Pourquoi toucher un métal avant de faire le plein ?
― Une électricité statique qu'on ne sent pas peut suffire à créer un incendie
Dans les stations-service en libre-service, il existe un endroit à toucher avant de saisir le pistolet. Sauter cette étape ne provoque, la plupart du temps, rien de grave. Certains la négligent donc. Or le calcul montre qu'une électricité statique trop faible pour être ressentie suffit largement à enflammer les vapeurs d'essence. Ressentir une décharge et déclencher un incendie sont deux choses bien différentes.
Par temps sec, en sortant de la voiture, toucher la portière provoque parfois une petite décharge douloureuse. C'est le bruit et le choc de l'électricité accumulée dans le corps qui s'écoule d'un coup.
Cette accumulation vient du frottement entre deux objets : les vêtements et le siège, les chaussures et le sol, les cheveux et l'écharpe. Marcher, ou simplement se rasseoir, suffit à en accumuler.
Point important : on ne peut pas sentir soi-même si l'on est chargé. La douleur n'apparaît que lorsque la charge dépasse un certain seuil et s'écoule d'un coup. En dessous de ce seuil, rien ne se produit, même en étant chargé.
Or à la station-service, le problème se situe précisément dans cette zone où l'on ne sent rien.
L'essence dégage des vapeurs même en dessous de -40 °C. Même en plein hiver, ouvrir la trappe à essence expose à un gaz inflammable.
Il suffit d'à peine la moitié de ce qu'il faut pour qu'un humain sente une douleur. Autrement dit, un incendie peut se déclencher sans que l'on ressente rien.
Ces deux faits se rejoignent précisément à la trappe à essence. Voyons cela dans l'ordre.
L'essence, à l'état liquide, ne brûle pas
Cela peut surprendre, mais ce qui brûle, ce n'est pas le liquide, ce sont ses vapeurs. Approcher la flamme d'un briquet de l'essence liquide enflamme d'abord la vapeur ; la chaleur produite libère alors davantage de vapeur, qui entretient la combustion.
Et l'essence dégage des vapeurs dès des températures très basses. À titre indicatif, elle en émet même en dessous de -40 °C. Quel que soit le froid en France, ouvrir la trappe à essence expose donc à un gaz inflammable.
Cependant, la présence de vapeur ne signifie pas qu'elle brûle toujours. Elle ne s'enflamme que lorsque son mélange avec l'air se situe dans une plage de concentration précise. Trop concentré ou trop dilué, cela ne brûle pas.
Le problème, c'est que les abords de la trappe à essence se trouvent justement souvent dans cette « bonne » plage. À l'intérieur du réservoir, c'est trop concentré ; un peu plus loin, c'est trop dilué. Seule la zone de l'orifice atteint la concentration inflammable. Et c'est précisément là qu'on tend la main.
Il ne manque qu'un déclencheur pour l'enflammer.
Une électricité statique « imperceptible » peut suffire
C'est le cœur de cet article. L'énergie nécessaire pour déclencher un incendie est étonnamment faible.
Un humain ne ressent une décharge douloureuse que lorsque la charge accumulée dans son corps est assez importante. Or pour enflammer les vapeurs d'essence, environ la moitié de cette charge suffit. Les chiffres détaillés figurent dans le dernier volet dépliant, mais voici la conclusion :
L'énergie nécessaire pour l'inflammation représente moins d'un tiers du seuil de perception humaine. Une étincelle peut jaillir sans que l'on ressente rien.
Par temps sec, en hiver, une charge suffisamment accumulée représente environ 37 fois l'énergie nécessaire. La marge est immense.
Autrement dit, le raisonnement « je n'ai rien senti, donc tout va bien » ne tient pas. La douleur n'est pas un indicateur fiable de l'accumulation de charge. Il est courant d'atteindre un niveau dangereux sans rien ressentir.
Par temps froid ou chaud, il arrive de laisser le pistolet faire son travail et de retourner s'asseoir dans la voiture. C'est considéré comme particulièrement dangereux.
La raison est simple. Se rasseoir sur le siège recharge à nouveau le corps en électricité. Et au moment de ressortir pour reprendre le pistolet, on approche une main chargée précisément de l'endroit où la vapeur est la plus concentrée pendant le remplissage.
Ne retournez pas dans la voiture avant la fin du plein. Si vous y êtes vraiment obligé, touchez de nouveau une surface métallique avant de reprendre le pistolet.
À faire lors du plein
- Couper le moteur, puis toucher l'endroit prévu pour évacuer l'électricité statiquePosez fermement la paume de la main sur l'emplacement prévu de la borne (souvent une plaque noire ou grise). Un simple effleurement du bout des doigts peut ne pas suffire. Couper le moteur en premier reste indispensable.
