Karamö, le prof virtuelLeçon 20 sur 25
Document : effets du courant alternatif sur le corps humain
Je sais expliquer, à partir d'un document, pourquoi le courant du secteur est dangereux, de quoi dépend le danger et comment se protéger.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Distinguer électrisation et électrocution
- Lire un tableau des effets du courant selon son intensité
- Calculer l'intensité qui traverse le corps avec la loi d'Ohm et évaluer le danger
- Citer les règles et les dispositifs de protection, et les gestes à faire face à un accident
Avant de commencer : La loi d'Ohm (U = R × I), la tension efficace du secteur, les conversions entre A et mA.
1Je découvre
Pendant la saison des pluies, un violent orage éclate sur Nzérékoré. Le lendemain matin, un câble électrique arraché par le vent pend près d'un mur, au bord de la route, au-dessus d'une flaque d'eau.
Ousmane, 15 ans, s'apprête à l'écarter avec la main pour passer. Sa tante Fatoumata l'arrête net : « Ne touche jamais un fil tombé ! L'an dernier, un voisin a été gravement électrisé en faisant la même chose. »
Ousmane objecte : « Mais j'ai déjà reçu une décharge en branchant une rallonge, et ça m'a seulement piqué ! » Sa tante lui explique qu'avec l'électricité, le danger dépend de beaucoup de choses : la quantité de courant qui traverse le corps, le temps pendant lequel il passe, le chemin qu'il prend, et même le fait d'avoir les pieds dans l'eau.
Pourquoi le courant du secteur peut-il tuer, de quoi dépend le danger, et comment se protéger ?
2Je comprends
1. Électrisation et électrocution
Le corps humain conduit le courant électrique, car il contient beaucoup d'eau et de sels minéraux. Si une personne touche en même temps un fil sous tension et un autre conducteur (la terre, un mur humide, un autre fil), un courant la traverse.
- L'électrisation est le passage du courant dans le corps, avec des effets plus ou moins graves (picotement, brûlure, contraction des muscles).
- L'électrocution est une électrisation qui entraîne la mort.
2. Le document : les effets selon l'intensité
Ce qui agit sur le corps, c'est l'intensité du courant qui le traverse. Le tableau suivant, inspiré des manuels de physique, donne des ordres de grandeur pour un courant alternatif de 50 Hz traversant le corps d'une main à l'autre ou d'une main aux pieds.
| Intensité (courant alternatif 50 Hz) | Effets sur le corps |
|---|---|
| environ 0,5 mA | seuil de perception : léger picotement |
| environ 10 mA | seuil de « non-lâcher » : les muscles de la main se contractent, on ne peut plus lâcher le fil |
| environ 30 mA | paralysie des muscles respiratoires si le courant dure : risque d'asphyxie |
| environ 75 mA | fibrillation du cœur : il bat de façon désordonnée et n'envoie plus le sang ; souvent mortel |
| environ 1 A | arrêt du cœur, graves brûlures internes |
Remarque importante : quelques dizaines de milliampères suffisent pour tuer. C'est beaucoup moins que le courant qui traverse une simple lampe (environ 0,05 A à 0,5 A, soit 50 mA à 500 mA).
3. Les facteurs du danger
Le danger dépend de :
- l'intensité du courant (voir le tableau) ;
- la durée du passage : plus le courant passe longtemps, plus il est dangereux. Au-delà du seuil de non-lâcher, la victime ne peut plus se dégager seule, ce qui prolonge le passage du courant ;
- le trajet dans le corps : un courant qui passe par le cœur ou les poumons (main-main, main-pieds) est le plus dangereux ;
- la résistance du corps, qui dépend surtout de l'état de la peau. Une peau sèche résiste davantage (ordre de grandeur : quelques milliers d'ohms) qu'une peau mouillée ou en sueur (ordre de grandeur : 1 000 Ω ou moins). Les pieds nus sur un sol mouillé augmentent beaucoup le danger ;
- la tension : pour une même résistance du corps, plus la tension est grande, plus l'intensité est grande.
