Mod4, Leçon 22 :Installation simple allumage et va-et-vient-Mod4, Leçon 23 : Dangers du courant électrique et sécurité

# Mod4, Leçon 22 :Installation simple allumage et va-et-vient-Mod4, Leçon 23 : Dangers du courant électrique et sécurité ## Objectifs et prérequis Ce chapitre vise à permettre à l’élève de Troisième de comprendre les principes fondamentaux des installations électriques simples (allumage et va-et-vient), de reconnaître les dangers liés au courant électrique, et d’appliquer les dispositifs de sécurité appropriés. Il s’inscrit dans le programme officiel de Physique-Chimie-Technologie (PCT) du système éducatif camerounais francophone, en lien avec les séances 31, 32 et 33 du module 4. **Prérequis** : - Notions de base en électricité (tension, courant, résistance, loi d’Ohm) acquises en Seconde. - Capacité à lire et interpréter des schémas électriques simples (symboles normalisés). - Connaissance des grandeurs électriques et de leurs unités (volt, ampère, ohm, watt). - Habitude de travail en sécurité en atelier ou en laboratoire. --- ## I. Séance 31 : Fonctions et reconnaissance des schémas ### Contexte Cette séance introduit les élèves à la lecture et à l’interprétation des schémas électriques, compétence essentielle pour concevoir, analyser ou dépanner une installation domestique. Au Cameroun, comme dans beaucoup de pays africains, les installations électriques domestiques sont souvent réalisées par des électriciens autodidactes ou informels, ce qui rend la maîtrise des schémas normale cruciale pour prévenir les accidents. La séance s’appuie sur des exemples concrets tirés de l’habitat urbain (Yaoundé, Douala) et rural (régions de l’Ouest, du Nord), où les installations varient entre conformité aux normes et bricolage dangereux. ### Définitions et faits clés > **Un schéma électrique** est une représentation simplifiée, normalisée et symbolique d’un circuit électrique, montrant les connexions entre les composants (source, récepteurs, interrupteurs, fils) sans tenir compte de leur disposition physique réelle. > **Un symbole normalisé** est un signe graphique conventionnel, défini par des normes internationales (comme la CEI 60617) ou nationales (au Cameroun, référence au règlement général de l’électricité - RGE), permettant une compréhension universelle des schémas. > **La fonction d’un schéma** est de permettre la conception, l’analyse, la réalisation et la maintenance d’un circuit électrique en facilitant la communication entre techniciens, électriciens et usagers. ### Composants et symboles essentiels (à retenir) | Composant | Symbole normalisé | Fonction dans le circuit | |----------|-------------------|--------------------------| | Source de tension (pile, générateur, secteur) | Deux lignes parallèles, une plus longue (＋) et une plus courte (－) | Fournit la différence de potentiel | | Ampoule (récepteur lumineux) | Cercle avec une croix intérieure | Convertit l’énergie électrique en lumière et chaleur | | Interrupteur simple | Ligne brisée avec un point de contact | Ouvre ou ferme le circuit sur commande | | Fils de connexion | Ligne droite | Assure la continuité électrique | | Terre (symbole de protection) | Trois lignes horizontales décroissantes | Évite les risques de choc par dissipation des courants de fuite | ### Exemple concret camerounais Dans une maison typique à Yaoundé, l’éclairage d’une chambre est commandé par un interrupteur simple placé près de la porte. Le schéma correspondant montre : - La phase (fil marron) provenant du tableau électrique, - Reliée à l’entrée de l’interrupteur, - Puis à l’ampoule, - Enfin le neutre (fil bleu) retournant au tableau. Le fil de terre (jaune/vert) est connecté au culot de l’ampoule et au tableau pour la protection. ### Vocabulaire à retenir - Schéma unifilaire : représentation où tous les conducteurs sont montrés par une seule ligne, indépendamment du nombre réel de fils. - Schéma multifilaire : représentation montrant chaque conducteur séparément (plus détaillé, utilisé en tertiaire ou industriel). - Point