- Pendant le plein, ne retournez pas dans la voiture et ne vous éloignez pasRevenir s'asseoir recharge à nouveau le corps. Ne vous éloignez pas non plus. Seule une personne présente sur place peut repérer immédiatement un débordement ou une anomalie. Toute flamme est strictement interdite : pas de cigarette, ni aucun objet inflammable.
- En cas de départ de feu, ne tentez pas de l'éteindre : éloignez-vous et prévenezArrêtez immédiatement le remplissage et éloignez-vous des lieux. Chaque station dispose d'un bouton d'arrêt d'urgence et d'un extincteur. Repérer leur emplacement avant de faire le plein permet de réagir avec calme. Prévenez le personnel et appelez le 18 ou le 112. N'approchez surtout pas pour tenter d'éteindre vous-même.
Transporter de l'essence dans un contenant est soumis à une réglementation stricte. Dans les stations en libre-service, un client ne peut pas remplir lui-même un bidon. Cette opération est réservée au personnel.
L'achat fait l'objet d'une vérification d'identité et de l'usage prévu. Le contenant doit également répondre à des normes précises. Ne mettez jamais d'essence dans une bouteille en plastique ou un contenant non homologué.
Ces règles ont été renforcées à la suite d'un incident survenu en 2019 au Japon. Pour plus de détails, référez-vous aux consignes des autorités compétentes et de la station que vous utilisez.
Une observation à faire chez soi (sans flamme)
- Par temps sec, déchirez un mouchoir en papier en petits morceaux d'environ 1 cm et posez-les sur une table
- Frottez une règle ou un support en plastique une dizaine de fois contre vos cheveux ou un tissu sec
- Approchez l'objet des morceaux de papier : ils bondissent et s'y collent
- Vérifiez un point essentiel : tenir dans la main l'objet frotté ne procure aucune sensation. Ni douleur, ni picotement
- Le papier bondit pourtant. Une force agit, sans que l'on la ressente
Les points 4 et 5 sont l'essentiel de cet article. « Ne rien sentir » ne signifie pas « ne rien accumuler ». Par temps humide, l'expérience échoue : choisissez donc un jour sec. Cet échec fait lui-même partie de l'observation : il montre que l'humidité laisse s'échapper l'électricité statique.
En résumé
Toucher un métal avant de faire le plein sert à évacuer d'abord, dans un endroit sans vapeur inflammable, l'électricité accumulée dans le corps. L'essence dégage des vapeurs même en plein hiver, et l'énergie nécessaire pour déclencher un incendie est bien inférieure au seuil de douleur perçu par l'humain. C'est la conjonction de ces deux faits qui justifie cette procédure systématique.
« Je n'ai rien senti, donc tout va bien » :
ce raisonnement ne tient tout simplement pas.
Sur la raison pour laquelle l'électricité statique s'accumule davantage en hiver, et sur le lien entre air sec et facilité d'évacuation de la charge, voir cet article. Un phénomène similaire où le feu remonte, via cette même « vapeur invisible », jusqu'au contenant, se produit aussi lorsqu'on rajoute de l'allume-feu sur un barbecue. Pour en savoir plus, voir cet article.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, valeurs numériques, liens avec les programmes scolairesDu collège aux sujets de recherche actuels, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeNiveau du programme de sciences au collège
- LycéeNiveau des enseignements de tronc commun au lycée
- Lycée+Niveau des spécialités du lycée, ou contenu approfondi/encart des manuels
- UniversitéContenu de spécialité universitaire, non enseigné au lycée
- RechercheSujet encore à l'étude, non établi même comme « acquis » à l'université
CollègeVocabulaire : électricité statique et combustion
- Charge électrostatique : accumulation d'électricité dans un objet, provoquée par le frottement.
- Capacité électrique : grandeur exprimant la quantité de charge qu'un objet peut stocker. Le corps humain est estimé entre 100 et 200 pF (picofarads).
- Point d'éclair : température à partir de laquelle un liquide dégage des vapeurs inflammables au contact d'une flamme. Pour l'essence, il est estimé en dessous de -40 °C.
- Plage d'inflammabilité : intervalle de concentration dans l'air pour lequel un mélange peut brûler. Pour la vapeur d'essence, elle est d'environ 1,4 à 7,6 %.
- Énergie minimale d'inflammation : plus petite énergie nécessaire pour déclencher une combustion. C'est ce que le texte appelle « l'énergie nécessaire ».
LycéeVérification par le calcul : à combien de volts le feu prend-il ?
