Le professeur associé Neils Jonassen a rédigé une chronique bimensuelle sur l’électricité statique qui est parue dans Compliance Engineering Magazine. La série explorait la charge, l’ionisation, les explosions et d’autres sujets liés à l’ESD. L’Association ESD, en collaboration avec IN Compliance Magazine, réédite cette série car les articles offrent un aperçu intemporel du domaine de l’électrostatique.
Le professeur Jonassen a été membre de l’Association ESD de 1983 à 2006. Il a reçu le prix de la contribution exceptionnelle de l’ESD Association en 1989 et a rédigé des articles techniques, des livres et des rapports techniques. On se souvient de lui pour ses contributions à la compréhension du contrôle électrostatique et, en sa mémoire, nous reprenons « Mr. Static ».
~ The ESD Association
Reproduit avec la permission de : Compliance Engineering Magazine, Mr. Static Column Copyright © UBM Cannon
La question des interactions entre le phénomène de l’électricité statique et les personnes peut être examinée de deux façons : comment les personnes provoquent des charges statiques et comment elles en sont affectées. La première n’est pas toujours bien comprise, mais elle ne prête généralement pas à controverse. La seconde, en revanche, fait l’objet de nombreuses spéculations non fondées.
Comment les gens provoquent l’électricité statique
Le processus de charge le plus connu créé par les gens est celui de la marche sur un revêtement de sol isolé. À première vue, ce processus semble simple. Le contact et la friction entre les semelles des chaussures et le sol provoquent une séparation de charge pour chaque pas. Cette charge fait augmenter la tension de la capacité du corps humain jusqu’à ce que l’inévitable courant de fuite équilibre le courant de charge.
Mais la charge est séparée à l’interface entre la semelle de la chaussure et le revêtement de sol, et la semelle est isolante. Alors comment la charge est-elle transférée de la face inférieure de la semelle à la personne ?
Peut-être que non, peut-être que la personne n’atteint pas, en fait, une charge nette. Tout ce que nous voyons, dans ce cas, est l’effet de l’induction provoquée par la charge sur la semelle. Remarquez, cet effet pourrait bien élever la tension de la personne à des niveaux substantiels, la charge nette restant nulle. Ou bien il peut y avoir des fuites sur les bords de la semelle, ou même une combinaison de ces processus.
Ce qui est étrange, c’est que personne ne s’est jamais vraiment penché sur ce problème. Et lorsque vous le posez aux personnes qui présentent des articles sur le sujet, elles ont tendance à s’agiter.
Un autre moyen courant pour les gens de se charger est d’enlever un vêtement. Lorsqu’un pull frotte contre un chemisier, les charges peuvent se séparer, mais la tension de la personne n’augmente pas, puisque des charges opposées de même taille se trouvent en principe sur la personne. Mais lorsque le pull est retiré, avec, par exemple, une charge négative, la charge positive du chemisier fournit une tension positive.
Incidemment, le petit zap que vous pouvez ressentir à l’oreille en retirant le pull n’est pas un signe de charge. Bien au contraire : c’est une décharge (et ce n’est pas une étincelle, mais une décharge en pinceau). Le fait de glisser du siège d’une voiture produit un processus de charge similaire, et le léger choc que vous pouvez ressentir est dû à la décharge que vous faites à la voiture (et dans ce cas avec une étincelle), et non à la charge de la voiture. Ce dernier processus a pris fin dans les années 1930 avec l’introduction de caoutchouc conducteur dans les pneus.
Comment l’électricité statique affecte les gens
Chocs électriques
L’effet le plus connu de l’électricité statique sur les gens, et le seul effet prouvé de l’avis de nombreux scientifiques, est celui du choc dû à une décharge d’étincelle. Cela se produit généralement lorsqu’une personne chargée touche un objet mis à la terre, ou entre en contact avec une autre personne qui est à un potentiel différent. Bien que ce phénomène soit bien connu, il n’existe pas de fourchettes bien définies pour savoir quel niveau de tension corporelle entraîne des décharges que l’on peut ressentir.
Peu de gens, cependant, remarqueront des décharges à des tensions inférieures à environ 1000 V. La plupart des gens commenceront à ressentir un effet désagréable autour de 2000 V. Presque tout le monde se plaindra lorsqu’il sera exposé à des décharges à des tensions supérieures à 3000 V.
