ÉLECTRICITÉ INDUSTRIELLE ÉLECTRICITÉ STATIQUE

Connaissance et Maîtrise des Phénomènes Physiques et Chimiques ÉLECTRICITÉ INDUSTRIELLE Ingénieurs en Sécurité Industrielle ÉLECTRICITÉ STATIQUE I - CHARGES ÉLECTRIQUES... 1 1 - Électrisation d un corps...1 2 - Nature des charges électriques...3 3 - Force - Potentiel - Champ électrostatique...6 4 - Condensateur - Énergie emmagasinée...7 II - MANIFESTATION DU PHÉNOMÈNE D ÉLECTRICITÉ STATIQUE... 8 1 - Apparition des charges électriques...8 2 - Facteurs favorisant la formation d étincelles...9 3 - Exemples typiques d électrisations...9 4 - Types de décharge...12 III - DANGER D UNE DÉCHARGE ÉLECTROSTATIQUE... 14 IV - MESURES GÉNÉRALES DE PROTECTION CONTRE L ÉLECTRICITÉ STATIQUE... 16 1 - Mesures préventives...16 2 - Mesures curatives...16 3 - Exemples de mise à la terre et liaisons équipotentielles...20 4 - Précautions dans les opérations d exploitation...21 Ce document comporte 22 pages SE FEU - - Rév. 1 08/06/2005

1 I - CHARGES ÉLECTRIQUES 1 - ÉLECTRISATION D UN CORPS a - Expériences Un bâton d ébonite, tenu à la main et frotté avec une fourrure ou avec un tissu de laine, de soie, de fibres synthétiques, acquiert la propriété d attirer les corps légers sur la partie frottée (figure cidessous) ; on dit qu il s électrise par frottement. Le bâton d ébonite, électrisé par frottement, attire de petits morceaux de papier. D SEC 3069 A On peut répéter l expérience en frottant de la même façon un bâton de verre, une règle ou un stylo en matière plastique. Par exemple, si la poussière a tendance à adhérer sur la surface d un disque de musique, c est parce que le frottement de tête de lecture a électrisé la matière plastique du disque. D autre part, une tige métallique, en cuivre ou en laiton, bien que très énergiquement frottée avec la même fourrure ou le même tissu, n attire pas les corps légers lorsqu elle est tenue à la main (figure cidessous) ; par contre, elle s électrise sur toute sa surface quand on la tient par l intermédiaire d un manche en ébonite, en verre ou en matière plastique. Métal Métal Poignée en ébonite D SEC 3069 B

2 b - Interprétation On admet que les forces qui attirent ainsi de très légers objets sur les corps électrisés ont leur origine dans l apparition, à la surface de ces corps, de petites quantités d électricité, encore appelées des charges électriques. Dans les corps tels que l ébonite, le verre, les matières plastiques, ces charges électriques ne peuvent pas se déplacer (ou ne se déplacent que très difficilement), on dit que ces corps sont des isolants (ou de mauvais conducteurs de l électricité). Par contre, un métal comme le cuivre ou l aluminium, ou encore un alliage métallique comme le laiton, les charges électriques se déplacent facilement ; on dit que ces corps sont de bons conducteurs de l électricité ou, plus brièvement, des conducteurs. Tous les autres corps sont plus ou moins conducteurs ou plus ou moins isolants. Le corps humain, par exemple, est légèrement conducteur, c est pourquoi un homme ressent le passage d un courant électrique. c - Les deux espèces d électricité En a, après avoir électrisé par frottement les extrémités E et E de deux bâtons d ébonite, on place l un de ces bâtons sur un étrier léger suspendu à un fil fin. On approche de l extrémité électrisée E, du bâton suspendu, l extrémité électrisée E de l autre bâton : on constate qu elles se repoussent. En b, on remplace sur l étrier le bâton d ébonite par un bâton de verre dont la partie V a été électrisée par frottement avec du drap, puis on approche de V l extrémité E du bâton d ébonite tenu à la main : on observe cette fois une attraction. Enfin en c, si on approche de V la partie électrisée V d un autre bâton de verre tenu à la main, on observe de nouveau une répulsion. E E' V E' V V' Ébonite Verre Ébonite Ébonite a b c Verre D SEC 3070 A Ces expériences conduisent aux conclusions suivantes : - les charges électriques apparaissant sur le verre et sur l ébonite sont d espèces différentes. Par pure convention, il a été décidé d appeler électricité positive celle qui apparaît sur le verre et électricité négative celle qui apparaît sur l ébonite - deux corps chargés d électricité de la même espèce se repoussent. Deux corps chargés d électricité d espèces différentes s attirent

