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Exposé électricité I- L’histoire de l’électricité L’histoire de l’électricité a débuté il y a 2 600 ans en Grèce. C’est Thalès de Milet qui la découvre et la produit en frottant de l’ambre (résine fossile de couleur jaune à orangée) sur des poils de chat, ce qui lui permet de comprendre que le mor...

Exposé électricité I- L’histoire de l’électricité L’histoire de l’électricité a débuté il y a 2 600 ans en Grèce. C’est Thalès de Milet qui la découvre et la produit en frottant de l’ambre (résine fossile de couleur jaune à orangée) sur des poils de chat, ce qui lui permet de comprendre que le morceau d’ambre attire les corps légers comme les cheveux ou les poussières : il découvre ainsi l’électricité statique. Au 18e siècle, à l’époque des lumières, plusieurs savants commencent à faire des expériences sur l’électricité, comme l'abbé Nollet à Versailles. En effet, il fascine le public et ses démonstrations électriques deviennent de véritables spectacles, avec parfois des expériences interactives. Mais c’est seulement en 1800 qu’un Italien, Alessandro Volta, invente la pile électrique, une technologie à l’origine de l’électricité telle que nous la connaissons aujourd’hui. Il la produit en mettant en contact deux matériaux différents qui sont reliés par un conducteur ce qui permet de fabriquer de l’électricité. Plus généralement, on voit que l’histoire de l’électricité est jalonnée de découvertes théoriques et d’expérimentations qui conduiront progressivement à la généralisation de son utilisation. Par exemple en 1745 avec la découverte de la bouteille de Leyde qui s’avère être l’ancêtre du condensateur. Elle fut réalisée la première fois dans la ville de Leyde aux Pays Bas par Pieter van Musschenbroek, Allaman et Cuneus qui essayaient d'électriser l'eau contenue dans une bouteille. La première application de ce condensateur était de donner des commotions (chocs électriques) au public lors de foires. La bouteille de Leyde était donc un condensateur (appareil permettant d'accumuler de l'énergie électrique) formé de deux conducteurs séparés par le verre de la bouteille. Le premier conducteur était généralement constitué d'une électrode (Conducteur par lequel le courant arrive ou sort.) supérieure, reliée à des feuilles en étain (métal blanc grisâtre) chiffonnées qui étaient contenues dans la bouteille par une petite chaîne. Le second conducteur était formé par une feuille métallique qui enveloppait la bouteille. Les faces intérieures et extérieures stockaient une charge électrique égale mais de signe opposé. L'hypothèse initiale était que l'électricité était stockée dans l'eau. De plus, durant à peu près la même époque, au 17-18ème siècles on remarque l’émergence de deux formes d’électricité : l’électricité vitrée et l’électricité résineuse, qui correspondaient respectivement à l’électricité positive et négative. On les appelait ainsi car l’électricité "vitreuse" était produite en frottant une tige de verre avec du drap et l’électricité "résineuse" parce qu'on l'obtenait en frottant un bâton de résine avec une peau de chat. Celles-ci se réfèraient aux types de charges électriques. Celle dite positive perdait des électrons et celle dite négative en gagnait. De plus, nous avons compris que les charges opposées s’attiraient et que les charges similaires se repoussaient. Cette distinction a été essentielle pour développer la compréhension moderne de l’électricité. Finalement, l’adaptation à l’électricité a joué un rôle majeur dans la deuxième révolution industrielle et a pavé la voie pour la société moderne que nous connaissons aujourd’hui. En effet : l’électricité va être l’objet de recherches poussées qui vont conduire à de nombreuses applications. Ainsi, l’américain Thomas Edison crée en 1879 la lampe à incandescence. Puis, les premières compagnies d’électricité apparaissent avec George Westhinghouse (Etats-Unis) qui fonde la Westhinghouse Electric Corporation en 1886 pour la distribution du courant. Parce qu’elle se transporte, l’électricité va peu à peu entrer dans les foyers (éclairage, appareils), changer la physionomie des villes, permettre l’essor des tramways (traction électrique) et annoncer la décadence de la machine à vapeur (création de moteurs électriques). Mais finalement c’est quoi exactement l’électricité et de