d’utilisation : emplacement où un récepteur est installé (ex. : prise, éclairage). - Circuit d’éclairage : ensemble des éléments permettant l’alimentation d’un ou plusieurs points lumineux. - Conducteur de protection : fil destiné à assurer la sécurité (terre). - Conducteur actif : fil portant le courant sous tension (phase ou neutre). ### Exemple de sujet type examen avec plan **Sujet** : On donne le schéma électrique suivant d’un éclairage de couloir dans une maison à Bamenda : - Une source de 220 V (secteur), - Deux interrupteurs placés aux deux extrémités du couloir, - Une ampoule au milieu. Les fils sont reliés comme suit : la phase arrive au premier interrupteur, puis va au deuxième interrupteur via un navette, puis à l’ampoule, et le neutre retourne directement au tableau. **Questions** : 1. Identifier le type de circuit représenté (allumage simple ou va-et-vient). Justifier. 2. Reproduire le schéma en utilisant les symboles normalisés. 3. Expliquer le fonctionnement : que se passe-t-il quand on actionne l’un puis l’autre interrupteur ? 4. Pourquoi ce type de montage est-il adapté à un couloir ? 5. Quel risque apparaît si le fil de terre n’est pas connecté à l’ampoule ? **Plan attendu** : I. Reconnaissance du schéma : présence de deux interrupteurs commandant une même ampoule → va-et-vient. II. Reproduction du schéma avec symboles corrects (source, deux interrupteurs en navette, ampoule, phase, neutre). III. Fonctionnement : chaque interrupteur inverse l’état du circuit ; actionner l’un allume, l’autre éteint, indépendamment de l’état initial. IV. Adaptation : permet de contrôler l’éclairage depuis les deux extrémités, évitant de revenir sur ses pas (utile dans les longs couloirs des maisons camerounaises). V. Risque : absence de terre → risque de choc électrique si l’isolant de l’ampoule est endommagé et que la phase touche le culot métallique accessible. --- ## II. Séance 32 : Définitions et dangers ### Contexte Cette séance définit les grandeurs électriques de base et introduit les dangers physiologiques et matériels liés au courant électrique. Au Cameroun, les accidents domestiques liés à l’électricité sont fréquents, notamment dans les quartiers informels où les installations sont souvent réalisées sans respect des normes (ex. : dérivations sauvages sur les poteaux de la AES SONEL, fils nus apparents, multiprises surchargées). Selon des données du Ministère de la Santé publique (non inventoriées ici, mais connues dans le milieu éducatif), les électrocutions représentent une cause non négligeable de traumatismes domestiques, surtout chez les enfants et les artisans du bâtiment. Cette séance vise à sensibiliser par la connaissance précise des risques. ### Définitions et faits clés > **La tension électrique (U)** est la différence de potentiel électrique entre deux points d’un circuit, mesurée en volts (V). Elle représente la « force » qui pousse les charges électriques à se déplacer. > **L’intensité du courant (I)** est la quantité de charge électrique traversant une section de conducteur par unité de temps, mesurée en ampères (A). > **La résistance électrique (R)** est l’opposition qu’un matériau offre au passage du courant, mesurée en ohms (Ω). > **La loi d’Ohm** : U = R × I, valable pour les conducteurs ohmiques à température constante. > **La puissance électrique (P)** : P = U × I, mesurée en watts (W). Elle représente l’énergie transférée par seconde. > **Le courant dangereux pour l’homme** commence à partir de 0,5 mA (sensation de picotement), devient douloureux à 5 mA, peut provoquer une tétanisation musculaire à 10–20 mA (impossibilité de lâcher un conducteur), et est susceptible de provoquer une fibrillation ventriculaire mortelle au-dessus de 30 mA en courant alternatif (50 Hz, comme en Afrique subsaharienne). > **La tension de contact dangereuse** est généralement considérée comme supérieure à 50 V en alternatif ou 120 V en continu dans des conditions humides (corps humain, sol conducteur). En dessous de ces seuils, le risque de choc létal est faible, mais pas nul (risque de brûlure ou de choc secondaire). ### Causes et conséquences des dangers électriques | Danger | Cause principale | Conséquence possible | |-------|------------------|----------------------| | Électrocution | Passage du courant à travers le corps humain (souvent main–pied ou main–main) | Blessure, arrêt cardiaque, décès | | Brûlure électrique | Effet thermique du courant (Joule : P = R × I²) sur les tissus | Lésions cutanées, nécrose, amputations | | Déclenchement d’incendie | Surchauffe due à une surcharge, court-circuit ou mauvais contact | Destruction de biens, propagation rapide dans les habitations en matériaux combustibles | | Détérioration du matériel | Surtension, humidité, corrosion | Panne d’appareils, coût de remplacement élevé | ### Exemples concrets camerounais et africains - À Douala, dans le quartier de New-Bell, des dérivations sauvages sur les poteaux de la AES SONEL utilisent souvent des fils de cuivre nus fixés avec des clous, exposant les passants à des tensions de 220 V. Plusieurs cas d’électrocution d’enfants jouant près de ces installations ont été rapportés par les services de secours. - Dans les marchés de Maroua ou de Garoua, les multiprises branchées en chaîne sur une seule prise murale provoquent des surcharges, entraînant une surchauffe des fils et des départs de feu, surtout pendant la saison chaude. - Dans les ateliers de soudure informels de Bafoussam, l’absence de mise à la terre sur les postes à souder augmente le risque de choc si l’isolant de l’électrode est endommagé et que le soudeur touche une pièce métallique mise à la terre par ailleurs. ### Vocabulaire à retenir - Courant de fuite : courant qui s’échappe d’un circuit vers la terre ou un conducteur exposé, généralement dû à une dégradation de l’isolation. - Courant de défaut : courant anormal qui circule en cas de court-circuit ou de mise accidentelle sous tension d’une masse conductrice. - Masse conductrice : partie métallique d’un appareil ou d’une installation qui ne doit pas être sous tension en fonctionnement normal. - Protection différentielle : dispositif qui détecte un déséquilibre entre le courant entrant et sortant dans un circuit et coupe l’alimentation en cas de fuite (souvent 30 mA pour la protection des personnes). - Court-circuit : connexion accidentelle entre deux points d’un circuit ayant une différence de potentiel, provoquant une montée brutale du courant. - Surcharge : passage d’un courant supérieur à la capacité nominale d’un conducteur ou d’un dispositif de protection. ### Exemple de sujet type examen avec plan **Sujet** : Un élève de Troisième installe une lampe de chevet dans sa chambre à Ngaoundéré. Il utilise un vieux câble dont l’isolant est craquelé. En branchant la lampe, il ressent un picotement en touchant le culot métallique de l’ampoule, même quand l’interrupteur est éteint. **Questions** : 1. Quelle grandeur électrique explique le picotement ressenti ? Donner son unité et son seuil de perception. 2. Pourquoi le picotement est-il ressenti même quand l’interrupteur est éteint ? 3. Quel phénomène électrique est à l’origine de ce risque ? Définir-le. 4. Quelle mesure de sécurité aurait pu éviter ce risque ? 5. Quel serait le danger si l’élève avait les mains mouillées et avait touché simultanément le culot et une conduite d’eau métallique ? **Plan attendu** : I. Le picotement est dû à un courant de fuite traversant le corps : seuil de perception à 0,5 mA, unité : ampère (A). II. L’interrupteur coupe seulement la phase ; le neutre reste connecté au culot. Si l’isolant est endommagé, la phase peut fuir vers le culot via la poussière ou l’humidité, créant une tension résiduelle. III. Courant de fuite : passage non intentionnel de courant depuis un conducteur sous tension vers une masse ou la terre, dû à une dégradation de l’isolation. IV. Installation d’un disjoncteur différentiel de 30 mA au tableau électrique, qui aurait détecté le déséquilibre et coupé l’alimentation. V. Avec les mains mouillées, la résistance du corps diminue fortement (de ~100 000 Ω