3 Il est à noter que l électrisation d un corps peut se faire de plusieurs façons : - par frottement comme il vient d être vu - par contact entre un corps électrisé et un autre. Après séparation des deux corps, le second se retrouve électrisé par de l électricité de même espèce que la première - par influence en approchant, sans le toucher, un corps électrisé d un second corps, celui-ci se charge d électricité d espèce opposée à la première 2 - NATURE DES CHARGES ÉLECTRIQUES La nature de l électricité est à rechercher dans la constitution de la matière. Tous les corps sont formés par des assemblages d atomes, particules extrêmement petites qui se comptent par milliers de milliards dans la moindre parcelle de matière. Chaque atome est constitué par un noyau, chargé d électricité positive, autour duquel gravitent un nombre variable d infimes granules d électricité négative que l on appelle des électrons. Dans toutes les opérations ordinaires de la physique et de la chimie, les noyaux des atomes demeurent inaltérés, ils conservent donc intégralement leur charge électrique positive. Par contre, sous diverses influences, l atome peut céder ou, au contraire, fixer un ou plusieurs électrons. À l état normal, un atome est électriquement neutre parce que la charge négative que représente l ensemble de ses électrons est égale en valeur absolue à la charge positive de son noyau. Si on enlève des électrons à un corps, la charge positive globale des noyaux de tous ses atomes n est plus exactement neutralisée par la charge négative globale des électrons restants et le corps s électrise positivement. Il s électrise au contraire négativement si on lui apporte un supplément d électrons. La couche externe du cortège d électrons ne comporte jamais plus de 8 électrons et elle est très souvent incomplète. Aussi, les atomes ont-ils tendance soit à se libérer des électrons de la dernière couche lorsqu ils sont en faible quantité (1, 2 ou 3 par exemple), soit au contraire à en capter lorsqu ils sont en nombre proche de 8 (5, 6 ou 7 par exemple) de façon à obtenir une couche externe portant 8 électrons, comme c est le cas pour les gaz inertes (hélium, néon, argon, krypton, xénon, radon). Ainsi, toute électrisation apparaît comme un transfert d électrons : - une charge négative est un excès d électrons - une charge positive est un défaut d électrons a - Conducteurs métalliques Les métaux et leurs alliages sont constitués par un enchevêtrement de petits cristaux dans lesquels les atomes sont ordonnés géométriquement dans un réseau cristallin. Ces atomes métalliques perdent facilement un ou plusieurs électrons périphériques, qui demeurent à l intérieur du réseau et y circulent en tous sens de façon désordonnée ; on les appelle les électrons libres du métal. Cette possibilité, pour des électrons, de se déplacer facilement dans les espaces vides qui séparent les atomes d un métal, explique l impossibilité d électriser une tige métallique que l on tient à la main. Si le frottement fait passer un excédent d électrons sur une partie de la tige, ils se dispersent aussitôt dans le sol, par l intermédiaire de la tige et du corps de l expérimentateur.