4. Calculer l'intensité qui traverse le corps
On applique la loi d'Ohm au corps, considéré comme une résistance R :
I = UR
avec U en volts, R en ohms et I en ampères. On convertit ensuite en milliampères : 1 A = 1 000 mA.
Exemple
Ousmane, la peau mouillée (R ≈ 1 000 Ω), touche un fil du secteur (U = 220 V) en ayant les pieds dans l'eau.
I = U / R = 220 / 1 000 = 0,22 A = 220 mA.
220 mA dépasse largement le seuil de fibrillation (environ 75 mA) : le risque d'électrocution est très grand.
Exemple
Aïssatou, la peau sèche (R ≈ 5 000 Ω), touche les bornes d'une batterie de 12 V.
I = U / R = 12 / 5 000 = 0,0024 A = 2,4 mA.
2,4 mA dépasse le seuil de perception mais reste loin du seuil de non-lâcher (10 mA) : elle sent peut-être un picotement, sans danger grave.
Avec la tension du secteur et la même peau sèche : I = 220 / 5 000 = 0,044 A = 44 mA, ce qui dépasse le seuil de paralysie respiratoire. Le secteur est dangereux même avec la peau sèche.
Méthode
Pour évaluer le danger d'un contact électrique :
- Je relève la tension U (en V) et la résistance du corps R (en Ω) données.
- Je calcule I = U / R en ampères.
- Je convertis I en milliampères (je multiplie par 1 000).
- Je compare au tableau des seuils (0,5 mA ; 10 mA ; 30 mA ; 75 mA) et je conclus sur l'effet probable.
5. Les tensions de sécurité
Comme la résistance du corps change avec l'humidité, on fixe des tensions limites de sécurité : en courant alternatif, environ 50 V dans un local sec et 25 V dans un local humide (salle de bain, extérieur sous la pluie). Au-dessous, un contact est considéré comme peu dangereux. Les 220 V du secteur sont donc toujours dangereux.
6. Se protéger
Dans l'installation :
- le disjoncteur différentiel (souvent de 30 mA) coupe le courant en une fraction de seconde s'il détecte une fuite de courant, par exemple à travers une personne ;
- la prise de terre (fil vert et jaune) évacue vers le sol le courant d'un appareil métallique dont un fil dénudé toucherait la carcasse ;
- les fusibles et disjoncteurs protègent contre les surintensités ; des fils bien isolés et des prises en bon état évitent les contacts.
Dans les gestes de tous les jours :
- ne jamais toucher un appareil ou une prise avec les mains mouillées ou les pieds nus sur un sol humide ;
- ne jamais toucher un fil tombé au sol, surtout après un orage ; prévenir les adultes et le service d'électricité ;
- couper le courant au disjoncteur avant de changer une ampoule ou de réparer ;
- ne jamais introduire d'objet métallique dans une prise ; ne pas surcharger une multiprise ;
- ne pas s'approcher des lignes électriques et des postes de transformation.
- 1Ne jamais toucher directement la victime tant que le courant passe.
- 2Couper le courant au disjoncteur ou débrancher l'appareil.
- 3Si c'est impossible, écarter la victime avec un objet isolant et sec (bâton de bois sec), en se tenant sur un sol sec.
- 4Alerter les secours et les adultes.
- 5Surveiller la respiration ; les personnes formées pratiquent les gestes de premiers secours.
3Je retiens
Je retiens
Électrisation : passage du courant dans le corps. Électrocution : électrisation mortelle.
C'est l'intensité qui agit : environ 0,5 mA (perception), 10 mA (non-lâcher), 30 mA (paralysie respiratoire), 75 mA (fibrillation du cœur).
Le danger dépend de l'intensité, de la durée, du trajet, de l'état de la peau et de la tension. On calcule I = U / R.
Tensions limites de sécurité en alternatif : environ 50 V (local sec), 25 V (local humide). Les 220 V du secteur sont toujours dangereux.
Protections : disjoncteur différentiel 30 mA, prise de terre, isolation, gestes prudents (mains sèches, ne jamais toucher un fil tombé).
Face à une victime : couper le courant d'abord, ne jamais la toucher directement.