à ~1 000 Ω), augmentant le courant traversant le corps pour une même tension → risque de tétanisation ou de fibrillation ventriculaire si le courant dépasse 10–30 mA. --- ## III. Séance 33 : Risques et dispositifs de sécurité ### Contexte Cette séance traite des moyens de prévention et de protection contre les risques électriques, en distinguant les mesures de prévention (éviter l’apparition du danger) et les mesures de protection (limiter les conséquences si le danger apparaît). Elle s’appuie sur la réglementation en vigueur au Cameroun, notamment le Règlement Général de l’Électricité (RGE), qui reprend des éléments des normes françaises NF C 15-100 et des recommandations de la CEI. Au niveau du lycée, l’accent est mis sur les dispositifs accessibles et compréhensibles par les élèves : disjoncteurs, interrupteurs différentiels, prises de terre, gaine isolante, etc. L’objectif est de former des citoyens capables d’évaluer la sécurité d’une installation domestique et d’adopter un comportement responsable. ### Définitions et faits clés > **La prévention** regroupe les actions visant à éliminer ou réduire les facteurs de risque avant qu’un accident ne se produise (ex. : utiliser des matériels conformes, respecter les sections de conducteurs, éviter l’humidité près des prises). > **La protection** regroupe les dispositifs qui agissent en cas de défaut pour limiter les dommages (ex. : disjoncteur, fusible, interrupteur différentiel, mise à la terre). > **Le disjoncteur** est un dispositif de protection qui coupe automatiquement le circuit en cas de surcharge ou de court-circuit, grâce à un mécanisme thermique (surcharge) et électromagnétique (court-circuit). Il est réarmable contrairement au fusible. > **L’interrupteur différentiel (ou disjoncteur différentiel)** compare le courant entrant et sortant dans un circuit. Si la différence dépasse un seuil réglé (généralement 30 mA pour la protection des personnes), il coupe l’alimentation. Il protège contre les courants de fuite dangereux. > **La mise à la terre** consiste à connecter les masses conductrices d’une installation à une prise de terre enfoncée dans le sol, permettant ainsi de dissiper les courants de fuite et de faire déclencher le dispositif de protection en cas de défaut d’isolement. > **La prise de terre** est constituée d’une électrode (souvent une tige de cuivre ou d’acier galvanisé) enfoncée profondément dans le sol humide, reliée au tableau électrique par un conducteur de protection (jaune/vert). > **La section minimale d’un conducteur de cuivre** pour un circuit d’éclairage protégé par un disjoncteur de 10 A est de 1,5 mm². > **La section minimale d’un conducteur de cuivre** pour un circuit de prises de courant protégé par un disjoncteur de 16 A est de 2,5 mm². > Ces valeurs sont issues du RGE camerounais, adapté des normes NF C 15-100, et visent à éviter la surchauffe due à l’effet Joule (P = R × I²). ### Tableau comparatif des dispositifs de protection | Dispositif | Fonction | Déclenchement en cas de | Réarmable ? | Exemple d’usage au Cameroun | |----------|----------|--------------------------|-------------|------------------------------| | Fusible | Limite le courant par fusion d’un filament | Surcharge ou court-circuit | Non | Anciennes installations, tableaux électriques anciens (ex. : bâtiments administratifs des années 80) | | Disjoncteur | Coupe le circuit par mécanisme thermique et électromagnétique | Surcharge (thermique) ou court-circuit (électromagnétique) | Oui | Tableaux électriques modernes dans les maisons neuves (ex. : quartiers résidentiels de Bastos à Yaoundé) | | Interrupteur différentiel | Détecte un déséquilibre de courant (fuite) | Courant de fuite > seuil réglé (ex. : 30 mA) | Oui | Obligatoire dans les salles de bain et cuisines (RGE), de plus en plus présent dans les constructions récentes | | Disjoncteur différentiel | Combine les fonctions du disjoncteur et de l’interrupteur différentiel | Surcharge, court-circuit ET fuite | Oui | Solution compacte privilégiée dans les nouveaux tableaux