4 b - Isolants On considère par exemple l électrisation d un bâton d ébonite que l on frotte avec un tissu de soie ; des électrons, arrachés au tissu par le frottement, passent sur le bâton ; de ce fait, l ébonite s électrise négativement pendant que la soie s électrise positivement, les charges qui apparaissent ainsi de part et d autre étant égales en valeur absolue. Le fait que l excédent d électrons reçu par le bâton ne s écoule pas dans la main de l opérateur, montre que dans un isolant les électrons ne peuvent pas se déplacer (ou ne se déplacent que très difficilement). C est pour la même raison que les charges positives apparentes du tissu de soie restent localisées aux points où le frottement a extrait des électrons, ceux-ci ne pouvant être remplacés par des électrons provenant d atomes voisins. Dans un isolant, il n y a quasiment pas d électrons libres et, de plus, ils se déplacent très difficilement. Une classification peut être faite en se basant sur les valeurs des résistivités des matériaux : - conducteurs : ρ 10 11 Ω. cm - isolants : ρ > 10 11 Ω. cm Quelques valeurs de résistivité sont indiquées ci-après. Hydrocarbures saturés Ω. cm Hexane 1 10 18 Cyclohexane 1 10 18 Heptane 1 10 18 Autres hydrocarbures 10 11 à 10 15 Hydrocarbures benzéniques Benzène 2,2 10 16 Xylène 1 10 15 Toluène 1 10 14 Bromobenzène 9 10 10 Chlorobenzène 1 10 9 Hydrocarbures halogénés Cétones Alcools Tétrachlorure de carbone 2,5 10 17 Dichlorométhane 2,3 10 10 Chloroforme 1 10 14 Dibromoéthane 5 10 9 Dichloroéthane 3,3 10 9 Chlorure d éthyle 3,3 10 8 Bromure d éthyle 5 10 7 Acétophénone 1,5 10 8 Acétone 1,7 10 7 Butanone 1 10 7 Alcool éthylique 7,4 10 8 Glycérol 1,7 10 7 Isobutanol 1,2 10 7 Alcool méthylique 2,3 10 6 Alcool benzylique 2 10 6 Glycol 8,6 10 5 Alcool propylique 2,8 10 3 Isopropanol 2 10 5

5 Aldéhydes Éthers Acides Esters Divers Benzaldéhyde 2 10 6 Aldéhyde éthylique 6 10 5-8,3 10 5 1,4 dioxanne 2 10 14 Anisole 1 10 13 Diéthyléther 1 10 12 Phénétol 1 10 8 Acide propionique 1 10 9 Acide acétique 4,2 10 7-8,9 10 8 Acide formique 8 10 3 Benzoate de propyle 1 10 9 Acétate d éthyle 3,3 10 8-1 10 9 Acétate de vinyle 1 10 8 Formiate d éthyle 3 10 6 Formiate de méthyle 5 10 5 Benzoate de méthyle 7,3 10 4 Formiate de propyle 2 10 4 Sulfure de carbone 1,6 10 13-3 10 13 Phénol 3,3 10 7-10 8 Aniline 4,2 10 7 Pyridine 2,5 10 7 Acétonitrile 2 10 7 Benzonitrile 2 10 6 Formamide 5 10 5 Sols Asphalte 1 10 12 Moquette 1 10 8-1 10 12 Béton 1 10 7

6 3 - FORCE - POTENTIEL - CHAMP ÉLECTROSTATIQUE Deux charges électriques q et q, éloignées d une distance r et supposées dans le vide absolu, subissent une force. Dans le vide : F = 1 ε o qq r 2 La force est attractive si les charges sont de signes opposés, elle est répulsive si les charges sont de même signe. La constante ε o est une caractéristique du vide. Lorsque les charges sont dans un milieu autre que le vide, la force est réduite d un facteur ε, appelé constante diélectrique du milieu. Dans un milieu : F = 1 εε o qq r 2 Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs de constantes diélectriques. Constantes diélectriques Air 1 Hydrocarbures 2,02 à 2,19 Benzine 2,2 Benzol 2,38 Asphaltes, brai 2,7 Caoutchouc vulcanisé 2,8 à 3,1 Verre 3 Métaux 3 à 4 Alcools 16 à 31 Eau 81 Plastiques Phénoplastes 5 Aminoplastes 5 à 7 Polystyrène 2,5 à 2,7 Polythène 2,25 à 2,3 Chlorures de polyvinyle 4,9 à 5,6 Polyamides 4 à 5 La présence de charges électriques différentes crée une différence de potentiel, exprimée en volt. d.d.p. (Volts) D SEC 3117 A

