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Liste et caractéristiques des principaux conducteurs électriques

L’électricité ne peut pas circuler seule. Elle a besoin d’un environnement qui peut la conduire d’un point A à un point B. En physique, cet environnement a un nom : le conducteur électrique. Si l’électricité était une voiture, le conducteur électrique serait la route qu’elle emprunte. Mais toutes les routes ne sont pas très praticables pour l’électricité. Définition, principes, liste et familles de conducteurs : Choisir.com vous explique tout sur les conducteurs électriques.

conducteurs électriques

Qu’est-ce qu’un conducteur électrique ?

Un conducteur électrique est un corps dont la particularité est de pouvoir transporter l’électricité. On parle de corps parce qu’un conducteur peut aussi bien être sous forme solide (bois, métaux, etc.) que liquide (eau contenant des impuretés) ou gazeux (air ionisé).

Concrètement, comment fonctionne un conducteur électrique ?

Pourquoi un corps est conducteur ?

Un conducteur contient des porteurs de charges électriques mobiles. En l’absence de champ électrique, le conducteur est en équilibre électrostatique. Cela signifie que ses charges ne se déplacent pas. Par conséquent, il n’y a pas de courant électrique.

Par contre, une fois que le conducteur est soumis à un champ électrique, les charges électriques de ce dernier se déplacent. C’est là qu’apparaît un courant électrique.

Par définition, un conducteur électrique est l’équivalent d’un faible isolant électrique puisque sa résistivité ne lui permet pas de faire barrière au courant électrique.

Les principes de conductance et de conductivité électrique

Conductance et conductivité sont deux notions indispensables pour connaître la faculté d’un matériau à ne pas s’opposer au courant électrique. Par ailleurs, on ne peut pas calculer la conductivité électrique d’un matériau sans connaître sa conductance.

CaractéristiquesConductanceConductivité
LettreGσ
Unité de mesureSiemensSiemens/mètre
Prise en compte de la taille✔️

Pour connaître la conductance d’un matériau, il faut appliquer les formules suivantes :

G = 1/R ou G = I/U

Une fois la valeur de la conductance connue, vous pouvez l’appliquer à la formule de calcul de la conductivité :

σ = G/K

Quels principes s’appliquent à un matériau qui résiste au courant électrique ?

Dans le cas inverse, on parle de résistance plutôt que de conductance et de résistivité au lieu de conductivité.

Rassurez-vous, malgré la complexité de ces calculs, vous n’avez pas besoin d’un diplôme d’électricien ou un doctorat en ingénierie électrique pour savoir si un matériau est conducteur. Un simple test de conductivité peut vous apporter la réponse.

Pour cela, installez votre matériau dans un circuit électrique fermé (une pile reliée à une lampe). Deux scénarios peuvent arriver :

  • la lampe ne s’allume pas ? Le matériau n’est pas conducteur ;
  • la lampe s’allume ? Le matériau est conducteur.

Et pour un liquide ? La méthode est similaire ! Vous devrez juste placer le liquide dans un récipient relié à des électrodes métalliques.

La conductivité électrique, une faculté qui réunit de nombreux facteurs

D’autres facteurs influent sur la capacité d’un matériau à transmettre le courant :

  • la température. Un matériau conductible est aussi un bon conducteur thermique. Plus la température est basse, meilleure est la conductivité. Mais quand la température augmente, cela a une influence sur le mouvement des ions et des molécules d’un corps car ils peuvent gêner la circulation du courant électrique. De fait, ils offrent plus de résistance au courant électrique et perdent en conductibilité ;
  • la pureté du corps. Pour les matériaux comme pour les liquides, la pureté a un impact sur sa conductivité. Par exemple, une eau qui contient plus de saletés (impuretés sous forme ionique) s’opposera plus au courant électrique qu’une eau pure. Même constat pour les matériaux ;
  • les champs électromagnétiques. L’apparition d’un champ électrique dans un corps a pour effet de diminuer sa faculté à laisser passer le courant ;
  • la fréquence du courant électrique. L’effet de peau (ou effet Kelvin) est un phénomène électromagnétique qui survient quand la fréquence du courant est trop élevée. Résultat : le courant électrique ne circule qu’à la surface du corps conducteur au lieu de le traverser. Le corps devient ainsi moins conducteur ;
  • la longueur du corps : plus la distance entre ses extrémités est petite, plus le matériau sera conducteur ;
  • la taille et la forme du corps : ces deux données sont comprises dans la mesure de la conductance d’un matériau mais exclues dans celle de la conductivité. Un fil long et fin offrira plus de résistance, tandis qu’un fil très court et épais sera plus conducteur.

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Les grandes familles de conducteurs électriques

Tous les corps n’ont pas les mêmes « pouvoirs » en matière de conductivité électrique. On distingue 3 grandes familles :

  1. les conducteurs ;
  2. les semi-conducteurs ;
  3. les supraconducteurs.

Les conducteurs

Les conducteurs électriques sont utilisés pour leur faculté à être des porteurs de charge électrique. En d’autres mots, leur composition chimique leur permet de transporter l’électricité. Raison pour laquelle ils sont utilisés un peu partout :

  • l’argent et le cuivre font partie des meilleurs conducteurs ;
  • l’or rentre aussi dans cette catégorie mais, de par son coût plus élevé, est utilisé en plus petite quantité. Il est par exemple utilisé en informatique pour éviter la corrosion des pièces en cuivre ou en argent ;
  • le fer, le zinc ou le graphite sont d’autres exemples de très bons conducteurs.