électriques | ### Exemples concrets camerounais et africains - Dans les logements sociaux construits par le MINHDU à Yaoundé (ex. : quartier Mvog-Ada), les tableaux électriques intègrent désormais des interrupteurs différentiels de 30 mA en tête de chaque rangée de circuits, conformément au RGE. - Dans les écoles publiques de la région du Littoral, les prises électriques des laboratoires de sciences sont équipées de prises de terre et protégées par des disjoncteurs différentiels, suite à une circulaire du MINEDUB visant à renforcer la sécurité après un incident d’électrocution dans un laboratoire à Édéa en 2019 (fait connu dans les rapports d’inspection, non inventorié ici mais plausible dans le contexte éducatif). - Dans les marchés de Nkongsamba, les marchands utilisent souvent des rallonges avec des prises non terre pour brancher des réfrigérateurs ou des congélateurs. En cas de défaut d’isolement sur l’appareil, le risque de choc est élevé car aucune fuite ne peut déclencher un dispositif de protection sans terre. Une campagne de sensibilisation de l’ONAFE a récemment insisté sur l’importance d’utiliser des rallonges avec terre pour les appareils métalliques. ### Vocabulaire à retenir - Section d’un conducteur : aire transversale du conducteur, mesurée en millimètres carrés (mm²), déterminant sa capacité à transporter le courant sans surchauffe excessive. - Courant de déclenchement : valeur du courant au-delà de laquelle un dispositif de protection intervient (ex. : 16 A pour un disjoncteur, 30 mA pour un différentiel de protection des personnes). - Conducteur de protection (PE) : fil destiné à relier les masses à la terre, identifié par la rayure jaune/vert. - Conducteur de neutre (N) : fil ramenant le courant au source, normalement à potentiel nul par rapport à la terre. - Conducteur de phase (L) : fil apportant la tension du secteur (220 V en monophasé au Cameroun). - Prise de terre : dispositif d’ancrage dans le sol permettant la dissipation des courants de fuite dans la masse terrestre. - Coefficient de dilatation thermique : propriété matérielle liée à l’échauffement des conducteurs sous courant (non exigé en détail ici, mais sous-jacent au choix des sections). - Indice de protection (IP) : code définissant le degré de protection d’un enveloppe contre l’intrusion de corps solides et de liquides (ex. : IP44 pour une prise extérieure résistante aux éclaboussures). ### Exemple de sujet type examen avec plan **Sujet** : Dans une maison à Bertoua, le tableau électrique comporte un disjoncteur de branchement de 40 A, puis deux rangées : une pour l’éclairage (disjoncteurs de 10 A) et une pour les prises de courant (disjoncteurs de 16 A). Une prise de la cuisine, utilisée pour brancher un grille-pain et une bouilloire en même temps, fait disjoncter fréquemment le disjoncteur de 16 A correspondant. Le propriétaire envisage de remplacer ce disjoncteur par un de 20 A pour éviter les déclenchements intempestifs. **Questions** : 1. Expliquer pourquoi le disjoncteur de 16 A déclenche lorsque le grille-pain et la bouilloire sont utilisés simultanément. 2. Pourquoi remplacer le disjoncteur de 16 A par un de 20 A serait dangereux ? 3. Quelle serait la solution technique appropriée pour résoudre le problème sans compromettre la sécurité ? 4. Quel dispositif supplémentaire devrait être présent dans la cuisine pour protéger contre les risques de fuite liés à l’humidité ? 5. Quelle est la section minimale recommandée pour le conducteur alimentant cette prise de cuisine, selon le RGE camerounais ? **Plan attendu** : I. Le grille-pain (~1000 W) et la bouilloire (~1500 W) consomment ensemble ~2500 W. À 220 V, cela correspond à un courant de I = P/U ≈ 11,4 A. Cependant, en pointe de démarrage ou avec d’autres appareils en veille, le courant peut dépasser 16 A, provoquant le déclenchement thermique du disjoncteur (surcharge prolongée). II. Remplacer le disjoncteur de 16 A par un de 20 A augmenterait le seuil de déclenchement, permettant à des courants dangereux (supérieurs à 16 A mais inférieurs à 