7 L espace avoisinant des charges électriques se trouve influencé par celles-ci : on définit, par exemple, entre deux plaques chargées, distantes d une quantité d, un champ électrostatique, ici uniforme, dont la valeur est : E = d.d.p. distance = V AB d en V/cm d E A B d.d.p = V AB (Volts) D SEC 3118 A Le champ électrostatique représente l électrisation de l espace. Plus le nombre de charges augmente, plus la différence de potentiel V AB augmente, et plus le champ électrostatique E augmente. Dans tout isolant, il y a un maximum appelé champ disruptif, où apparaît un claquage se traduisant souvent par une étincelle de décharge. Pour l air, le champ disruptif moyen est d environ 30 kv/cm. 4 - CONDENSATEUR - ÉNERGIE EMMAGASINÉE Deux plaques séparées par un isolant forment un condensateur. A D SEC 3119 A La quantité de charge + ou que le condensateur est capable d accumuler s appelle la charge Q (en Coulombs. B Elle dépend de la d.d.p. V AB appliquée entre les plaques A et B et d une grandeur caractéristique du condensateur, appelée capacité C, dont l unité est le Farad. Q = C V AB (Cb) (F) (V) La charge Q représente une sorte de stockage d électricité, malheureusement guère utilisable. Si S est la surface des plaques en regard et la distance d qui les sépare, la capacité s exprime par : C = ε o ε S d en Farad où ε est la constante diélectrique du milieu situé entre les plaques.

8 L énergie emmagasinée dans un condensateur s exprime par : W = 1 2 CV2 AB (en Joule) Si la d.d.p. V AB atteint une valeur telle que le champ E = V AB /d est disruptif, le condensateur se décharge à travers l isolant, qui est alors en général détruit : c est le claquage. Si l isolant est de l air, il s ionise et laisse passer les charges brutalement ; il y a étincelle dont l énergie est 1 2 CV2 AB. Dans ce cas l isolant (l air) se reconstitue après refroidissement. II - MANIFESTATION DU PHÉNOMÈNE D'ÉLECTRICITÉ STATIQUE 1 - APPARITION DES CHARGES ÉLECTRIQUES Quand deux substances différentes 1 et 2 sont mises en contact, une migration d'électrons d'une des substances vers l'autre, va se produire. Au moment de la séparation qui suivra la mise en contact, certains électrons reprendront leur place dans la substance de départ, d'autres ne le pourront pas. Ces derniers sont la cause de la création d'une différence de potentiel qui va croître en même temps que la distance qui sépare les deux substances. Contact a) b) c) MATÉRIAU 1 MATÉRIAU 1 Séparation MATÉRIAU 1 MATÉRIAU 2 MATÉRIAU 2 MATÉRIAU 2 Électriquement neutre Transport de charge Excès de charge D SEC 3120 A Une étincelle jaillit quand cette différence de potentiel atteint la tension de claquage dans l'air. Le mécanisme d'électrisation n'a pas lieu exclusivement par contact-séparation mais aussi par influence d'un champ électrique : voisinage d'une masse chargée électriquement avec une autre initialement neutre.

9 2 - FACTEURS FAVORISANT LA FORMATION D'ÉTINCELLES Les facteurs favorisant la formation d'une étincelle, ou tout au moins l'apparition de différence de potentiel sont les suivants : - la différence des constantes diélectriques accentue la quantité de charges électriques échangées entre deux surfaces en contact - l'électricité statique est un phénomène superficiel. Son importance croît avec la surface développée par le produit, pour un volume donné : c'est le cas des poussières, des brouillards, des aérosols. - une résistivité élevée (ρ > 10 11 Ω. cm) est un obstacle à la mobilité des charges, ce qui les empêche de réintégrer leur produit d'origine et augmente donc le potentiel après séparation des surfaces - une vitesse élevée de séparation des surfaces peut ne pas laisser le temps aux charges électriques de regagner leur matériau d'origine 3 - EXEMPLES TYPIQUES D ÉLECTRISATIONS Un liquide non-conducteur s écoule d un tube de métal (effet de séparation). Le liquide se charge. La charge excédentaire du tube de métal s échappe par la mise à terre. D SEC 3121 A Un liquide non-conducteur est brassé dans un réacteur (effet de séparation près de la paroi). Le liquide, le réacteur et le brasseur se chargent. Les charges du réacteur et du brasseur s échappent par la mise à terre. D SEC 3122 A

10 Une personne marche avec des semelles isolantes sur un tapis de Nylon ou sur un sol plastifié (effet de séparation entre semelle et sol). La personne se charge, car les charges ne peuvent s échapper que lentement. D SEC 3131 A D SEC 3130 A De la poudre s écoule dans un sac en plastique (effet de séparation). La poudre, le sac et le nuage de poussière se chargent. Les charges ne s échappent que lentement. Un liquide non-conducteur ou une poudre circule dans une conduite de verre ou de plastique (effet de séparation près de la paroi). Le tube, les brides et le contenu du tube se chargent. Les charges ne s échappent que lentement. D SEC 3133 A D SEC 3132 A Une feuille de plastique ou de papier est déroulée (effet de séparation). La feuille déroulée et le rouleau se chargent. Les charges ne s échappent que lentement.

