Le fiasco du câblage en aluminium

Quelqu'un qui décide de construire une maison fait face à une tâche ardue. C'est déjà assez difficile d'agir comme entrepreneur général pour quelqu'un d'autre, mais quand on décide de construire sa propre maison, comme l'ont fait mes parents au début des années 1970, c'est encore plus difficile. Il y a un million de décisions à prendre dans un environnement pauvre en informations et en évolution rapide, et un faux pas peut littéralement graver dans la pierre quelque chose avec lequel vous devrez vivre pour toujours. Ajoutez à cela le budget restreint avec lequel mes parents ont dû travailler, et c'est un miracle qu'ils aient pu réussir aussi bien qu'ils l'ont fait.

C'était un appel serré à quelques endroits, cependant. Je me souviens de mon père agonisant pour le câblage de la maison. Il aurait été beaucoup moins cher d'opter pour un câblage en aluminium, le prix du fil de cuivre ayant récemment grimpé en flèche. Il a mordu la balle et a demandé à l'électricien d'installer du cuivre à la place, ce qui s'est avéré être un choix judicieux, car les maisons qui avaient succombé à l'appel des sirènes d'un câblage moins cher commenceraient à brûler partout aux États-Unis peu de temps après.

Ce qui s'est passé à la fin des années 60 et au début des années 70 dans les métiers de l'électricité résidentielle et commerciale a été une leçon coûteuse et, dans certains cas, tragique en matière d'ingénierie des pannes. Voyons comment tout cela s'est passé.

Pour comprendre le fiasco du câblage en aluminium, il est utile de garder à l'esprit non seulement les problèmes de science des matériaux et de génie électrique, mais aussi les forces du marché qui ont rendu le câblage en aluminium dans la construction résidentielle si attrayant à l'époque. La production mondiale de cuivre avait été élevée au début des années 60, mais les limites de production volontaires pour réduire la surabondance ont légèrement augmenté les prix. À peu près au même moment, l'escalade de la guerre du Vietnam et le boom de la construction de maisons ont accru la demande de cuivre, tandis que la nationalisation de l'industrie du cuivre par les producteurs étrangers et les grèves des mineurs ont pesé sur l'offre. Coincé aux deux extrémités de l'équation offre-demande, le prix du cuivre a presque triplé entre 1962 et 1964.

Le fil de cuivre était depuis longtemps la norme pour le câblage des circuits de dérivation résidentiels et commerciaux, les câbles allant du centre de charge aux lumières et aux prises autour de la structure. Les électriciens connaissaient bien le cuivre, des codes électriques ont été écrits autour de ses caractéristiques de performance et les fabricants d'équipements ont conçu des commutateurs, des prises et des connecteurs spécifiquement pour le fil de cuivre. Mais aussi ancré que soit le cuivre, l'augmentation des prix commençait à transformer le fil de cuivre en unobtanium, et les entrepreneurs en électricité ont commencé à ressentir la pression sur le résultat net. Quelque chose devait donner.

Entrez l'aluminium. L'aluminium est un excellent conducteur électrique - en ignorant les métaux précieux, il se classe juste en dessous du cuivre sur le tableau de conductivité. L'aluminium est utilisé depuis longtemps pour le câblage électrique, mais principalement par les entreprises de services publics pour le câblage aérien du système de distribution, où sa légèreté et son faible coût sont d'énormes avantages. L'aluminium a également été utilisé dans la construction résidentielle, principalement dans les descentes de service du poteau électrique au compteur et dans le centre de charge. Mais alors que l'aluminium était courant dans le câblage des circuits de dérivation à plus haut ampérage pour les sécheuses et les cuisinières électriques, il n'était pas utilisé pour les circuits de dérivation plus légers qui constituent l'essentiel du câblage d'une maison. Tout cela était sur le point de changer.