Le texte affirme qu'« une charge imperceptible peut suffire ». C'est calculable. Il suffit d'une formule vue en physique au lycée.
E ＝ ½ × C × V²
| E énergie stockée | en J (joules) |
| C capacité électrique | corps humain : 150 pF = 0,00000000015 F |
| V tension accumulée | en V (volts) |
Le point à retenir : V². La tension intervient au carré. Doubler la tension quadruple l'énergie. Plus la charge s'accumule, plus le danger croît de façon accélérée.
La valeur de référence est l'énergie minimale nécessaire pour enflammer la vapeur d'essence, soit environ 0,2 mJ (millijoule). 1 mJ = 0,001 J.
| Tension accumulée par temps sec | V = 10 000 V |
| D'abord, V au carré | 10 000 × 10 000 = 100 000 000 |
| Dans la formule | 0,5 × 0,00000000015 × 100 000 000 = 0,0075 J |
| Conversion en mJ | 0,0075 × 1000 = 7,5 mJ |
| Rapport à l'énergie nécessaire | 7,5 ÷ 0,2 = 37,5 fois |
Plus de 37 fois l'énergie nécessaire. Loin d'être insuffisant, c'est très largement suffisant.
Quelle est la tension minimale pour déclencher un incendie ? Reprenons la formule à l'envers, en cherchant la tension qui donne 0,2 mJ = 0,0002 J.
| Essai avec 1600 V | 1600 × 1600 = 2 560 000 |
| Dans la formule | 0,5 × 0,00000000015 × 2 560 000 = 0,000192 J |
| Conversion en mJ | 0,000192 × 1000 = 0,192 mJ |
| Conclusion | Environ 1600 V suffisent quasiment |
L'être humain ressent-il ces 1600 V ?
| Seuil de perception humaine d'une décharge | environ 3000 V ou plus |
| Tension nécessaire pour enflammer | environ 1600 V |
| Écart | 3000 − 1600 = 1400 V de « zone dangereuse imperceptible » |
Voilà la réponse. Entre 1600 V et 3000 V, l'énergie suffit largement à déclencher un incendie, alors que l'humain ne ressent absolument rien.
Calculons aussi, à titre indicatif, l'énergie correspondant aux 3000 V du seuil de perception.
| 3000 V au carré | 3000 × 3000 = 9 000 000 |
| Dans la formule | 0,5 × 0,00000000015 × 9 000 000 = 0,000675 J |
| Conversion en mJ | 0,000675 × 1000 = 0,675 mJ |
| Rapport à l'énergie nécessaire | 0,675 ÷ 0,2 ≒ 3,4 fois |
Au moment même où la douleur apparaît, l'énergie dépasse déjà 3 fois le seuil nécessaire. Autrement dit, « je n'ai rien senti » n'offre aucune garantie. C'est le message principal que cet article voulait transmettre.
※ La capacité électrique, le seuil de perception et l'énergie minimale d'inflammation sont tous des valeurs variables selon les conditions. L'énergie minimale d'inflammation, en particulier, dépend fortement de la concentration de vapeur, de la température et de la forme de la décharge. Ces calculs servent avant tout à donner un ordre de grandeur.
Lycée+Sans la bonne concentration, pas de combustion
Une plage d'inflammabilité d'environ 1,4 à 7,6 % signifie que pour 100 volumes d'air, la vapeur ne brûle que si elle en représente entre 1,4 et 7,6.
Cela donne un résultat quelque peu inattendu. À l'intérieur du réservoir, la vapeur est trop concentrée pour brûler, faute d'oxygène suffisant. À l'inverse, en s'éloignant de la trappe, elle devient trop diluée. Seule la zone frontière atteint la concentration inflammable.
La température joue aussi un rôle. Par temps froid, la vapeur se dégage moins ; par temps chaud, davantage. La localisation exacte de la « bonne » concentration varie donc selon la saison et le vent. Il n'existe donc pas de ligne fixe « sûre à partir d'ici » : c'est pour cela que seule une procédure peut prévenir le risque.
À noter que le gazole (diesel) a un point d'éclair plus élevé et dégage très peu de vapeur à température ambiante. Le niveau de risque diffère donc selon le carburant, même si une projection en brouillard change la donne.
UniversitéLes décharges ont des « formes » différentes, et un danger différent
Lorsque la charge accumulée s'écoule, elle peut le faire selon plusieurs types de décharge. À énergie égale, le pouvoir d'inflammation varie selon le type de décharge.
La décharge qui jaillit du corps humain vers un métal concentre son énergie sur un point, en un temps très bref : on la considère fortement inflammatoire. À l'inverse, une décharge qui s'écoule doucement le long d'une surface plastique disperse son énergie, et s'avère moins susceptible d'enflammer.
