Comment fonctionne l’électricité statique ?

Avez-vous déjà eu un choc en touchant une poignée de porte, ou vu vos cheveux friser par des jours particulièrement froids et secs ? Si vous avez eu l’une de ces expériences, vous avez rencontré de l’électricité statique. L’électricité statique est l’accumulation de charges électriques (positives ou négatives) à un endroit donné. On l’appelle aussi « électricité au repos ».

Key Takeaways : Électricité statique

• L’électricité statique se produit lorsque la charge s’accumule à un endroit.
• Les objets ont généralement une charge globale de zéro, donc l’accumulation d’une charge nécessite le transfert d’électrons d’un objet à un autre.
• Il existe plusieurs moyens de transférer des électrons et donc de constituer une charge : la friction (l’effet triboélectrique), la conduction et l’induction.

Les causes de l’électricité statique

Une charge électrique—défini comme positif ou négatif – est une propriété de la matière qui fait que deux charges électriques s’attirent ou se repoussent. Lorsque deux charges électriques sont de même nature (toutes deux positives ou toutes deux négatives), elles se repoussent l’une l’autre. Lorsqu’elles sont différentes (l’une positive et l’autre négative), elles s’attirent.

L’électricité statique se produit lorsque la charge s’accumule à un endroit. En général, les objets ne sont ni chargés positivement ni négativement, ils ont une charge globale de zéro. L’accumulation d’une charge nécessite le transfert d’électrons d’un objet à un autre.

Le fait de retirer des électrons chargés négativement d’une surface entraîne une charge positive de cette surface, tandis que l’ajout d’électrons à une surface entraîne une charge négative de cette surface. Ainsi, si des électrons sont transférés de l’objet A vers l’objet B, l’objet A sera chargé positivement et l’objet B sera chargé négativement.

Charge par friction (effet triboélectrique)

L’effet triboélectrique fait référence au transfert de charge (électrons) d’un objet à un autre lorsqu’ils sont frottés ensemble, par friction. Par exemple, l’effet triboélectrique peut se produire lorsqu’on se traîne sur un tapis en chaussettes pendant l’hiver.

L’effet triboélectrique a tendance à se produire lorsque les deux objets sont électriquement isolants, ce qui signifie que les électrons ne peuvent pas circuler librement. Lorsque les deux objets sont frottés l’un contre l’autre puis séparés, la surface de l’un d’entre eux a acquis une charge positive, tandis que la surface de l’autre a acquis une charge négative. La charge des deux objets après séparation peut être prédite à partir de la série triboélectrique, qui répertorie les matériaux dans l’ordre dans lequel ils sont susceptibles de se charger positivement ou négativement.

Comme les électrons ne peuvent pas se déplacer librement, les deux surfaces peuvent rester chargées pendant longtemps, à moins d’être exposées à un matériau électriquement conducteur. Si un matériau électriquement conducteur comme le métal est touché aux surfaces chargées, les électrons pourront se déplacer librement, et la charge de la surface sera retirée.

C’est pourquoi l’ajout d’eau aux cheveux qui frisottent en raison de l’électricité statique permet d’éliminer l’électricité statique. L’eau contenant des ions dissous – comme c’est le cas de l’eau du robinet ou de l’eau de pluie – est électriquement conductrice et supprime les charges qui se sont accumulées sur les cheveux.

Tarification par conduction et par induction

La conduction fait référence au transfert d’électrons lorsque des objets sont mis en contact les uns avec les autres. Par exemple, une surface chargée positivement peut gagner des électrons lorsqu’elle touche un objet à charge neutre, ce qui fait que le deuxième objet devient chargé positivement et le premier objet moins chargé positivement qu’auparavant.

L’induction n’implique pas un transfert d’électrons, ni un contact direct. Elle utilise plutôt le principe selon lequel « les charges similaires repoussent et les charges opposées attirent ». L’induction se produit avec deux conducteurs électriques, car ils permettent aux charges de se déplacer librement.

Voici un exemple de chargement par induction. Imaginez que deux objets métalliques, A et B, soient mis en contact l’un avec l’autre. Un objet chargé négativement est placé à gauche de l’objet A, ce qui repousse les électrons du côté gauche de l’objet A et les fait se déplacer vers l’objet B. Les deux objets sont alors séparés, et la charge se redistribue sur tout l’objet, laissant l’objet A chargé positivement et l’objet B chargé négativement dans l’ensemble.

Sources

• Beaver, John B., et Don Powers. Électricité et magnétisme : Électricité statique, électricité courante et aimants. Mark Twain Media, 2010.
• Christopoulos, Christos. Principes et techniques de la compatibilité électromagnétique. CRC Press, 2007.
• Vasilescu, Gabriel. Bruit électronique et signaux parasites – Principes et applications. Springer, 2005.