Combien la tension corporelle peut-elle être élevée en marchant sur un sol isolant avec des chaussures isolantes ? Certes, des tensions de l’ordre de 10 à 20 kV ont été rencontrées dans certaines conditions, mais à mon avis, la valeur maximale d’environ 35 kV parfois citée est apocryphe. Bien avant que ce type de tension soit atteint, des décharges corona se produiraient probablement à partir du nez, des oreilles et d’autres protubérances.
Il est intéressant de noter que la question de savoir si la décharge d’un conducteur sur un corps humain pouvait avoir des effets bénéfiques était autrefois une question sérieuse. Au 18e siècle, l’électrothérapie était largement utilisée. Dans une application, des condensateurs, connus sous le nom de jarres de Leyde, étaient chargés à des tensions de plusieurs dizaines de kilovolts et déchargés sur des membres paralysés. La secousse qui en résultait était interprétée comme le signe d’un effet positif.
Dans la plupart des cas, cependant, les effets de l’électricité statique sur les êtres humains ont été considérés comme nocifs, ou du moins indésirables. À l’époque du syndrome des bâtiments malsains, il était presque inévitable que certains des nombreux effets non spécifiques d’un climat intérieur imparfait soient attribués au phénomène exotique de l’électricité statique. La charge statique a parfois été la cause présumée de maux de tête, de sécheresse des muqueuses, de démangeaisons de la peau et d’autres affections similaires. Rarement, dans de tels cas, on a suggéré un mécanisme ou une explication possible qui reposait sur des études bien documentées.
La charge statique
Il existe cependant un effet physique de l’électricité statique qui a une certaine probabilité de causer des problèmes physiologiques ou hygiéniques : l’effet qu’un champ électrique autour d’une personne a sur les particules en suspension dans l’air.
Si une personne est chargée positivement, elle attirera les particules chargées négativement de l’air. Ou, comme un physicien préférerait le formuler, le champ autour du corps va renforcer la plaque de particules chargées négativement sur les vêtements et la peau exposée. Mais les particules neutres seront également attirées, parce qu’elles seront polarisées, et parce que les champs, en général, seront toujours inhomogènes. Le champ autour d’une personne peut, comme expliqué ci-dessus, provenir de la séparation des charges en marchant sur un revêtement de sol isolé. Mais il peut aussi être causé par la proximité d’un téléviseur ou d’un écran d’ordinateur.
Il est intéressant de noter que si personne ne se trouve à proximité d’un téléviseur ou d’un écran d’ordinateur, le champ se déplacera vers l’écran. Par conséquent, c’est là que les particules vont se plaquer, avec pour conséquence la formation de taches. Cependant, lorsqu’une personne est proche de l’écran, le champ converge également vers le visage de cette personne, en particulier autour des protubérances telles que le nez et les oreilles.
Plusieurs projets scientifiques ont démontré que les champs électriques autour d’une personne augmentent considérablement le taux de plaque des particules en suspension dans l’air. Il a été suggéré que si ces particules sont de nature allergène, le décollement des plaques pourrait entraîner une augmentation de l’occurrence des irritations ou des maladies de la peau. Une telle relation, cependant, n’a pas été démontrée.
Les ions sont-ils bons pour vous ?
Un processus quelque peu similaire est l’effet sur les ions atmosphériques d’un champ électrique autour d’une personne (pour une définition et une description des propriétés physiques des ions atmosphériques, voir ma chronique dans le numéro de mai/juin 1999 de Compliance Engineering, page 24).
On a souvent prétendu qu’un excès ou un déficit d’une des polarités des ions dans l’air inhalé avait un effet direct sur les êtres humains. Il y a plusieurs décennies, l’une de ces affirmations était qu’un excès d’ions négatifs augmenterait la fréquence de vibration des cils dans les voies respiratoires, améliorant ainsi l’efficacité du nettoyage des cils dans la région des voies respiratoires supérieures. Cette théorie était apparemment soutenue par des résultats expérimentaux dans les années 1940 et 1950 et était largement citée. Vers 1970, cependant, elle a été enterrée – ou du moins elle aurait dû l’être – car de nouvelles études réalisées avec des instruments plus modernes ont démontré de manière concluante que cet effet n’existait pas. Néanmoins, vous pouvez encore trouver la relation ions-cils citée dans des publications médicales et quasi-médicales.