4Erreurs fréquentes
- Croire que c'est la tension seule qui tue : c'est l'intensité du courant qui traverse le corps, et elle dépend aussi de la résistance du corps.
- Penser qu'une petite décharge déjà reçue prouve que le secteur est sans danger : avec la peau mouillée ou un autre trajet, la même tension peut tuer.
- Oublier de convertir en milliampères : 0,044 A, c'est 44 mA, et non 0,044 mA.
- Tirer une victime à mains nues : le sauveteur est électrisé à son tour. On coupe d'abord le courant.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Définis l'électrisation et l'électrocution.
Voir le corrigéCacher le corrigé
L'électrisation est le passage d'un courant électrique à travers le corps, avec des effets plus ou moins graves. L'électrocution est une électrisation qui entraîne la mort.
2Exercice 2
À l'aide du tableau du document, indique l'effet probable d'un courant de :
a) 2 mA ; b) 15 mA ; c) 40 mA ; d) 0,1 A.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) 2 mA : au-dessus du seuil de perception (0,5 mA), en dessous du non-lâcher : picotement.
b) 15 mA : au-dessus du seuil de non-lâcher (10 mA) : contraction des muscles, on ne peut plus lâcher.
c) 40 mA : au-dessus de 30 mA : risque de paralysie respiratoire.
d) 0,1 A = 100 mA : au-dessus de 75 mA : risque de fibrillation du cœur, souvent mortelle.
3Exercice 3
Sékou, la peau sèche, a une résistance de 4 000 Ω. Il touche par erreur un fil du secteur (220 V).
a) Calcule l'intensité qui le traverse, en A puis en mA.
b) Quel est l'effet probable ?
c) Même question s'il a les mains mouillées (R = 1 100 Ω).
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a) I = UR = 2204 000 = 0,055 A = 55 mA.
b) 55 mA dépasse le seuil de paralysie respiratoire (30 mA) : c'est très dangereux, surtout si le courant dure.
c) I = 2201 100 = 0,2 A = 200 mA : bien au-delà du seuil de fibrillation (75 mA) : risque d'électrocution.
4Exercice 4
(Type BEPC) Lis le document de la leçon, puis réponds.
a) Cite quatre facteurs dont dépend la gravité d'une électrisation.
b) Pourquoi la salle de bain est-elle un lieu particulièrement dangereux ?
c) Quel appareil de l'installation électrique coupe le courant quand une personne est traversée par un courant de fuite ? Quelle est sa valeur habituelle ?
d) Ton petit frère veut ramasser un câble tombé après un orage. Rédige en trois ou quatre phrases ce que tu lui dis pour l'en empêcher.
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a) L'intensité du courant, la durée du passage, le trajet du courant dans le corps, l'état de la peau (sèche ou mouillée), la tension.
b) Dans une salle de bain, la peau et le sol sont mouillés : la résistance du corps diminue beaucoup, donc pour la même tension l'intensité est plus grande.
c) Le disjoncteur différentiel ; sa sensibilité habituelle est de 30 mA.
d) Exemple de réponse : « Ne touche surtout pas ce câble : il est peut-être encore sous tension, même s'il est tombé. Le sol est mouillé, le courant passerait à travers ton corps jusqu'à tes pieds et pourrait arrêter ton cœur. Éloigne-toi et empêche les autres de s'approcher. Nous allons prévenir les adultes et le service d'électricité. »
5Exercice 5
Kadiatou trouve son oncle collé à un fer à repasser défectueux, incapable de le lâcher.
a) Quel seuil du tableau le courant a-t-il dépassé ? Justifie.
b) Donne, dans l'ordre, les gestes qu'elle doit faire.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Le seuil de non-lâcher (environ 10 mA) : au-delà, les muscles de la main se contractent et la personne ne peut plus lâcher l'objet.
b) Ne pas toucher son oncle ; couper le courant au disjoncteur ou débrancher la prise ; si c'est impossible, l'écarter avec un bâton de bois sec en se tenant sur un sol sec ; appeler les adultes et les secours ; surveiller sa respiration.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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