11 Valeur de tensions rencontrées dans la pratique Tensions (volt) Personne marchant avec des chaussures à semelles en caoutchouc 1000 Personne marchant sur un tapis, avec des chaussures à semelles en caoutchouc Surface libre d un carburant dans un grand réservoir lors d un remplissage rapide 14000 100000 Brides d une conduite en verre dans laquelle coule du toluène 15000 Brides d un éjecteur à vapeur 15000 Fibres synthétiques, lors de leur façonnage 9000 Feuilles de chlorure de polyvinyle, lors de leur fabrication 2000 Papier dans les machines à papier Jusqu à 135000 Papier dans des presses hélio 80000 Caoutchouc dans des machines à enduire 20000 Caoutchouc dans des machines à découper 150000 Plaques de celluloïd, lors du déballage 25000 Celluloïd lors de frottement 40000 Courroies de transmission à une vitesse de 3 m/s 25000 de 10 m/s 50000 Benzol s écoulant dans un tuyau de fer 3500 Benzine tombant librement 4000 Gaz sortant de bouteilles à gaz comprimé 9000 Encaustique liquide circulant à l aide d une pompe 125000 Sol asphalté passé à la cireuse 5000

12 4 - TYPES DE DÉCHARGE Les matériaux et les atmosphères ambiantes n'étant pas des isolants parfaits, toute apparition d'une charge électrostatique est suivie d'un processus plus ou moins long de décharge, tendant à retrouver un équilibre. Ce processus qui obéit à une loi exponentielle dépend de la résistance interne de la matière (dépendante elle-même de la tension) ainsi que de la résistance générale par rapport à la terre de l'objet considéré. Pour des plastiques l'équilibrage des charges peut durer des heures voire des jours. Une décharge disruptive apparaît lorsque l'intensité du champ électrique atteint la valeur maximum acceptée par le matériau ou l'atmosphère ambiante. Par exemple la tension de claquage de l'air est d'environ 30 kilovolts/cm. Les décharges peuvent être classées en différents types : - décharge par étincelle décharge entre deux conducteurs effet lumineux qui remplit complètement l'espace entre les deux conducteurs décharge brusque rayon de courbure type des conducteurs : 5 cm + D SEC 3123 A Rayon de courbure 5 cm - décharge en aigrette décharge entre un conducteur et une surface chargée conductrice ou non conductrice ou un nuage chargé l'effet lumineux part du conducteur à l'endroit de la plus grande intensité de champ et prend fin dans l'espace intermédiaire plusieurs décharges courtes et successives produisent un effet d'aigrette rayon de courbure type : environ 0,5 cm + D SEC 3124 A Rayon de courbure 0,5 cm

13 - décharge de pointe (décharge corona) décharge entre une pointe conductrice et une surface chargée conductrice ou non, ou un nuage chargé effet lumineux en couronne (corona) seulement autour de la pointe conductrice décharge continue rayon de courbure type < 1 mm + D SEC 3125 A Pointe - décharge de surface Comme autre type de décharge on distingue encore la décharge de surface. Elle se produit à la surface de matières isolantes très fortement chargées. Sphère métallique Feuille isolante posée sur une base conductrice mise à la terre D SEC 3126 A

