Un panonceau haute tension sur une installation électrique.
Sur les poteaux électriques, ou même certains appareils de la maison (télé, four à micro-ondes…), on voit des étiquettes « danger, haute tension », suggérant qu’une tension très haute soit dangereuse. Inversement, quand on se prend une décharge d’électricité statique, on est soumis à environ 3 000 volts de tension. On dit alors que ce n’est pas dangereux, car l’intensité électrique est trop faible, suggérant que ce soit elle le vrai danger.

Du coup, quel paramètre constitue le vrai danger : la tension ou l’intensité ?

Tension ? Intensité ?

La tension et l’intensité sont les paramètres les plus communs décrivant les phénomènes électriques. Ils ne sont pas les seuls, mais on va s’y tenir pour l’instant.

L’intensité, d’abord : l’intensité du courant est l’importance du flot d’électron qui circule dans un circuit électrique : en un mot, il correspond au débit d’électrons.

Les électrons sautent d’atome en atome. Ceci ne se fait pas sans frottements. Une intensité très élevée dans un conducteur aura tendance à l’échauffer énormément : c’est le principe des résistances chauffantes.

Dans le cas du corps humain, l’électricité a d’autres effets : elle empêche les muscles (dont le cœur) de fonctionner normalement. De plus, un courant trop fort a des effets sur la chimie dans les cellules (équilibre ionique, etc.). Le danger immédiat suite à une électrisation importante vient également de là. Tous ces effets peuvent se montrer dès 50 milliampères.

Il ne faut pas oublier cependant que le corps humain n’est pas un bon conducteur : la peau, si elle est sèche, est un bon isolant : sa résistance électrique est élevée. Mon ohmmètre mesure par exemple 700 kΩ entre mes deux mains.
Cette haute résistance implique que le courant qui passe dans mon corps est très faible même pour une tension importante. En l’occurrence, si je tiens une pile de 9 V par les bornes, alors le courant qui passerait dans mon corps ne serait que de 13 µA : nettement en dessous du seuil de danger.

Ceci est vrai pour une tension donnée, ce qui nous emmène à la notion de tension : la tension électrique, c’est la force avec laquelle les électrons sont poussés dans le circuit électrique. On parle aussi de « force électromotrice », et donc la force qui fait avancer les électrons. Une haute tension implique que les électrons sont forcés dans le circuit, comme envoyés sous pression.

Or, si une tension est suffisante, même un matériau possédant une très grande résistance électrique peut devenir conducteur, y compris un isolant. On parle alors du « claquage » de l’isolant.

Du coup, pour le corps humain avec 700 kΩ et dont le danger commence à 50 mA, la tension dangereuse commence à 35 000 V.

Tout ceci n’est vrai que si le générateur est capable de délivrer 50 mA. Parfois, on peut être soumis à 100 000 V sans aucun danger, tout simplement parce que l’intensité délivrée par la source est bien trop faible. c’est le cas des bobines Tesla : la tension est immense, mais l’intensité très basse : tout le courant passe très vite (sous l’effet de la tension immense) et l’électrisation ne dure qu’une fraction de seconde, trop rapidement pour constituer un danger

Le danger est bien réel, où est-il ?

Comme je l’ai dit, pour être dangereux, l’intensité doit être suffisante pour brûler les tissus du corps ou perturber le fonctionnement des organes vitaux, mais la tension doit également être assez importante pour réussir à pénétrer dans le corps. Sans tension, le courant ne passe dans le corps.

Le danger n’est donc pas uniquement l’intensité ou uniquement la tension : tension est responsable de l’intensité, mais cela dépend d’autres facteurs (résistance du corps humain, fréquence…).

Ce n’est pas tout. Quand on reçoit un coup d’électricité statique de sa voiture par exemple, la tension est de l’ordre de 3 000 V. L’intensité, lui, est de l’ordre du millier d’ampères également !
En revanche, la quantité d’électrons en circulation est très faible. C’est juste qu’ils sont fortement émis d’un côté et attirés de l’autre.

Dans l’ensemble, l’arc électrique ne dure que quelques micro-secondes. L’énergie totale transportée, et donc les dommages produits à votre corps sont minuscules : un petit choc, ou un petit sursaut, tout au plus. Il est là le vrai danger : l’énergie, et la puissance.