manière simple ? Et bien c’est un phénomène électromagnétique (interactions entre particules chargées électriquement, qu'elles soient au repos ou en mouvement) créé par l’interaction de particules présentes dans la matière qui sont chargées positivement ou négativement et dont les effets peuvent être utilisés pour générer de l’énergie. Maintenant, pour expliquer le phénomène de l'électricité et plus précisément celui du courant électrique, il est nécessaire de savoir que la matière est en fait formée d’atomes (élément constitutif de la matière, indivisible et homogène). De plus, ces derniers possèdent des électrons chargés négativement qui tournent autour d’un noyau chargé positivement. Et de ce fait, on remarque que dans les matériaux dits “conducteurs” (matériau permettant des échanges d'énergie entre deux systèmes) comme le fil de cuivre par exemple, des électrons libres ont la capacité de passer d’un atome à l’autre et c’est ce qui crée le courant électrique. _____________________________ Les innovations majeures du 19e siècle Le 19ème siècle a été une période cruciale pour le développement de l’électricité, avec l’émergence de l’électromagnétisme comme un domaine d’étude essentiel. Des découvertes clés, telles que celle de Hans Christian Ørsted sur le lien entre électricité et magnétisme, ont révolutionné la compréhension de ces forces. Ces travaux ont conduit à d’importantes théories et expériences, établissant l’électromagnétisme comme un pilier de la physique moderne. Michael Faraday et James Clerk Maxwell sont deux noms incontournables de cette époque. Ses travaux pourraient laisser certains à penser que c’est Faraday qui a inventé l’électricité, avec sa découverte de l’induction électromagnétique. Et pour cause, il a ouvert la voie à la création de générateurs électriques et de transformateurs, éléments fondamentaux de la technologie électrique. Maxwell, quant à lui, a unifié les lois de l’électricité et du magnétisme l'arrivé de la pile voltaïque L’invention de la pile voltaïque par Alessandro Volta a marqué un tournant dans l’histoire de l’électricité. La pile voltaïque ou pile de Volta, consiste en un empilement de disques métalliques séparés par un textile imbibé d’eau. La pile voltaïque a transformé l'électricité d'une simple curiosité scientifique en un outil puissant pour l'innovation et le développement technologique Le 20e siècle et l'expansion de l'électricité L'industrialisation de l'électricité : Le 20ème siècle a été marqué par une industrialisation massive de l’électricité, transformant la société et l’économie mondiale. Cette période a vu l’émergence de centrales électriques puissantes, capables de produire de l’électricité en grande quantité. L’avènement de ces technologies a permis une distribution étendue de l’énergie électrique, ouvrant la voie à une utilisation domestique et industrielle à grande échelle L’électrification et ses impacts sociétaux : L’électrification a eu un impact profond sur la société. Elle a d’un côté fait progresser les conditions de vie, et de l’autre a stimulé le développement économique. L’électricité est devenue un moteur essentiel pour de nombreux aspects de la vie quotidienne, allant de l’éclairage domestique à la propulsion des moyens de transport publics. Cette évolution a radicalement changé la manière dont les sociétés fonctionnent, favorisant l’innovation et l’efficacité. Les avancées technologiques clés :Le 20ème siècle a également été témoin de nombreuses avancées technologiques clés dans le domaine de l’électricité. Des inventions telles que le transistor et les circuits intégrés ont révolutionné l’électronique, tandis que les développements dans les domaines de l’énergie renouvelable et de l’énergie nucléaire ont ouvert de nouvelles voies pour la production d’électricité. Ces innovations ont continué à façonner le paysage de l’électricité, rendant cette énergie plus efficace, accessible et durable. _________________________ II- Aujourd’hui : l’électricité au sein des habitations individuelles Aujourd’hui tout le monde utilise de l’électricité, entre 13 et 16 kWh par jour par foyer et nous allons voir comment aujourd’hui l’électricité peut être mise en place au sein d’une habitation individuelle. Cependant, on peut constater que mettre en place l’électricité au sein d’un habitat n’est pas toujours la chose