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Auteur(s)
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Claude MENGUY : Chef de service au Laboratoire Central des Industries Électriques (LCIE)
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Les phénomènes d’électricité statique sont, souvent, assez mal connus des ingénieurs, même quand ils sont électriciens ou électroniciens. En effet, en électrostatique il convient de raisonner sur des quantités de charges constantes, alors que l’on est généralement plus familiers des sources de tension (V) constante ou des sources de courant ( I) constant. Par ailleurs, l’influence de grandeurs externes telles que l’humidité ou la présence de traces d’impuretés rend fréquemment ces phénomènes difficiles à interpréter et leur donne un caractère un peu mystérieux. Les notions de conducteurs et d’isolants prennent également, en électrostatique, une signification différente que celle qu’elles ont dans les domaines classiques du génie électrique.
Pour aider à mieux appréhender ces phénomènes, après avoir rappelé les notions fondamentales d’électrostatique 1, nous décrirons l’origine du phénomène appelé électrisation 3. Puis, nous dresserons un inventaire des nuisances et des dangers de l’électricité statique 4, qui touchent la quasi- totalité des industries. Nous indiquerons, ensuite, comment lutter contre cette électricité statique nuisible (§ 5 et 6). Pour terminer, nous montrerons que l’industrie peut également tirer parti de l’électrostatique grâce à ses applications 7.
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Nuisances et dangers de l’électricité statique
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3. Électrisation des matériaux
Le terme électrisation statique est utilisé pour désigner tous les procédés, parfois, fortuits, conduisant à la séparation des charges électriques positives et négatives. Il s’agit, généralement, d’actions mécaniques telles que le contact, le frottement ou le choc entre surfaces solides ou bien entre une surface solide et une surface liquide. Il peut également s’agir de la rupture ou de la division d’une surface solide ou liquide. Nous ne détaillerons principalement ici que les deux premiers phénomènes.
3.1 Électrisation aux interfaces solide-solide
Comme nous l’avons rappelé dans l’historique, l’électrisation par frottement, qui donne naissance à la triboélectricité, est connue depuis plusieurs millénaires. Le contact entre deux matériaux est, en fait, suffisant pour produire un phénomène d’électrisation. Le frottement n’est qu’une forme renforcée de contact conduisant à une augmentation de la surface réelle de contact, à un échauffement et même à des arrachements de particules solides.
Pour expliquer les phénomènes d’électrisation aux interfaces solide-solide, il convient de rappeler quelques notions relatives aux porteurs de charges et à la conduction dans les différentes familles de matériaux [2] [16].
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Dans un métal, l’interaction entre les atomes est suffisamment forte pour que les électrons des couches externes constituent un nuage d’électrons libres. Ce sont ces électrons libres qui sont responsables de la conduction élevée. L’élévation de la température augmente les interactions entre les électrons de conduction et le réseau, entraînant un accroissement de la résistivité du métal.
Le niveau de Fermi (niveau d’énergie occupé le plus élevé) se situe pour les différents métaux au voisinage de – 4 eV. Le niveau zéro est choisi par convention égal à celui d’un électron libre évoluant dans le vide. La valeur de l’énergie correspondant au niveau de Fermi est égale au travail d’extraction ; c’est l’énergie qu’il...
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