La puissance, c’est le débit d’énergie. Par exemple, si vous sautez d’un immeuble de 50 mètres, alors ce sont 50 mètres d’énergie potentielle que vous recevrez en heurtant le sol en un instant et qui vous sera fatal. Si vous sautez chaque marche de l’escalier jusqu’en bas de l’immeuble, l’énergie potentielle absorbée sera identique. Seulement, il sera dilué dans le temps.

L’énergie est dangereuse dans la mesure où le corps ne peut dissiper qu’une certaine quantité d’énergie d’un seul coup. Sauter de 20 cm est possible : nos muscles et nos tendons peuvent amortir cela. Quand on saute de 50 mètres, il ne peut pas.

Dans le cas du danger électrique, c’est un peu pareil : le corps peut supporter une décharge statique, même si c’est du 3 000 V / 1 000 A, du moment que la décharge ne dure qu’une nanoseconde. Si par contre vous touchez des fils électriques, la décharge est continue et le corps reçoit une grande quantité d’énergie (chaleur, ionisation au sein des cellules…) et ne survit pas.
Pour un choc statique, c’est le temps d’exposition qui est limité.

Pour une batterie de voiture, ça serait la tension : la batterie peut délivrer 500 ampères durant plusieurs minutes. Mais la tension de 12 V ne suffit pas à forcer ce courant à travers votre corps : vous pouvez toucher la batterie avec vos mains, ça ne vous fera rien.

Inversement, ma bobine Tesla produit environ 25 000 V : pourtant, on peut tous les toucher sans craindre d’être foudroyés, car l’intensité est faible et la durée d’une étincelle également.

On peut faire un parallèle avec le danger thermique : une étincelle produite par une bougie d’anniversaire est très chaude : supérieur à 1 000 °C. Mais elle est également minuscule et ne véhicule que peu d’énergie. Par contre, un verre d’eau bouillante, bien que n’étant qu’à 100 °C, est beaucoup plus volumineux et contient suffisamment d’énergie pour vous brûler sévèrement.
On ne peut donc pas vraiment dire qu’un ou l’autre de la chaleur ou de la température est plus dangereuse : le tout est de savoir quelle quantité de chaleur est réellement transmise à votre corps et à quelle vitesse.

« Danger haute tension ! »

Maintenant, si la tension n’est seule responsable du danger, on peut se demander pourquoi les panneaux indiquent « danger, haute tension » et non « danger, haute intensité ».

Avec de l’eau, si on place une pièce trouée sur une tuyau, moins d’eau va passer. Mais si on augmente la pression, l’eau passera plus rapidement dans le trou et le débit montera. Il arrivera un moment où la pression plus forte compense la diminution de la taille de passage et le débit sera rétabli. Si on suppose la taille du tuyau comme une constante, alors c’est bien la pression qui régule le débit.

Pour l’électricité, si on augmente la tension aux bornes de n’importe quel composant, l’intensité va monter. C’est la différence de potentiel — appelée tension — qui est responsable de l’apparition d’un courant. Le passage du courant correspond alors à un flot de charges électriques poussées par cette tension qui vont rééquilibrer le potentiel entre deux points.

On comprend que si la différence de potentiel est plus forte, les électrons sont poussées avec davantage de force. Même si on place un obstacle au courant — une résistance, donc — cet obstacle ne suffit plus quand la tension est vraiment trop grande.

Il ne peut y avoir de courant sans tension, mais il peut y avoir une tension sans courant.
C’est la tension qui produit le courant, mais ça ne veut pas dire que c’est lui l’unique danger. Il est juste responsable de l’ensemble du phénomène électrique, dont une partie est dangereuse. D’où la notation « danger, haute tension ».

Note de fin

Attention cependant : ce que je dis ici est valable que pour les tensions continues.
Quand je dis qu’il faut 35 000 V pour produire un courant dangereux dans le corps, c’est en courant continu. La résistance corporelle est de 700 000 ohm en continu seulement.

Dès qu’on passe dans le domaine alternatif, la résistance électrique n’est plus la seule à prendre en compte. Il faut alors considérer son équivalent en alternatif : l’impédance. Ce dernier dépend de la capacité et de l’inductance du corps humain. Or, ces deux grandeurs ne sont pas nulles pour le corps humain.