la plus facile à faire. Ainsi, la pieuvre a été créée : son principe est simple : vous faire gagner du temps et de l'argent sur votre installation électrique. C’est une solution pour faciliter l'installation et la distribution des câblages électriques. Avec ce système, les opérations chronophages ("chronophage" est un adjectif utilisé pour décrire une tâche ou une activité qui prend beaucoup de temps.) comme le tirage des gaines, le passage des fils électriques dans les gaines et le câblage du tableau électrique (boîtier ou de coffret où s'imbrique tout un ensemble de fils électriques.)sont réalisées en amont. De plus, elles sont de plus en plus utilisées lors de la construction de maisons neuves ou lors d'une rénovation, elles sont conçues sur-mesure et permettent de faciliter l'installation électrique d'une habitation entière. Ensuite, il est également nécessaire de savoir que la norme électrique nommée NF C 15-100 oblige la présence d’une prise de terre et d‘une mise à terre dans un habitat aussi bien dans le cadre d'une création, d'une mise en conformité, que d'une mise en sécurité d'installation électrique. Ainsi, la mise à la terre est imposée depuis 1969 pour toute installation électrique de basse tension dans les locaux d’habitation neufs. En d’autres termes, toute maison et tout immeuble d’habitation construit après cette date sont a priori raccordés à la terre. À l’origine, seules les pièces d’eau (salles de bain et cuisine dans certains cas) devaient faire l’objet d’une mise à la terre. Dorénavant (depuis 1991 plus précisément), toutes les pièces d’un logement sont reliées à la terre : les pièces d’eau, aussi bien que les pièces sèches (salon, chambres…). Et donc, concrètement, cela signifie que la mise à la terre est un dispositif de protection des personnes et des biens, qui consiste à évacuer les courants de fuite vers la terre (notamment via une prise de terre). Ainsi, la mise à la terre vous protège des électrocutions notamment lorsque vous utilisez des appareils électriques composées d’une armature métallique. De plus, nous savons qu’elle est reliée au tableau électrique, et que la prise de terre permet une liaison directe avec le sol. En effet, elle est enfouie à plusieurs mètres sous terre et évacue l’électricité en cas de défaut d’isolement (d’un appareil vétuste par exemple). Avec le temps, l’isolant en plastique des fils électriques sèche et devient cassant et friable. Donc dans ce cas, le risque de courant de fuite est imminent… L’absence de prise de terre dans un logement ancien ou non rénové, vous met donc directement en danger en cas de dysfonctionnement d’un appareil ou défaut d’isolement d’un fil électrique au sein d’un circuit par exemple. Maintenant nous allons nous concentrer sur les différents points de l’installation électrique dans le cadre de l’habitation individuelle. Pour se faire, on constate déjà que chaque habitation possède un tableau électrique et que ce dernier comporte différents types d'appareillage associés à un ou plusieurs circuits électriques de départ alimentés par un ou plusieurs circuits électriques d'arrivée, ainsi que des bornes pour les conducteurs neutre et de protection. En plus de devoir comporter un tableau électrique, les habitations doivent également respecter certaines règles générales de mise en œuvre. Nous allons donc vous les énoncer : 1) Point # 1 : la présence d’un disjoncteur général L’installation électrique doit être équipée en amont du tableau de répartition d’un appareil général de commande et de protection. Il s’agit d’un disjoncteur général (aussi appelé disjoncteur de branchement ou disjoncteur d’abonné). Son rôle est de mettre l’ensemble de l’installation hors tension facilement et rapidement en cas de problème électrique ou de travaux d’électricité à réaliser dans le logement. Le disjoncteur général est placé près du tableau électrique et éventuellement près du compteur d’électricité. Bien évidemment, il doit être installé par le gestionnaire du réseau de distribution de l’électricité, à l’intérieur du logement, dans une pièce sèche et non humide. Il doit rester facilement accessible. 