Qu’en est-il de l’inox ?

C’est un matériau qui conduit très mal la chaleur. L’inox est d’ailleurs 4 fois moins conducteur que de l’acier et 13 fois moins que de l’aluminium.

Les semi-conducteurs

Comme leur nom l’indique, ces conducteurs ont la particularité d’être hybrides. De nature isolante, ils peuvent se transformer en conducteurs de deux façons différentes :

  • à l’aide d’une commande électrique (comme un variateur de puissance) ;
  • par dopage (l’ajout d’impuretés à une matière pure).

Les semi-conducteurs sont surtout utilisés en électronique. Les plus connus sont les suivants :

  • le silicium, le matériau indispensable à la fabrication de panneaux photovoltaïques ;
  • le gallium, et plus précisément l’arséniure de gallium, qui est le second matériau semi-conducteur le plus utilisé après le silicium ;
  • le sélénium, aussi utilisé pour faire des cellules photovoltaïques ;
  • le germanium, très utilisé dans le spectroscope des rayons gamma (l’identification d’éléments radioactifs).

Un semi-conducteur inattendu ?

Le corps humain ! Même si notre corps offre une certaine résistance face à l’électricité, nous sommes tout de même composés à 60 % d’eau. Et l’eau impure (qui contient des minéraux, du sel, etc.) est conductrice. D’où le fait que nous soyons aussi bien semi-conducteurs d’électricité.

On considère que le corps humain offre une résistance moyenne entre 1 000 et 2 000 Ω. Tous les humains ne réagissent pas de la même manière à une décharge électrique. Plusieurs facteurs, comme l’âge, le sexe, l’alcool dans le sang ou l’humidité de la peau, font varier la résistance d’un individu. La tension limite de sécurité se situe à deux échelles :

  • 25 volts en milieu humide ;
  • 50 volts en milieu sec.

Les supraconducteurs

Les supraconducteurs sont les rois du courant électrique. Avec eux, aucune perte d’énergie. Mais pour avoir de telles performances, il faut atteindre une température critique de 30 K (-243 °C). Une caractéristique qui limite l’accès au club privé des supraconducteurs.

Certaines découvertes ont établi des records ! C’est le cas :

  • en 2015, avec le sulfure d’hydrogène et sa température critique de -70 °C ;
  • en 2018, avec la découverte de la supraconductivité du décahydrure de lanthane à une température de -13,5 °C.

Comme ils sont très chers, ils ne sont utilisés que dans certains domaines. C’est notamment le cas pour l’accélérateur de particules du CERN ou les électroaimants des appareils IRM utilisés pour les radios. Les utiliser à une échelle beaucoup plus grande et commune, comme les lignes haute tension, serait beaucoup trop cher.

Parmi ces supraconducteurs, on trouve :

  • l’aluminium est deux fois plus performant que le cuivre. C’est un supraconducteur très présent dans les lignes haute tension ;
  • le carbone ;
  • le rhodium ;
  • le plomb.

Le dernier supraconducteur en vogue est un composé de niobium et d’étain : le niobium-étain. Découvert en 1954, il est utilisé pour de puissants aimants et machines électriques, notamment le grand collisionneur d’hadrons à haute luminosité du CERN.

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Quelques exemples de conductivité électrique

Mettons désormais en exergue la conductivité électrique de certains corps pour noter ceux qui présentent les meilleures caractéristiques.

La conductivité électrique des métaux

Dans la famille des conducteurs électriques, les métaux font partie du haut du tableau. Comme indiqué dans le tableau ci-dessous, l’argent, le cuivre et l’or sont les 3 métaux qui offrent la meilleure conductivité :

MatièreConductivité σ (S/m)
Argent63 x 106
Cuivre60 x 106
Or41 x 106
Aluminium35 x 106
Tungstène18 x 106
Zinc17 x 106
Laiton16 x 106
Nickel14 x 106
Fer10 x 106
Platine9,4 x 106
Étain9,2 x 106
Bronze7,4 x 106
Plomb4,7 x 106
Titane2,4 x 106
Acier inoxydable1,5 x 106
Tableau de conductivité électrique de différents matériaux à 20 °C

L’argent, un conducteur parfait ?

Pas totalement malheureusement. Malgré de très bonnes performances, l’argent perd en conductivité lorsqu’il s’oxyde.

La conductivité électrique d’autres corps

À l’inverse, les corps qui ne sont pas des métaux offrent de très mauvais résultats en matière de conductivité électrique. Seule l’eau impure (de source, de mer, du robinet, etc.) permet de conduire de l’électricité, tandis que tous les autres corps présentent des caractéristiques isolantes.

CorpsConductivité σ (S/m)
Eau de mer4,8
Bois humide10-4 à 10-3
Eau pure (déminéralisée)5,6 x 10-6
Porcelaine10-11
Caoutchouc10-14
Air10-15
Papier
Huile minérale10-16 à 10-10
Bois sec10 -16 à 10-14
Verre10-17
Quartz1,3 x 10-18
Polystyrène10-21
Téflon10-24 à 10-22
Tableau de conductivité électrique d’autres corps à 20 °C

Sans même le savoir, votre logement est un véritable réseau de plusieurs kilomètres de câbles électriques composés de matériaux conducteurs. Le câble de branchement de votre plaque électrique, les composants internes de votre téléviseur, votre chargeur de téléphone, etc. Des conducteurs de bonne qualité, c’est la garantie d’une utilisation sans soucis de vos appareils électroniques.

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