Dès lors, le courant alternatif passe beaucoup plus facilement dans le corps humain, en particulier si sa fréquence est élevée. Ainsi, le courant dans une prise est du 230 V alternatif : ceci est très largement suffisant pour pénétrer dans le corps et y envoyer un courant fatal de plusieurs ampères.

En fait, en alternatif, même 50 volts peuvent être dangereux.

N’oubliez pas : vous pouvez toucher un condensateur chargé de 400 V sans trop de problèmes. Mais ne vous avisez pas de toucher des fils sous courant alternatif, même à « seulement » 50 volts.

Un peu plus haut je parlais des bobines Tesla : celles-ci produisent des courants alternatif de >50 000 V. Le courant produit traverse très largement le corps humain. L’astuce ici réside dans la nature d’une bobine Tesla, qui est un transformateur. Ce qu’il produit en haute tension, il le compense par une très faible intensité. Donc même si la tension est très élevée, l’intensité ici est de l’ordre du microampère, ce qui est bien loin du seuil dangereux.

Enfin, concernant les éclairs : certaines personnes survivent, mais il ne s’agit que de chance. Généralement, il pleut lors d’un orage, donc on est déjà mouillé. Le courant électrique reste donc en surface de la peau, sans passer par les organes vitaux. Par contre, un éclair est très chaud et très lumineux : le simple flash vu à quelques mètres peut vous aveugler durant des jours et vous brûler sévèrement. Même à distance, les UV émis par un éclair peuvent vous brûler la peau.

image d’en-tête de Jamelah E.

19 commentaires

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Juju wrote:

C'est clair.
Une petite note sur la sécurité domestique (différentiel) aurait été bienvenue ?

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Rak wrote:

Bonjour,
L'intensité d'un courant est résultante de la résistance de l'élément soumis à la tension.
Ensuite chaque élément a ses propres caractéristiques et son comportement face aux conséquences de l'intensité du courant qui le traverse.
Vous parlez de la charge d'un condensateur sous 400 V : un condensateur de 1pF ou de 1000 uF ?... La charge accumulée n'est pas la même dans les deux cas.
La résistance interne d'une source influence ses capacités à débiter plus ou moins de courant.
La résistivité du corps humain semble suffisamment basse pour placer sa résistance moyenne autour de quelques kilo Ohms.

La question de l'orage est trop importante pour sembler dire qu'il y a des gens qui en réchappent.

Les gens qui ont des accidents électriques n'ont surement pas passé en revue tous les cas de figure avant qu'il leur arrive, en se demandant "dans ce cas, est-ce dangereux ?"
Tout cela pour dire qu'en toute logique il faudrait terminer ce genre d'article à minima par des conseils de sécurité écrits en majuscule : "TOUTE SOURCE DE TENSION EST POTENTIELLEMENT DANGEREUSE !"
Cordialement.
Rak

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Le Hollandais Volant wrote:

@Rak :

L'intensité d'un courant est résultante de la résistance de l'élément soumis à la tension.

L’intensité dépend de ces deux choses (entre autres), mais sans tension, il n’y a pas de courant : c’est ça l’important.

Bien-sûr, on peut produire une intensité de 400 ampères avec un condensateur délivrant 1 V : c’est juste qu’il sera déchargé en un temps hyper-court à cause de la quantité de charge bien trop faible qu’il contient.
En fait, un électron seul qui se balade constitue (très localement) un supra-conducteur (résistance nulle) avec une intensité infinie.
Est-ce que cet électron constitue un danger électrique ? Non.

Ok pour la résistance interne d’une source : c’est quelque chose d’important. C’est pour cette raison qu’une pile ne peut pas débiter beaucoup de courant (enfin pas infiniment). Pas autant qu’un condensateur par exemple, qui se décharge très vite. C’est aussi ce qui différentiel les condensateurs (peu de charges mais une très faible résistance interne et donc une forte intensité possible) des supercondensateurs : une très forte capacité, mais une résistance élevée et donc une intensité délivrée assez faible.

La résistance d’un corps humain dépend de plein de facteurs. La valeur que je donne c’est celle que j’ai mesuré sur moi avec un ohmmètre fonctionnel. Si j’avais mouillé mes mains, ou si j’avais mis la fiche dans la bouche, la valeur aurait été bien inférieure. Aussi, si je peux assurer que mettre ses mains sèches et propres sur une batterie de voiture ne fera rien du tout, faire la même chose avec les mains enduits d’eau de mer et présentant des plaies ouvertes peut s’avérer dangereux, oui.