2) Point # 2 : la présence d’une protection différentielle =protège les personnes contre les risques d'électrisation ou chocs électriques. Tous les circuits de l’installation électrique doivent être équipés d’une protection différentielle. Cette fonction est généralement assurée par au moins un interrupteur différentiel ou disjoncteur différentiel. Le dispositif protège les habitants des courants de fuite qui pourraient causer des chocs électriques pour les occupants du logement. La protection différentielle doit impérativement être associée à une prise de terre. Ainsi, le courant de fuite peut être évacué sans risque vers la terre. La sensibilité du dispositif de protection différentielle doit être adaptée aux conditions de mise à la terre. Chaque rangée du tableau doit comporter un interrupteur différentiel, en tête de rangée plus précisément. 3) Point # 3 : liaison équipotentielle et volumes de protection des salles d’eau Les salles d’eau sont des pièces particulièrement sensibles aux risques d’origine électrique. C’est pourquoi des dispositions spécifiques doivent être prises dans ces espaces. La mise en sécurité de l’installation passe par la mise en place d’une liaison équipotentielle = Son mécanisme permet de relier les équipements métalliques de l'habitation à la terre. De plus, la norme NF C 15-100 définit des règles spécifiques aux salles de bain. La pièce est divisée en différents volumes (0, 1, 2 et hors volume). Des exigences particulières s’appliquent dans chaque zone pour l’installation de prises de courant, d’une machine à laver ou encore d’un sèche-serviette. Le respect des volumes électriques dans la salle de bain est un critère essentiel pour votre sécurité. La norme “C15 100” c’est quoi ? La NF C 15-100 est une norme française qui formalise les règles de conception et les prescriptions de mise en œuvre des installations électriques à basse tension dans les bâtiments. Elle permet aussi de s’assurer du bon fonctionnement et d’une totale sécurité en électricité, aussi bien dans les équipements que dans le matériel. Si, sur le fond, la création de circuits électriques répond à des paramètres logiques, et que chaque schéma électrique répond à une méthode précise, la mise en place reste complexe pour une personne s’y connaissant peu en électricité. En effet, elle nécessite l’intervention d'électriciens professionnels pour éviter des dangers tels que des incendies causés par des installations défectueuses. La norme précise également le nombre de points d’éclairage, de prises de courant et le type de circuits qui doivent être installés dans chaque pièce Type de circuit - au minimum : sauf dans la cuisine (1 circuit de commande + 1 circuit d’alimentation pour cuisinière ou plaque de cuisson + 1 circuit spécialisé si four indépendant + 1 circuit spécialisé si lave-vaisselle + 1 circuit spécialisé si lave-linge) Elle est d'abord entrée en vigueur en 1969, avant d'être transformée au fur et à mesure des évolutions technologiques et d'une volonté toujours plus importante de sécurité. Les dernières modifications de la loi datent de 2016. 4) Point # 4 : des disjoncteurs de protection conformes Chaque circuit électrique doit également être protégé par des disjoncteurs ou des coupe-circuits adaptés à la section des conducteurs.Ces modules – les disjoncteurs – servent de protection en cas de surcharge, de surtension ou de court-circuit. En cas d’anomalie sur un circuit électrique, le disjoncteur coupe l’alimentation électrique. Ce dispositif empêche la détérioration des appareils électriques. Cela évite aussi une surchauffe des câbles qui pourrait être à l’origine d’un départ de feu. 5) l’absence d’équipements vétustes La mise en sécurité impose de supprimer tout matériel électrique ancien qui est devenu dangereux ou qui n’est plus adapté à l’usage courant. Il faut également éliminer tout risque de contact direct avec des pièces nues sous tension. 6) Point # 6 : la protection mécanique des conducteurs Enfin, une installation électrique sûre ne peut comprendre aucun câble électrique apparent et dénudé. Il faut donc que tous les conducteurs disposent d’une protection mécanique : gaines, conduits, moulures, plinthes, etc.  