14 III - DANGER D'UNE DÉCHARGE ÉLECTROSTATIQUE La décharge électrostatique peut être une source d'inflammation lorsque l'énergie libérée est égale ou supérieure à l'énergie d'inflammation minimum du mélange combustible présent. Pour qu'un mélange soit combustible, il faut que sa concentration (matière combustible par rapport à l'oxygène) se trouve entre la limite inférieure et la limite supérieure d'inflammabilité. Au-dessus des liquides le mélange n'est combustible que lorsque la température du liquide est supérieure à son point éclair. Dans le cas d'aérosols, il faut tenir compte du fait que la température des gouttelettes, par suite de leur faible capacité calorifique, peut s'élever très rapidement au-dessus du point éclair. La probabilité de rencontre d'une atmosphère explosive et d'une décharge d'une énergie suffisante est en général faible. Il est de ce fait parfaitement possible qu'une action dangereuse ait pu s'effectuer pendant des années sans conséquence et que brusquement il se produise un accident. L'énergie libérée dans une décharge dépend entre autres de la nature de la décharge. La moins dangereuse étant la décharge de pointe (ou décharge corona), car un équilibrage des charges commence déjà alors que la pointe se trouve à une relativement grande distance de l'objet chargé. L'énergie libérée brusquement se trouve de ce fait fortement réduite. Au contraire, deux grandes sphères se rapprochant l'une de l'autre se déchargent brusquement en libérant la totalité de l'énergie emmagasinée sous la forme d'une étincelle capable d'allumer un mélange gazeux ou des poussières. Les décharges en aigrettes se situent à mi-chemin entre ces deux extrêmes. Énergie d'allumage minimale (voir tableau suivant) L'énergie minimale pour obtenir l'inflammation d'un mélange d'air et de vapeurs d'hydrocarbures est comprise entre 0,2 et 0,8 millijoules suivant la nature du produit. L'énergie minimale pour enflammer un mélange d'air et de poussière est comprise entre 10 et 100 millijoules suivant la nature des poussières en suspension dans l'air. Il faut savoir que le corps humain chargé peut provoquer en touchant un conducteur une énergie disruptive qui peut atteindre 50 à 100 millijoules. De plus, le seuil de détection sensorielle est de l'ordre de 1,5 millijoule. On en déduit donc qu'une personne chargée peut provoquer l'inflammation d'un mélange air-vapeur d'hydrocarbure sans s'en apercevoir puisqu'il suffit d'une énergie de l'ordre de 0,5 millijoule inférieure au seuil de perception sensorielle.

15 Énergie (m/j) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 9 8 7 6 5 4 3 2 Vapeurs Énergie minimale d'inflammation Poussières Silicium Cellulose Farine de blé Polyéthylène Polypropylène Polyuréthane Polystyrène Aluminium en poudre Sensation ressentie par une personne Secousse légère Picotement vif Picotement léger Détectable 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Essence Acétone Méthane Benzène Hexane Éther cyclopropane Indétectable 0,1 Éthylène Hydrogène (0,02) Sulfure de carbone (0,009) D SEC 3129 A

16 IV - MESURES GÉNÉRALES DE PROTECTION CONTRE L'ÉLECTRICITÉ STATIQUE 1 - MESURES PRÉVENTIVES a - Au niveau de la fabrication ou du procédé Utiliser au maximum des équipements bons conducteurs électrostatiques. Les pièces en caoutchouc ou en matières plastiques sont à traiter si possible dans la masse pour les rendre suffisamment conductrices En ce qui concerne le transport des liquides et des pulvérulents isolants, les conduites doivent être conductrices et aussi directes que possible c'est-à-dire avec des coudes à grand rayon par exemple. Le remplissage des réservoirs doit se faire par un tuyau arrivant à la partie inférieure afin d'éviter les chutes de liquide isolant génératrices d'électricité statique. La règle générale pour éviter l'apparition des charges est de diminuer les frottements et les pressions entre les corps isolants transportés et les parois de la machine ; une réduction de la vitesse de transport des liquides et pulvérulents est donc un facteur de diminution des charges statiques. b - Au niveau des locaux Les sols et les parois des locaux à risque d'incendie ou d'explosion sont à rendre conducteurs, au moins par un revêtement non isolant relié à des surfaces conductrices à la terre. c - Au niveau de l'habillement du personnel Utiliser des vêtements et des chaussures non isolants : interdire les fibres synthétiques par exemple, ou la laine. 2 - MESURES CURATIVES Les mesures curatives ont pour but d'éliminer l'électricité statique dont on n'a pas pu empêcher la formation par des mesures préventives. Les mesures classiques sont : - mise à la terre et liaison équipotentielle pour les corps conducteurs - augmentation de la conductibilité des corps isolants dans leur masse ou en surface - augmentation de la conductibilité de l'air par ionisation a - Mise à la terre et liaisons équipotentielles L'élimination des charges statiques se trouvant dans les corps conducteurs est facile à réaliser puisqu'il suffit de les relier à la terre. Certains ensembles métalliques sont reliés à la terre par construction (charpentes métalliques, tuyauteries d'eau, etc.). Il s'ensuit que les machines qui sont boulonnées sur les ensembles précédents seront elles-mêmes en principe reliées à la terre ; il faut toutefois se méfier de certaines pièces boulonnées après peinture ou de certains joints isolants entre deux brides de tuyauteries qui empêchent une bonne conductibilité électrique malgré les boulons de serrage.