Toute source est potentiellement dangereuse, oui.
L’important ici reste le « potentiellement » : quelqu’un qui mange une pile 9 V et se mal parce les ions dans son estomac commencent à produire une électrolyse, je n’appelle pas ça un « danger électrique ». C’est un danger tout court. Mais à ce niveau là, tout peut être dangereux, y compris un stylo, une éponge ou un coussin. C’est n’est pas l’objet de l’article.

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AdnX wrote:

Merci 1000 fois pour cet article qui répond une fois de plus aux vieilles questions que je traîne dans ma tête.

Je me suis récemment posé la question de savoir à quel endroit sur un circuit électrique on se faisait electrocuter en premier - même s'il s'agit de quelques nanosecondes. Impossible de trouver quoi que ce soit en anglais ou français sur le web. Je suis arrivé à la conclusion que les electrons proches des 2 bornes d'un générateur se mettaient en movement en premier et que l'onde électrique initiait sa boucle sur un circuit fermé à partir des 2 bornes en même temps. Une lampe s'allumerait donc plus rapidement si elle est proche d'une des bornes du générateur que si elle en est éloignée.

As-tu un avis là-dessus?

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Le Hollandais Volant wrote:

@AdnX :

Une lampe s'allumerait donc plus rapidement si elle est proche d'une des bornes du générateur que si elle en est éloignée.

Oui.
Mais ce n’est qu’une question de nanosecondes.

ElectroBoom a détaillé le calcul : https://www.youtube.com/watch?v=IOb3-JZPY0Y
En fait les électrons ne voyagent dans le fil qu’à une fraction de millimètre par seconde. Pas plus vite qu’un escargot, au sens propre du terme.

Par contre, quand le premier électron se met en mouvement, il repousse le suivant, qui repousse à son tour le suivant, etc. Ce « repoussage » de proche en proche est lui extrêmement rapide : proche de la vitesse de la lumière.
De toute façon, le courant du secteur est alternatif : les électrons vibrent en faisant globalement du sur place.

Donc même si ton ampoule est 1 mètre plus proche de l’interrupteur, le gain de temps ne sera que d’environ 5 nanosecondes. Il faudrait que le fil fasse 10 fois le tour de la Terre pour qu’on voit une différence de seulement 1~2 secondes.

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Rnouf wrote:

Autre élément à prendre en compte selon moi, c'est l'effet de claquage dans l'air : en haute tension, il n'est pas nécessaire d'être en contact directement avec la partie conductrice sous tension, se rapprocher est alors dangereux.

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AdnX wrote:

@Le Hollandais Volant : excellent le lien vers Electroboom! Je ne connaissais pas et il mérite d'être connu.

Pour en revenir à ma question, j'aimerais pouvoir visualiser "en slow-mo" la naissance d'une onde électrique consécutive à la mise en mouvement des électrons par la tension.

Une onde - électrique en l'occurence - a une vitesse (disons proche de celle de la lumière pour simplifier) donc une direction, et donc un point d'origine.
Si j'ai bien compris ta reponse, tu places le point d'origine à l'interrupteur?

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Will Blad wrote:

Bonjour,

Très bonne explications ! Je ne rate aucun de vos articles!
Par contre il y a bug dans le 18éme paragraphe :

En par contre vous touchez des fils électriques,
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Le Hollandais Volant wrote:

@AdnX : Tu peux voir des simulations de ça.
Par exemple ici un électron qui vibre (oscille de haut en bas) : http://www.mysearch.org.uk/website1/html/406.WSM.html et perturbe le champ électro-magnétique autour de lui.

Il faut bien noter par contre que cette perturbation se fait initialement dans toutes les directions. Il ne faut donc pas voir ça comme des cercles, mais comme des sphères.

Ensuite, tu y vois une seule vague, mais en réalité, ce sont deux "vagues" qui sont couplées : l’onde sur le champ électrique, d’une part, et l’onde sur le champ magnétique de l’autre. Les deux sont couplées : https://giphy.com/gifs/wave-physicsgifs-4cqbCFU6b0LjW

En soi ce n’est qu’un seul champ électromagnétique, mais on distingue les champs électriques (E) et le champ magnétique (B).