Voici quelques exemples de fils conducteurs : -la terre : Il représente le fil électrique de couleur jaune et vert et il permet d'identifier le conducteur de protection, plus simplement appelé "la terre". Si ce fil vert et jaune ne conduit pas l'électricité, il joue néanmoins un rôle primordial. En effet, c'est lui qui protège contre les dommages électriques par le biais du raccordement au sol. En cas de fuite de courant électrique, il est chargé d'évacuer directement l'électricité vers la terre. Selon la norme NFC 15-100, la mise à la terre est obligatoire dans un logement afin de protéger ses habitants. -la phase : Pour le présenter, c'est ce câble qui a pour rôle de faire arriver le courant dans les appareils électriques afin de les faire fonctionner. Il s'agit donc d'un conducteur de premier ordre. Il peut être de couleur rouge, marron ou encore noir. -le neutre : Il assure la répartition du courant et permet également de mesurer la consommation d'électricité en permettant le retour du courant au distributeur d'énergie. Il est de couleur bleue claire. Enfin, s'il détecte une anomalie, le neutre est également en charge de déclencher le disjoncteur (Interrupteur automatique de courant électrique.)et ainsi, de couper l'alimentation en électricité, afin de prévenir de tout accident sur votre installation ou, plus globalement, dans votre habitation. Chacun de ces conducteurs à un rôle différent et tout appareil doit être relié à au moins deux d’entre eux pour pouvoir fonctionner correctement et éviter une panne d’électricité. En plus de toutes ces règles de mise en œuvre on remarque également que le matériel électrique est lui-même soumis à des normes comme la norme IP. Cette dernière appelée “indice de protection” est un standard relatif à l’étanchéité des produits défini par des normes internationales (IEC 520, DIN 40050, BS 5490). Cet indice de protection IP a pour objectif de classer le matériel électrique en fonction du niveau de protection qu’il offre contre l’intrusion de corps étrangers, qu’ils soient solides ou liquides. Les indicateurs de la norme IP, se présentent sous la forme des 2 lettres IP suivies de 2 chiffres. Le degré de protection doit être lu chiffre par chiffre, et non globalement. Toujours sur le thème de la protection, nous pourrions continuer cette présentation en vous parlant des circuits isolés. Ils permettent une coupure entre deux parties d’un système qui sont isolées l’une de l’autre. L’isolation utilise également des barrières physiques et électriques pour fournir des avantages en matière de sécurité, en maintenant les hautes tensions ou tensions transitoires (Les tensions transitoires sont des pics de tension indésirables et temporaires dans un circuit électrique) élevées à l’écart de l’utilisateur ou des composants de circuit critiques. Après avoir abordé les différentes normes concernant l’électricité au sein de l’habitat, nous ferons une courte parenthèse sur les normes de l’éclairage extérieur. En effet ce dernier est aussi régi par des normes. Par exemple, depuis 2020 il est interdit d’envoyer de la lumière vers le ciel. Ce point important a donc obligé les fabricants d’éclairage à faire évoluer les luminaires et les documentations techniques. Cette valeur est appelée ULR (= elle représente le rapport du flux sortant des luminaires qui est émis dans l'hémisphère supérieur (Fsup) au flux total sortant des luminaires (Fluminaire).). L’ULR pour l’éclairage public ne doit pas dépasser 4 % si le luminaire est incliné, et 1 % si celui-ci est posé à l’horizontale. Pour résumer ce point en éclairage public, le flux lumineux ne doit pas dépasser la ligne horizontale du luminaire LED. Cependant, pour l’éclairage plus traditionnel, comme des devantures de magasins par exemple, cela reste autorisé sur de petite puissance d’éclairage. III- Les différents courants électriques Qu'est-ce qu'un courant électrique ? Ce qu’on appelle « courant électrique » est produit par un déplacement de charges négatives (les électrons) à l’intérieur d'un matériau conducteur Quand le déplacement se fait dans un seul sens, on parle de courant continu. Si à l’inverse, les électrons se déplacent alternativement dans un sens puis dans l’autre, on parle de courant alternatif. IV- L’évolution potentielle de l’électricité L'électricité occupe une place centrale dans la transition énergétique, un processus crucial pour réduire notre dépendance aux énergies fossiles et diminuer notre impact environnemental. Pour cela, il est essentiel de développer des moyens plus écologiques de produire, stocker et consommer cette énergie. La production d'électricité doit ainsi évoluer vers des sources renouvelables, tout en intégrant des technologies