17 Dans les locaux à danger d'incendie et d'explosion, il faut assurer la continuité électrique des joints douteux par un pontage réalisé en conducteur cuivre ou en feuillard d'acier inoxydable. Pour les ensembles métalliques manifestement isolés du sol il faut les relier à une prise de terre par un conducteur en cuivre ou inox. Les liaisons équipotentielles consistent à relier électriquement entre elles toutes les masses locales. Il faut bien considérer que la mise à la terre des éléments métalliques n'est pas la panacée et permet simplement l'écoulement des charges se trouvant dans ces corps. Cette méthode n'empêche pas la décharge disruptive entre un corps isolant chargé situé à proximité d'un corps métallique mis à la terre et elle la favorise même dans certains cas. Exemple d application Supposons qu'un liquide isolant stocké dans un réservoir R s'écoule, au moyen d'une canalisation conductrice mise à la terre, dans un récipient conducteur isolé de la terre. R A B C Isolant D SEC 3127 A Par frottement au contact des parois de la canalisation d'amenée, le liquide se charge et entraîne des charges, par exemple négatives, qui s'accumulent dans le récipient ; l'ensemble de ces charges constitue le corps A. Par influence, la paroi interne du récipient, qui constitue le corps B, se charge positivement tandis que des charges négatives apparaissent sur la paroi externe. Une personne C en liaison avec le sol et située dans le voisinage du récipient, accumule par influence des charges positives. Dans cet exemple, il existe toujours une probabilité pour que le champ électrique présent entre B et C, atteigne une valeur critique. Si l'atmosphère dans le voisinage de B et C est chargée de poussières ou de vapeurs de solvant, il y a risque d'explosion.

18 Si maintenant le récipient B est mis à la terre : R A B C Isolant D SEC 3127 B Les charges négatives de B s'écoulent à la terre entraînant la disparition du champ électrique qu'elles créaient entre B et C, de ce fait les charges positives portées par C disparaissent ; seul subsiste le champ électrique entre A et B. La MISE À LA TERRE du récipient B SUPPRIME LE CHAMP ÉLECTRIQUE qui existait précédemment entre celui-ci et une personne située dans son voisinage immédiat, excluant ainsi la possibilité d'une décharge disruptive à l'extérieur du récipient sans toutefois exclure la possibilité d'une décharge partielle ou totale à l'intérieur du récipient B. b - Augmentation de la conductibilité des matières isolantes La grosse difficulté pour l'écoulement des charges statiques dans les matières isolantes réside dans le fait que ces charges sont ponctuelles et ne peuvent ni se déplacer, ni se regrouper, ni s'écouler puisque la matière est réputée "isolante". Il existe deux méthodes pour augmenter la conductibilité des matières isolantes. La première consiste à ajouter à la fabrication des poudres conductrices (noir de carbone, graphite, etc.). La deuxième méthode consiste à rendre la matière conductrice en surface et on trouve à nouveau les deux procédés suivants : Augmentation de l'humidité relative de l'air Un taux d'humidité relative de l'air de 70 % empêche toute manifestation d'électricité statique puisque les charges éventuelles s'écoulent au fur et à mesure de leur formation. Cette humidité agit en rendant les corps isolants conducteurs en surface et non pas en diminuant la résistivité de l'air.