Cette différence est essentielle en pratique. Selon qu'on cherche à éviter toute accumulation, à évacuer la charge progressivement, ou à l'évacuer d'un coup, la conception des dispositifs de protection contre l'électricité statique diffère. La plaque de décharge des pompes à essence repose sur l'idée de « mettre le corps humain à la terre, pour évacuer la charge d'abord dans un endroit sans vapeur ».
Le même problème se pose lors du transfert d'un camion-citerne vers une cuve enterrée : mise à la terre et limitation de la vitesse d'écoulement sont alors imposées, car un liquide se charge en électricité rien qu'en circulant dans une canalisation.
RecherchePourquoi le frottement charge-t-il en électricité ?
- Le mécanisme de l'électrisation par frottement n'est toujours pas totalement expliqué. Transfert d'électrons ? D'ions ? Ou arrachement microscopique de matière d'un des deux matériaux ? Ces trois hypothèses ont été observées, et laquelle domine dépend des matériaux et des conditions. Un phénomène pourtant très courant, sans réponse tenant en une ligne de manuel.
- Même deux objets du même matériau peuvent parfois se charger l'un contre l'autre. On explique généralement le phénomène par « le frottement entre matériaux différents transfère de l'électricité », mais une électrisation a aussi été observée entre matériaux identiques, ce qui montre qu'une explication simple ne suffit pas.
- L'ordre de facilité à se charger (série triboélectrique) peut s'inverser selon les conditions. Humidité, saleté de surface, façon de frotter, historique antérieur : cet ordre n'est donc pas absolu.
- La valeur de l'énergie minimale d'inflammation n'est pas non plus un chiffre unique et définitif. Elle varie selon la méthode de mesure (forme des électrodes, vitesse de la décharge, concentration de la vapeur), et les valeurs publiées présentent une certaine fourchette. Le 0,2 mJ cité dans cet article n'est qu'un ordre de grandeur représentatif.
L'un des phénomènes les plus courants de la vie quotidienne reste, aujourd'hui encore, un sujet de recherche. « Ce qui est compris » et « la procédure établie » sont deux choses distinctes : on peut définir une procédure sûre sans comprendre entièrement le mécanisme sous-jacent. Les gestes du plein d'essence en sont un exemple.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / thème | Passage correspondant |
|---|---|---|
| Collège | Sciences physiques・Électricité statique et courant | Le frottement accumule de l'électricité |
| Lycée | Physique・Condensateurs et énergie | Calcul à l'aide de E = ½CV² |
| Lycée | Chimie・Combustion | Ce qui brûle, ce sont les vapeurs |
| Lycée+ | Chimie・Propriétés des gaz / plage d'inflammabilité | Ni trop concentré, ni trop dilué ne brûle |
| Université | Électrostatique appliquée・ingénierie de sécurité | Type de décharge, pouvoir d'inflammation, conception de la mise à la terre |
| Recherche | Science des surfaces (non résolu) | Mécanisme de l'électrisation par frottement, instabilité de la série triboélectrique |
| ― | Prévention・réglementation | Décharge de l'électricité statique, ne pas retourner dans le véhicule, règles sur les bidons |
- Notifications et documents d'information de l'Agence japonaise de gestion des incendies et catastrophes (消防庁) relatifs aux mesures contre l'électricité statique dans les stations-service et à la vente d'essence en bidon.
- Analyses de cas d'incendies dus à l'électricité statique publiées par l'Association japonaise d'homologation des équipements incendie (日本消防検定協会) et organismes apparentés.
- *Static Electricity Handbook* (『静電気ハンドブック』), édité par la Société japonaise d'électricité statique (静電気学会), et autres documents de référence standards sur la sécurité électrostatique.
- Lacks, D. J. & Shinbrot, T., Long-standing and unresolved issues in triboelectric charging, Nature Reviews Chemistry 3, 2019 (problèmes non résolus de l'électrisation par frottement).
- Diverses fiches de données de sécurité indiquant le point d'éclair et la plage d'inflammabilité de l'essence.
※ Les valeurs de capacité électrique, de tension et d'énergie minimale d'inflammation varient fortement selon les conditions. Cet article présente des ordres de grandeur communément cités.
※Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Pour les modalités de plein et la manipulation des contenants, suivez les consignes de la station-service utilisée, ainsi que les instructions des autorités compétentes. En cas d'incendie, ne tentez pas d'intervenir vous-même : éloignez-vous des lieux et appelez immédiatement les secours. Les valeurs numériques présentées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du phénomène.