@Will Blad :
Merci :)

En effet, il fallait lire « si par contre vous touchez des fils électriques ». J’ai corrigé.

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AdnX wrote:

@Le Hollandais Volant : Merci de ta réponse ;) animations très complètes.
Je poursuis mes "recherches" sur la/les localisations des premiers électrons d'un cable qui se mettent en mouvement dans un circuit fermé pour générer l'onde électro-magnétique, et la/les directions que prend cette onde en fonction du câble.

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Le Hollandais Volant wrote:

@AdnX : Avec plaisir :)
C’est un sujet très vaste, très complêxe, mais très intéressant et aussi très élégant : parfois c’est juste beau, ce que font les électrons.

Par exemple, si on a un fil de cuivre de 5 cm de diamètre (un gros câble en fait). En courant continu, les électrons vont être poussés d’un côté à l’autre quelque soit leur position dans le câble. Les électrons en déplacement produisent un champ magnétique. Comme les courant est uniforme et continu, ce champ magnétique est constant et rien de spécial ne se produit..

En courant alternatif haute fréquence, étant donnée le changement très rapide de sens du courant, les électrons oscillent : ils constituent des charges électrons dont le déplacement varie. Cette variation est importante ici : si le déplacement varie constamment, alors le champ magnétique également. Ce champ magnétique variant induit un courant secondaire dans le fil de cuivre. Ce courant secondaire est opposé au courant initial qu’on envoie dans le fil. Ce courant est plus fort au centre du fil.
Il en résulte donc que ce courant « d’opposition », plus fort au centre, empêche les électrons de circuler au centre du fil. Le courant alternatif ne circule donc pratiquement que à la surface du fil de cuivre.

Autrement dit, utiliser un fil de cuivre de 5 cm de diamètre n’est pas plus efficace qu’utiliser un tuyau de cuivre de 5 cm de diamètre mais de 1 cm d’épais (donc un fil creux « façon bambou »). En courant alternatif haute fréquence, utiliser un fil plus épais ne permet plus de réduire la résistance du fil. Il faut mieux avoir deux petits fils que un seul gros.

C’est pour cette raison que certains câbles sont composés de multiples petits fils et non pas un seul gros fil.

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AdnX wrote:

@Le Hollandais Volant : J'ai encore appris un truc!
Continue avec tes articles - tu fais le meilleur blog que je connaisse.

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man-x86 wrote:
Mon ohmmètre mesure par exemple 700 kΩ entre mes deux mains.

Ça peut beaucoup varier.
En mesurant entre mes deux mains (faible humidité, vent sec), je mesure 1MOhm, mais si je mets un peu de salive au bout de chaque doigt, ça retombe à 300kOhm, la sueur ou l'humidité ambiante peuvent encore beaucoup faire baisser cette valeur.

vous pouvez toucher un condensateur chargé de 400 V sans trop de problèmes. Mais ne vous avisez pas de toucher des fils sous courant alternatif, même à « seulement » 50 volts.

Prudence quand même.

Les capas "réservoir" des alimentations à découpage (325V, ou ~400V avec un PFC boost) ont une capacité de forte valeur (>100uF), ça suffit à faire un sacré choc même avec l'alimentation déconnectée du secteur. Par expérience, toucher un rail de >200V DC fait quand même assez mal (le bras reste comme anésthésié pendant quelques heures).
(5J pour une capa de 100uF chargée à 325V, la réserve d'énergie est conséquente).

L'autre risque que peu de gens mentionnent, c'est l'effet de surprise ou le réflexe associé à un petit choc, qui peut suffire à faire tomber une personne d'une échelle, ou à lui faire bouger la main dans un endroit dangereux (les moteurs industriels ont souvent un ventilateur à côté du collecteur).
Même avec des outils isolés et en basse-tension, il y a aussi le risque de blessures par un arc ou des composants/cuivre/liquide qui explose en direction de la tête et des yeux (par exemple un court-circuit sur une batterie de téléphone).

En AC, c'est intéressant de voir que le corps est capacitif, et a aussi un effet de peau.
On ne sent presque rien en touchant un conducteur à 1kV à 200kHz, mais la peau brûle en surface, contrairement à 24V à 1kHz qui pique vraiment les doigts.