de stockage efficaces pour pallier les intermittences des énergies renouvelables. L'objectif ultime est d'atteindre la neutralité carbone à l'horizon 2050. Cependant, cela nécessite que l'électricité soit produite à partir de sources décarbonées. - Les moyens plus écologiques de produire de l’électricité La production d'électricité est en pleine transformation. L'enjeu principal réside dans la réduction des émissions de gaz à effet de serre et le recours à des énergies propres. Les principales alternatives aux énergies fossiles sont les énergies renouvelables, qui offrent des solutions adaptées à différentes échelles, notamment pour les particuliers. Parmi celles-ci, trois sont particulièrement adaptées à la maison individuelle : le solaire, le bois-énergie et la géothermie ou aérothermie. Le solaire:Le solaire est sans doute l'énergie renouvelable la plus accessible et la moins polluante. Elle repose sur la captation de l’énergie du soleil, une ressource gratuite et inépuisable. Le système solaire thermique, par exemple, consiste à récupérer la chaleur du soleil grâce à un circuit fermé où circule un fluide caloporteur (une surface qui capte les rayons du soleil pour réchauffer un fluide caloporteur placé sous les panneaux.),Ce fluide est réchauffé par un capteur solaire installé sur le toit, idéalement orienté au sud, pour capter un maximum de rayons solaires. Cette énergie est ensuite utilisée pour chauffer l'eau sanitaire ou alimenter des systèmes de chauffage. Les panneaux photovoltaïques, quant à eux, permettent de transformer directement la lumière en électricité. Ces installations, bien que nécessitant un investissement initial, permettent de réaliser des économies d’énergie tout en réduisant l'empreinte carbone de la maison. Le bois-énergie: Le bois-énergie est une autre alternative renouvelable qui suscite un engouement croissant, notamment dans les zones rurales ou périurbaines, et dans les régions boisées, telles que l'est de la France. Cette forme d'énergie repose sur l'utilisation de bois comme source de chauffage, que ce soit sous forme de bûches, de granulés ou de plaquettes. L'un des principaux avantages du bois-énergie réside dans sa capacité à recycler le dioxyde de carbone. En effet, le CO2 libéré lors de la combustion du bois est en partie absorbé par les forêts durant leur croissance, ce qui permet de réduire l'empreinte carbone globale par rapport aux énergies fossiles. De plus, le bois-énergie contribue à l’entretien des forêts et à la lutte contre les incendies en valorisant les sous-produits de l’exploitation forestière. La géothermie et l’aérothermie ;La géothermie et l’aérothermie sont des technologies qui exploitent les ressources naturelles de la Terre et de l’air pour produire de l'énergie thermique. Ces systèmes permettent de capter la chaleur présente sous la surface terrestre ou dans l’air extérieur pour la redistribuer sous forme de chauffage dans la maison. Les pompes à chaleur géothermiques utilisent les calories présentes dans le sol, tandis que les pompes aérothermiques récupèrent les calories de l’air ambiant. Ces systèmes sont particulièrement adaptés aux maisons neuves, notamment grâce à leur efficacité énergétique et leur faible impact environnemental. Leur installation permet non seulement de réduire les coûts de chauffage, mais aussi de bénéficier d'une énergie renouvelable, respectueuse de l’environnement. -Le stockage de l’électricité : un enjeu clé Le développement des énergies renouvelables, comme l'éolien ou le solaire, pose un défi majeur : leur production est intermittente, car elle dépend des conditions climatiques. Par exemple, le soleil ne brille pas toujours, et le vent ne souffle pas en permanence. Cette variabilité impose la nécessité de développer des technologies de stockage de l’électricité performantes pour garantir une disponibilité continue de l'énergie, même lorsque les sources naturelles sont absentes Des solutions de stockage à grande échelle sont en cours de développement, notamment les batteries, qui permettent de conserver l'énergie produite en excès pour une utilisation ultérieure. Les batteries lithium-ion, largement utilisées aujourd'hui, sont une des technologies les plus prometteuses. D'autres pistes sont explorées, telles que le stockage par air comprimé, ou l'utilisation de batteries à flux.