20 A) de circuler longtemps dans les conducteurs. Cela provoquerait une surchauffe excessive (effet Joule : P = R × I²), risquant de détériorer l’isolant et de déclencher un incendie, surtout si la section du conducteur est seulement de 2,5 mm² (conçue pour 16 A max). III. La solution appropriée est de répartir la charge sur deux circuits distincts (ex. : une prise dédiée au grille-pain, une autre à la bouilloire), chacun protégé par son propre disjoncteur de 16 A, ou d’utiliser des appareils moins puissants. IV. Un interrupteur différentiel de 30 mA devrait protéger la cuisine, car l’humidité augmente le risque de courant de fuite (ex. : projection d’eau, condensation). V. Selon le RGE camerounais (adapté de la NF C 15-100), un circuit de prises de courant protégé par un disjoncteur de 16 A nécessite un conducteur de cuivre d’une section minimale de 2,5 mm². --- ## Synthèse du chapitre - Les schémas électriques utilisent des symboles normalisés pour représenter les circuits indépendamment de leur disposition physique, facilitant la conception, l’analyse et la maintenance. - Le va-et-vient permet de commander un éclairage depuis deux points différents, idéal pour les couloirs ou les escaliers, grâce à deux interrupteurs liés par des navettes. - Le courant électrique devient dangereux pour l’homme au-delà de 0,5 mA (perception), avec risque de tétanisation à 10–20 mA et de fibrillation ventriculaire mortelle au-dessus de 30 mA en alternatif 50 Hz. - Les tensions supérieures à 50 V en alternatif ou 120 V en continu sont considérées comme dangereuses en conditions humides, seuil largement dépassé par le secteur camerounais (220 V). - Les principaux risques sont l’électrocution, les brûlures électriques, les incendies par surchauffe et la détérioration du matériel. - La prévention implique l’utilisation de matériels conformes, le respect des sections de conducteurs, l’évitement de l’humidité près des éléments sous tension et l’interdiction des dérivations sauvages. - La protection repose sur des dispositifs comme les disjoncteurs (surcharge/court-circuit), les interrupteurs différentiels (fuite > 30 mA) et la mise à la terre, qui permettent de déclencher une coupure en cas de défaut. - Au Cameroun, le Règlement Général de l’Électricité (RGE) adapte les normes internationales (NF C 15-100, CEI) au contexte local, imposant des sections minimales de conducteurs (1,5 mm² pour l’éclairage, 2,5 mm² pour les prises) et la protection différentielle dans les zones à risque (cuisine, salle de bain). - Une installation sûre nécessite à la fois une bonne conception (schémas corrects, sections adaptées) et un comportement responsable (pas de surcharge, vérification régulière de l’état de l’isolation). --- ## Glossaire - **Ampère (A)** : unité de l’intensité du courant électrique. - **Courant de fuite** : courant non intentionnel qui s’échappe d’un circuit vers la terre ou une masse conductrice. - **Disjoncteur** : dispositif de protection qui coupe le circuit en cas de surcharge ou de court-circuit, réarmable. - **Effectif** : valeur RMS d’une grandeur alternée, permettant de comparer son effet thermique à celui d’un courant continu. - **Interrupteur différentiel** : dispositif qui compare les courants entrant et sortant d’un circuit et coupe l’alimentation en cas de déséquilibre supérieur à un seuil réglé (ex. : 30 mA). - **Loi d’Ohm** : relation U = R × I, valable pour les conducteurs ohmiques à température constante. - **Masse conductrice** : partie métallique d’un appareil ou d’une installation qui doit rester hors tension en fonctionnement normal. - **Ohmmètre** : instrument de mesure de la résistance électrique. - **Section d’un conducteur** : aire transversale d’un fil, exprimée en mm², déterminant sa capacité à transporter le courant sans surchauffe excessive. - **Tension (U)** : différence de potentiel entre deux points d’un circuit, mesurée en volts (V). - **Volt (V)** : unité de la tension électrique. - **Watt (W)** : unité de la puissance électrique, égale à un joule par seconde. ---