Ça permet d'arriver à quelques conseils :
- Ne pas serrer des conducteurs dans la main (mais on peut les toucher avec le dos de la main, qui va se contracter en cas de choc)
- Travailler sous tension avec une main dans le dos (et surtout pas à la terre ou à un autre potentiel fixe), au pire avec le bras/coude qui touche la terre (le courant retourne à la terre par les chaussures, le sol et le reste du corps assez résistants, ou par le coude, plus conducteur, mais avec moins de risques de dommages pour le reste du corps)
- Faire attention à ce que personne ne puisse remettre le contact quand on touche un circuit mis hors-tension.

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Le Hollandais Volant wrote:

@man-x86 :

L'autre risque que peu de gens mentionnent, c'est l'effet de surprise ou le réflexe associé à un petit choc, qui peut suffire à faire tomber une personne d'une échelle, ou à lui faire bouger la main dans un endroit dangereux (les moteurs industriels ont souvent un ventilateur à côté du collecteur).

+1

C’est pas pour rien qu’il y a des habilitations électriques, ils parlent globalement de tout ça et ça fait parfois assez peur, comme les gens qui se retrouvent collés à des tableaux électriques car les muscles se referment sur les conducteurs, ou la peau qui brûle ou fond sur le cuivre… Les dangers sont multiples.

Et même, sur les gros arcs, il faut aller jusqu’à se protéger des UV et de l’ozone. Ce dernier est produit par ionisation du dioxygène (O2) de l’air et se recombine en ozone (O3), qui est un gaz toxique, très ionisant et à l’odeur caractéristique : l’odeur « électrique » sentie à côté des gros transfos EDF…

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M.Wittgenstein wrote:

@Le Hollandais Volant : Bonjour, très bel article sur un phénomène plus compliqué qu'on ne le pense. Juste un petit détail, je ne crois pas que les électrons "se poussent" dans le circuit. La tension produit un champ électrique qui se déplace à la vitesse de la lumière dans le conducteur, et c'est ce champ qui excite les électrons en même temps.

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Le Hollandais Volant wrote:

@M.Wittgenstein : Cela revient au même, à la fois d’un point de vu du résultat final que du point de vue énergétique (l’énergie émise par la source ainsi que la distribution d’énergie). Mais c’est bien le champ électrique qui, comme vous le dites, qui est responsable de l’ensemble du phénomène de mise en circulation des électrons.

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Xelany wrote:

Article intéressant, j'ai toujours eu du mal à bien comprendre les notions de tension et d'intensité... Là encore quelque chose m'échappe, d'après moi si on augmente la tension l'intensité devrait augmenter aussi...or tu parles d'une tension de 36000 pour les bobines Tesla et même de tension de 100000 volts, et d'une intensité faible, et donc d'une absence de risques... Comment une telle tension peut-elle produire une intensité si faible, si la force qui pousse les électrons est très importante, le débit devrait lui aussi être élevé non?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Xelany : Dans un résistor, oui : plus on augmente la tension, plus l’intensité monte.
Mais du coup, il faut que le générateur puisse produire une forte intensité aussi. Si ce n’est pas le cas, seule la tension va monter.

C’est comme un robinet sur lequel on met un obturateur avec un petit trou. Si le trou est petit, tu auras un petit jet (faible intensité) avec une très forte pression (forte tension). Si tu augmentes la taille du trou, le jet sera plus gros et la pression moins forte, mais le débit total (puissance) reste identique. Si tu mets un obturateur avec un trou plus gros que le diamètre de ton robinet, cela n’augmentera plus le débit, qui est fixé par ton installation.

En électricité c’est pareil : deux pilles AA ont une puissance maximale fixe. À partir de là, on peut monter l’intensité (ça réduira la tension), ou monter en tension (mais ça réduira l’intensité), en fonction de ses besoins. Bien-sûr, on peut aussi baisser l’intensité ET la tension, en limitant le débit total avec un potentiomètre, par exemple, mais on ne peut pas augmenter indéfiniment la tension et l’intensité.

Avec un condensateur, on peut monter à des tensions et des intensités très fortes (400 V et 1000 A), mais dans ce cas, la puissance est telle que le condensateur se vide en 5 millisecondes : la quantité d’énergie (puissance ÷ durée) dans le condensateur est trop faible.


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