Une affirmation encore plus populaire est qu’un excès d’ions négatifs donne à l’air une sensation de fraîcheur et de propreté, tandis qu’un excès d’ions positifs donne une sensation d’étouffement. Ce genre d’effet vague étant extrêmement difficile à prouver ou à réfuter, qu’il suffise d’observer que l’air étouffant sous un nuage d’orage présente un excès d’ions négatifs, tandis que l’air frais au sommet d’une montagne est riche en ions positifs. Il semble donc que la qualité de l’air ne se résume pas à l’équilibre ionique.
Mais supposons néanmoins que la concentration relative des ions positifs et négatifs dans l’air que nous respirons a une influence sur notre santé. Il est alors clair qu’une personne entourée d’un champ électrique (parce qu’elle est chargée) inhalera moins d’ions qu’une personne non chargée. Si cette personne est chargée positivement, elle repoussera les ions positifs. Bien que le corps attire les ions négatifs, les ions seront déviés vers la peau et seront donc éliminés de l’air inhalé. Et même si la personne n’est pas chargée, la plupart des ions présents dans l’air inhalé vont probablement se plaquer dans les voies respiratoires avant même d’atteindre les bronches.
Toute la question du devenir des ions dans l’air que nous respirons nécessite encore beaucoup de travaux expérimentaux. Il a été avancé que puisqu’un ion négatif est susceptible de contenir une molécule d’oxygène, inhaler des ions négatifs doit être une bonne chose. Au-delà de ce que j’ai noté à propos de la plaque sur la peau et dans la partie supérieure des voies respiratoires, il faut souligner que même dans les concentrations d’ions les plus élevées possibles, il y a des trillions de molécules d’oxygène non chargées pour chaque ion négatif.
Au cours des cinq à six dernières années, de nombreux rapports (du moins en Europe) ont fait état des bienfaits réputés de l’exposition de la peau d’une personne souffrant de rhumatismes ou d’autres affections à un flux d’air fortement ionisé, avec des ions d’une seule polarité.
Pour que la personne ainsi traitée ne soit pas chargée, elle doit être reliée à la terre. Le flux d’ions va alors provoquer un courant du point d’impact à la connexion à la terre. D’après certains rapports, l’effet du traitement dépend fortement de l’endroit du corps où est placée la connexion à la terre. Bien sûr, vous pouvez également créer un courant à travers le corps simplement en appliquant deux électrodes ou plus, mais ce faisant, vous limitez le chemin du courant dans une certaine mesure.
Si l’air ionisé a un effet, c’est peut-être parce que le courant provient d’une zone plus large et a donc plus de chances de trouver le chemin avec le plus grand effet. Cela dépend également de l’emplacement de la contre-électrode ou de la connexion à la terre.
Veuillez noter que j’ai dit si l’air ionisé a un effet.
Les résultats dont je continue à entendre parler ne proviennent pas d’enquêtes scientifiques régulières avec des tests en double aveugle et tout le tralala. Mais ils continuent à venir, et je ne veux pas exclure complètement la possibilité qu’ils soient réels.
J’ai commencé à travailler avec les ions vers 1958 pour enquêter sur certaines affirmations sensationnelles d’un gourou national des ions au Danemark sur les effets et le comportement des ions dans l’air intérieur. J’ai presque été crucifié pour avoir demandé une documentation scientifique sur ces affirmations (comme le fait que l’air d’une pièce avec un sol en vinyle avait un mauvais équilibre ionique). Mon commentaire ci-dessus sur l’effet possible de l’air ionisé sur la peau ne signifie pas que je me suis assagi au fil des ans et que j’ai cédé à mes exigences en matière de documentation. C’est plutôt le contraire. J’aime toujours autant jouer le rôle de saint Thomas le sceptique.
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Niels Jonassen, MSc, DSc a travaillé pendant 40 ans à l’Université technique du Danemark, où il a donné des cours d’électromagnétisme, d’électricité statique et atmosphérique, de radioactivité atmosphérique et de climat intérieur. Après avoir pris sa retraite, il a partagé son temps entre le laboratoire, sa maison et la Thaïlande, écrivant sur des sujets liés à l’électricité statique et donnant des cours de cuisine. M. Jonassen est décédé en 2006. |
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