Les réseaux d’automatisation industrielle, les systèmes de distribution électrique et les boucles de commande complexes reposent largement sur une mise à la terre adéquate pour assurer leur bon fonctionnement. Les ingénieurs en commande et les spécialistes de l’électricité doivent donc bien comprendre les différences entre mise à la terre, raccordement à la terre et liaison équipotentielle. Au cours de mes 15 années consacrées à la mise en service de systèmes de contrôle distribués (DCS) et d’architectures d’automatisation d’usine, j’ai rencontré de nombreuses défaillances mystérieuses d’équipements causées par de mauvaises pratiques de mise à la terre. Je clarifie ci-dessous ces notions essentielles et présente les normes du secteur qui régissent la sécurité électrique industrielle.

Clarifier les notions fondamentales de Terre et de terre

Les termes « mise à la terre » et « raccordement à la terre » prêtent souvent à confusion dans les projets industriels internationaux. Fondamentalement, la Terre désigne notre planète, qui constitue un conducteur électrique doté d’une référence théorique à zéro volt. Le raccordement à la terre consiste à relier directement les circuits électriques ou les enveloppes des équipements à la Terre ou à un corps conducteur qui prolonge cette connexion. Toutefois, les normes d’ingénierie régionales emploient ces termes différemment. Les normes européennes et de la CEI privilégient le terme « mise à la terre », tandis que les normes nord-américaines NEC, IEEE et ANSI préfèrent « raccordement à la terre ». Malgré ces différences linguistiques, les deux termes désignent l’établissement d’un point de référence fiable à faible impédance pour la distribution de l’alimentation électrique et des signaux.

Distinguer la mise à la terre, le raccordement à la terre et la liaison équipotentielle

Bien que les techniciens emploient souvent indifféremment les termes « mise à la terre » et « raccordement à la terre », la liaison équipotentielle remplit une fonction mécanique distincte et essentielle. La mise à la terre établit une connexion électrique directe avec des électrodes de terre ou des piquets enfoncés dans le sol. En revanche, la liaison équipotentielle relie entre elles toutes les surfaces métalliques, les enveloppes des équipements et les éléments structurels au moyen de conducteurs à faible impédance. Cette interconnexion métallique crée une liaison équipotentielle qui empêche l’apparition de différences de tension dangereuses entre des points distincts. Par exemple, les avions commerciaux et les plateformes de production en mer ne sont jamais directement reliés à la planète Terre lorsqu’ils sont en vol ou flottent. Néanmoins, une liaison équipotentielle interne rigoureuse protège le personnel et les équipements de commande sensibles contre les charges statiques et la foudre.

Résoudre les problèmes de bruit électronique et de qualité de l’alimentation électrique

L’automatisation industrielle moderne repose largement sur des microprocesseurs sensibles, des automates programmables industriels (API) et des réseaux de communication à haut débit. Par conséquent, les problèmes de qualité de l’alimentation électrique apparaissent fréquemment lors de la mise en service des usines. Les ingénieurs électriciens spécialisés dans l’alimentation électrique et les ingénieurs en instrumentation spécialisés dans les signaux ont souvent des conceptions contradictoires concernant la réduction du bruit. Alors que les ingénieurs en électricité se concentrent principalement sur l’élimination des courants de défaut, les ingénieurs en signaux privilégient les réseaux de référence des signaux et la réduction des interférences électromagnétiques (IEM). Pour résoudre ces problèmes, il faut respecter strictement les normes consensuelles établies plutôt que de recourir à des solutions de câblage improvisées.

Application des normes IEEE aux réseaux électriques industriels

Les concepteurs d’usines de traitement industriel s’appuient sur les guides de référence faisant autorité publiés par l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Le Green Book de l’IEEE présente des pratiques exhaustives pour la mise à la terre des réseaux électriques industriels, notamment la mise à la terre du neutre, les configurations des transformateurs et la liaison des enveloppes d’équipements. Le Emerald Book de l’IEEE traite spécifiquement de l’alimentation et de la mise à la terre des équipements électroniques sensibles, des contrôleurs industriels et des infrastructures informatiques. L’utilisation de ces ouvrages aide les ingénieurs à concilier les exigences de sécurité et la maîtrise du bruit dans les systèmes modernes d’automatisation des usines.

Respect des réglementations du Code national de l’électricité (NEC)

Le Code national de l’électricité (NFPA 70) impose des exigences strictes en matière de sécurité électrique dans les installations industrielles. L’article 250 du NEC précise les exigences relatives à la mise à la terre des systèmes électriques, à la liaison des chemins de câbles métalliques et à l’installation d’électrodes de terre enterrées. Le NEC vise avant tout à protéger les personnes et les biens matériels contre les dangers électriques. Les ingénieurs en automatisation doivent donc considérer la conformité au code comme une exigence incontournable dès la conception préliminaire de toute usine de traitement industriel.

Scénario de solution pratique : élimination des boucles de terre dans les E/S des systèmes DCS répartis

Prenons l’exemple d’une grande usine pétrochimique où les signaux analogiques des entrées de thermocouple raccordées à un système de contrôle réparti (DCS) sont régulièrement altérés. Le dépannage révèle que les blindages des câbles de commande sont mis à la terre aux deux extrémités, créant une boucle de terre involontaire qui injecte du bruit électromagnétique. L’équipe d’instrumentation résout le problème en isolant les blindages des câbles, en les raccordant uniquement à la barre de terre principale de l’armoire de commande et en assurant une liaison équipotentielle adéquate entre les boîtes de jonction locales. Cette correction technique élimine les fluctuations des signaux, stabilise les boucles de régulation et évite les arrêts de production inutiles.

À propos de l’auteur

Wang Lei est un expert senior en automatisation industrielle, fort de plus de 15 ans d’expérience sur le terrain à l’échelle internationale, spécialisé dans la protection des réseaux électriques, la mise en service de systèmes de contrôle réparti (DCS), la conception d’instrumentation et l’optimisation des systèmes de mise à la terre. Tout au long de sa carrière, Wang a dirigé des équipes d’ingénierie électrique et de contrôle pour de nombreuses raffineries de pétrole et de gaz, usines de traitement chimique et installations de fabrication lourde de grande envergure en Asie et au Moyen-Orient. Professionnel certifié en sécurité électrique, il contribue régulièrement à des publications internationales sur l’automatisation en rédigeant de la documentation technique et en partageant des analyses du secteur.