19 D'une façon générale l'humidification de l'air est la méthode la plus simple, la plus sûre et la plus efficace pour l'élimination de l'électricité statique ; elle présente l'avantage de traiter tout le volume du local considéré. Pour les locaux à danger d'incendie et d'explosion il faut bien entendu contrôler en permanence le taux d'humidité de l'air et déclencher une alarme si ce taux descend en-dessous de la valeur critique. Utilisation de produits dits "antistatiques" Les produits antistatiques ont pour but de créer à la surface des corps isolants une pellicule conductrice ; ce sont des liquides qu'on applique au pinceau ou par pulvérisation. Ces produits ont l'inconvénient d'être instables dans le temps et de se diluer à l'eau ; il faut donc renouveler périodiquement les applications, ce qui peut être assez onéreux lorsqu'il s'agit de grandes surfaces. c - Augmentation de la conductibilité de l'air par ionisation De l'air ionisé est composé d'un nombre égal d'ions positifs et d'ions négatifs, il est devenu conducteur. Ionisé à proximité d'un matériau chargé, l'air neutralisera les charges et. Les appareils ionisant l'air sont ici appelés éliminateurs de charges, et sont de différents types : éliminateurs à haute tension, où une forte tension alternative (10 à 15 kv) est appliquée entre des pointes métalliques et la terre, éliminateurs radioactifs, où un élément radioactif ionise l'air avoisinant. Tous ces appareils, bien qu'efficaces, sont assez dangereux par nature et exigent donc d'importantes précautions d'emploi. Éliminateur D SEC 3128 A

20 3 - EXEMPLES DE MISE À LA TERRE ET LIAISONS ÉQUIPOTENTIELLES a - Équipements et opérations concernés Ces liaisons équipotentielles et les mises à la terre concernent : - les capacités (ballons, colonnes, bacs, ) - les tuyauteries : entre brides la continuité électrique est assurée par des tiges filetées ou par pontage - les flexibles dont la continuité électrique doit être assurée - les courroies d'entraînement de machines qui doivent être rendues conductrices par incorporation de fils métalliques ou par utilisation de caoutchouc conducteur - les opérations de chargement ou déchargement de wagons-citernes Liaison équipotentielle entre les tuyauteries et la tubulure du wagon citerne Liaison équipotentielle et mise à la terre des tuyauteries de déchargement et des rails D SEC 1137 A - les opérations de chargement ou déchargement d'un camion citerne Dispositif de mise à la terre D MEQ 126 D De plus, les camions citernes se chargent d'électricité statique par frottements de l'air. Il y a donc lieu de les "décharger" par mise à terre avant toute opération de chargement.

21 - les chargements ou soudages de fûts Liaison équipotentielle ou contact permanent entre fûts bec et seau D SEC 1139 A 4 - PRÉCAUTIONS DANS LES OPÉRATIONS D'EXPLOITATION Quelle que soit l'efficacité de la mise à la terre et des différentes liaisons équipotentielles, quelques grandes règles sont à observer : - avant l'accès sur les bacs de produits faiblement conducteurs pour des opérations de jaugeage, d'échantillonnage respecter les temps de relaxation suivants : Bacs à toit flottant Bacs à toit fixe Bacs à écran interne Bacs avec couverture ou "blanketting" Attendre plusieurs heures après flottaison du toit Attendre 30 min après fin remplissage Attendre la flottaison de l'écran Aucun danger - éviter d'introduire des pièces métalliques dans une capacité - ne pas transférer des produits très mauvais conducteurs à des vitesses élevées (1 m/s est souvent le maximum recommandé) - ne pas remplir "en pluie" les camions et les wagons-citernes : le remplissage à vitesse maximum ne doit s'effectuer que lorsque la canne est immergée. Ne pas les jauger au "sabre" - dans le cas de fluides très mauvais conducteurs (kérosène, essence, ) éviter de les mélanger avec de l'air, de les déplacer à l'eau, de les pomper lorsqu'ils sont mélangés avec de l'eau - lors d'un nettoyage au jet de vapeur assurer l'équipotentialité du tuyau souple, des conduits de vapeurs et du récipient aucun objet conducteur isolé ne doit se trouver à l'intérieur du récipient pendant le nettoyage au début de l'opération, limiter la vitesse d'éjection jusqu'à ce que la plus grande partie de l'air contenu dans le réservoir soit remplacée par la vapeur augmenter le débit progressivement jusqu'à la vitesse désirée