Siemens
Un océanographe descend une sonde par-dessus bord et mesure non pas le sel, mais le courant. Un courant alternatif passe entre les électrodes de la sonde, et son intensité indique à l’appareil combien de sel contient l’eau. L’eau de mer conduit le courant des millions de fois mieux que l’eau d’un purificateur de laboratoire. Depuis 1978, c’est précisément ainsi qu’on détermine la salinité de l’océan.
La conductance est l’inverse de la résistance. La résistance indique à quel point un conducteur freine le courant, la conductance avec quelle facilité le courant le traverse. Un siemens est la conductance pour laquelle une tension de 1 V fait passer un courant de 1 A. Lord Kelvin proposait d’appeler cette unité le « mho » : le mot « ohm » lu à l’envers.
| Notation | S |
| Définition | ampère par volt · A/V · Ω⁻¹ · kg⁻¹·m⁻²·s³·A² |
| Valeurs de référence | quantum de conductance 2e²/h — 77,480 917 µS · solution de KCl 0,01 mol/L — 1413 µS/cm à 25 °C · 1 S = 1 ℧ |
| Introduite | mho, ℧ — depuis 1883 · siemens dans le SI depuis 1971, XIVe Conférence générale |
| Normes | ISO 80000-6 · ISO 7888 · IEC 60746-3 · SI Brochure 9th ed. |
| Valeurs typiques | 5,5 µS/m — eau ultrapure · 5,3 S/m — eau de mer · 60 MS/m — cuivre |
01 · Définition
Un ampère pour chaque volt
La conductance G est égale au courant qui traverse un conducteur sous une tension d’un volt. C’est l’inverse de la résistance : un conducteur de 1 kΩ fait 1 mS, un conducteur de 1 Ω fait 1 S. Les siemens sont commodes partout où le courant emprunte plusieurs chemins à la fois. Les conductances de branches en parallèle s’additionnent tout simplement.
Dans un métal, le courant est porté par les électrons ; dans l’eau, par les ions des sels dissous. L’eau pure ne conduit presque pas, mais chaque pincée de sel ajoute des ions. C’est pourquoi la conductance de l’eau renseigne sur la quantité de sels qu’elle contient. On utilise pour cela la conductivité : la conductance d’un cube de la substance, rapportée à sa longueur et à sa section.
Pourquoi en parallèle on additionne les siemens, et non les ohms
Une batterie de 10 V alimente quatre résistances montées en parallèle. Chaque branche peut être allumée ou éteinte. Les points rouges représentent le courant dans une branche : ils courent d’autant plus vite que sa conductance est grande. Le courant de chaque branche est égal à sa conductance multipliée par 10 V, et les courants s’additionnent. Les conductances s’additionnent donc aussi, tandis que la résistance totale se calcule par des fractions.
Un appareil de mesure de l’eau mesure la conductance entre deux électrodes, mais affiche la conductivité. Pour cela, il divise les siemens par la constante de cellule : le rapport entre l’écartement des électrodes et leur surface. Dans une cellule aux électrodes de 1 cm² distantes de 1 cm, les nombres coïncident, seules les unités diffèrent : µS et µS/cm. Si l’on écarte les électrodes deux fois plus, la conductance est divisée par deux, mais la conductivité reste la même.
Pourquoi le sel conduit le courant et le sucre non
À gauche, un conductimètre dont la sonde plonge dans un verre de 200 mL. L’appareil applique une tension alternative entre deux électrodes de platine et mesure le courant. Les points rouges sont des ions de sodium et d’autres métaux, les bleus des ions chlorure et des restes d’acides. Chaque fois que la tension change de signe, les ions repartent vers l’autre électrode. Avec la cuillère en haut, on peut ajouter du sel ou du sucre. La plaque sous le verre chauffe ou refroidit l’eau. La loupe à droite montre qu’un ion entraîne avec lui une enveloppe de molécules d’eau. Dans la scène, la tension alternative est ralentie mille fois.
Choisissez une eau et ajoutez-y du sel.
02 · Conversion
| Unité | Valeur | Où on le rencontre |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Le mho, ℧, vaut exactement un siemens. On le rencontre encore dans la littérature technique américaine.
Pour l’eau, on écrit µS/cm. 1 µS/cm = 0,1 mS/m = 100 µS/m — c’est une seule et même conductivité.
Les testeurs TDS affichent les TDS en mg/L. Ce n’est pas une mesure mais un calcul : la conductivité est multipliée par 0,5—0,7.
03 · Ordres de grandeur
04 · Instruments de mesure
05 · Règles d’écriture
06 · Unités voisines
07 · Section historique
Depuis 1978, on détermine la salinité de l’océan selon l’échelle PSS-78. C’est le rapport de deux conductivités : celle de l’échantillon et celle d’une solution de chlorure de potassium à 32,4356 g par kilogramme d’eau, à 15 °C. Si le rapport vaut un, la salinité est de 35. Pour vérifier les salinomètres du monde entier, on expédie des ampoules scellées d’eau de mer normale. Chaque lot porte son rapport K₁₅.
Les conductimètres ordinaires se vérifient avec des solutions de KCl. Une solution à 0,01 mol/L donne 1413 µS/cm à 25 °C. La conductivité de l’eau augmente d’environ 2 % par degré. C’est pourquoi l’appareil ramène la mesure à 25 °C, et le procès-verbal indique les deux valeurs : la mesure et la température.
Catalogue des grandeurs
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Une goutte d'acide change la couleur du jus, le sel colore la flamme, l'eau gèle d'un coup. En dessous, toutes les fiches Simetrium, par discipline et par ordre alphabétique.
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