La plupart des installations disposent de systèmes électriques mis à la terre de façon à diriger le courant vers la terre en cas de foudre ou de surtension au niveau d'un équipement. La prise de terre fournit le contact entre le système électrique et la terre. Il est fréquent que les codes électriques, les normes techniques et nationales spécifient l'impédance minimale de la prise de terre afin de garantir la fiabilité du raccordement. L'association internationale des essais électriques (NETA) stipule que la prise de terre d'un système en bon état avec un temps de service moyen doit être testée tous les trois ans.
La présente note d'application traite en détail des principes et de la sécurité de la mise à la masse/terre. Elle vise également à décrire les procédures d'essai : méthode de chute de potentiel à 3 et 4 pôles, méthode sélective, méthode sans piquet et méthode à 2 pôles.
Pourquoi une mise à la terre ?
Le code électrique national des États-Unis (NEC) invoque deux raisons majeures pour la mise à la terre d'une installation.
- Stabiliser la tension par une mise à la terre dans des conditions de fonctionnement normales.
- Limiter les hausses de tension générées par la foudre, les surtensions au sein du circuit ou des contacts accidentels avec des lignes à haute tension.
Le courant revient systématiquement à sa source en empruntant le chemin qui lui oppose le moins de résistance, peu importe qu'il s'agisse du transformateur d'un équipement, de celui de l'installation ou d'un générateur. La foudre, quant à elle, retourne systématiquement vers la terre.
Si la foudre s'abat sur les lignes des équipements ou à proximité d'un bâtiment, une prise de terre de faible impédance facilitera l'acheminement de l'énergie en direction de la terre. Les systèmes de mise à la terre et de liaison servent à relier le système électrique et la structure métallique du bâtiment à la terre, à proximité de la construction. En cas de foudre, l'installation est soumise à un potentiel à peu près équivalent. Le maintien du gradient de potentiel à un niveau faible permet de minimiser les dommages.
Si la ligne d'un équipement moyenne tension (supérieure à 1 000 V) entre en contact avec une ligne basse tension, il peut se produire une surtension considérable au niveau des installations situées à proximité. Une prise de faible impédance permet de limiter la hausse de tension de l'installation. Une terre de faible impédance peut également constituer une voie de retour pour les courants transitoires générés par les équipements.
Impédance de la prise de terre
L'impédance de la prise par rapport à la terre varie en fonction de deux facteurs, à savoir la résistivité du sol environnant et la structure de la prise.
La résistivité est la capacité de conduction de courant d'un matériau donné. La résistivité de la terre est complexe, pour les raisons suivantes :
- Elle dépend de la composition du sol (par ex. argile, gravier et sable).
- Elle peut varier sur de courtes distances du fait du mélange des différents matériaux.
- Elle dépend de la teneur en minéraux (par ex. le sodium).
- Elle évolue en fonction de la compression et peut changer au fil du temps sous l'effet du tassement.
- Elle change en fonction de la température, du gel (et donc selon les saisons). La résistivité augmente lorsque la température baisse.
- Elle peut être affectée par l'enfouissement de réservoirs métalliques, de canalisations, de barres d'armature, etc.
- Elle varie en fonction de la profondeur et décroît généralement.
Comme la résistivité tend à diminuer avec la profondeur, il est possible d'enfouir plus profondément la prise pour réduire l'impédance. La mise en place d'un réseau de piquets, d'une boucle conductrice ou d'une grille sont autant de procédés couramment utilisés pour augmenter la portée effective d'une mise à la terre. Les piquets doivent être situés hors de la « zone d'influence » des autres pour être plus efficaces. Il convient en règle générale d'établir entre les éléments une distance supérieure à leur longueur. Par exemple, les piquets mesurant 2,5 m doivent être espacés de plus de 2,5 m pour offrir une efficacité maximale. Le code électrique national des États-Unis (NEC) stipule un seuil d'impédance acceptable de 25 ohms. La norme 142 de l'IEEE, intitulée « Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems » (Pratiques préconisées pour la mise à la terre des systèmes électriques industriels et commerciaux, « livre vert »), préconise une résistance de 1 à 5 ohms entre la prise de terre principale et la terre pour les systèmes étendus à vocation industrielle ou commerciale.
Il incombe aux responsables des sites et aux autorités locales, et notamment à l'autorité compétente, de définir les seuils acceptables en termes d'impédance des prises de terre.
Remarque : les systèmes de distribution d'électricité fournissent un courant alternatif et les testeurs de terre fonctionnent avec du courant alternatif. Vous êtes en droit de penser qu'il est question d'impédance et non de résistance. Toutefois, à la fréquence de la ligne d'alimentation, la composante résistive de l'impédance terrestre est généralement beaucoup plus élevée que la composante réactive. C'est la raison pour laquelle les termes impédance et résistance sont utilisés indifféremment.
Pour des descriptions plus détaillées des tests de la chute de potentiel à 3 et 4 pôles, tests sélectifs, tests sans piquet et tests à 2 pôles, reportez-vous au document pdf. Comment utiliser des testeurs de terre à pôles et câbles (.pdf).