Hermann & co, 1945, 530 p.
• Gérard Borvon, Histoire de l'électricité de l'ambre à l'électron, Paris, Vuibert, coll. « Va savoir! », 2009, 266 p. (ISBN 978-2-711-72492-5, OCLC 495269482, présentation en ligne, lire en ligne)

Articles connexes

• Accumulateur électrique
• Compatibilité électromagnétique
• Électrocinétique
• Empreinte carbone de l'électricité
• Énergie solaire photovoltaïque
• Marché de l'électricité
• Paquet climat-énergie
• Pile à combustible
• Smart grid
• Vitesse de l'électricité
• Grillage avertisseur

Liens externes

• « Idées reçues en électricité », sur La Main à la pâte (consulté le 12 avril 2019)
• Axel Engstfeld, La grande bataille de l'électricité, film historique en cinq parties, Dailymotion [vidéo]