Les fabricants de câbles ont commencé à produire du fil d'aluminium pour les circuits de dérivation de 15 A et 20 A en réponse à la crise du cuivre. Ces circuits sont généralement câblés respectivement avec du fil de cuivre 14 AWG et 12 AWG. Mais aussi bon conducteur que soit l'aluminium, il ne représente qu'environ 60% de la conductivité du cuivre, donc le fil d'aluminium pour les circuits de dérivation doit être augmenté à la taille AWG suivante - 12 AWG pour les circuits de 15 ampères, 10 AWG pour 20 ampères. Les fabricants devaient utiliser plus de métal, mais l'aluminium était tellement moins cher que cela avait un sens économique. Et c'est ainsi que le fil d'aluminium a commencé à faire son chemin dans les circuits de dérivation résidentiels, à hauteur de deux millions de foyers entre 1965 et 1972.

Cette décision se retournerait contre nous pour plusieurs raisons. Le plus important était l'alliage d'aluminium que les fabricants ont choisi pour le fil. Les fils électriques utilisent un alliage appelé AA-1350. Bien que parfaitement adapté à une utilisation dans les systèmes de distribution aériens et souterrains, l'AA-1350 est un aluminium pur essentiel avec quelques métaux traces ajoutés, et ses propriétés physiques diffèrent nettement du cuivre. En raison de son coefficient de dilatation thermique plus élevé, l'aluminium AA-1350 présente un fluage important, où le fil se déforme lorsqu'il se dilate et se contracte en raison du chauffage.

Le fluage peut être très mauvais dans une connexion électrique. Tout conducteur s'échauffe au fur et à mesure que le courant le traverse, mais l'aluminium se dilate plus que le cuivre en raison de son coefficient de dilatation plus élevé. Le fil qui se dilate et se contracte peut en fait dévisser les bornes, desserrer le fil et provoquer des arcs, ce qui provoque plus de chauffage et plus de fluage jusqu'à créer finalement une source d'inflammation à l'intérieur des murs d'une maison.

Le fluage est également exacerbé par une installation incorrecte, ce qui a tendance à se produire souvent lorsque les électriciens sont passés du cuivre à l'aluminium. L'aluminium est beaucoup plus mou que le cuivre, il était donc plus difficile d'obtenir un couple de serrage approprié des terminaisons à vis. L'aluminium s'oxyde également rapidement lorsqu'il est exposé à l'air, formant une fine barrière isolante qui peut augmenter la résistance d'une connexion. Les fils d'aluminium étaient censés être traités avec des composés anti-corrosion avant la terminaison, mais ils l'étaient rarement. Et les fabricants de prises et d'interrupteurs ont tardé à adapter leurs produits aux besoins de l'aluminium, ce qui a entraîné des connexions douteuses encore plus sujettes au fluage.

Enfin, la chimie de base semble avoir été ignorée. Rappelez-vous que les effets galvaniques se produisent chaque fois que des métaux différents entrent en contact les uns avec les autres. Tout ce qui est nécessaire pour que cela induise la corrosion est un peu d'électrolyte, comme la vapeur d'eau de condensation de l'air chaud chauffé s'infiltrant dans un mur extérieur et un câblage froids. Les connexions corrodées sont des connexions à haute résistance, avec des résultats prévisibles.

Lorsque les maisons câblées en aluminium ont commencé à brûler, les commissaires des incendies et les experts en sinistres n'ont pu s'empêcher de remarquer le problème, et l'époque du câblage des maisons avec AA-1350 a pris fin. En 1972, l'industrie électrique avait réorganisé le câblage en aluminium, directement depuis les codes électriques révisés spécifiant de nouvelles formules pour le dimensionnement du câblage en aluminium aux fabricants d'appareils, qui ont modifié leurs produits pour qu'ils soient compatibles avec le fil d'aluminium. Les fabricants de fils ont également modifié leurs produits en concevant de nouveaux alliages dans la série AA-8000 qui incorporaient du fer dans le mélange pour réduire la tendance au fluage.

Cependant, rien de tout cela n'a permis d'économiser l'aluminium dans les circuits de dérivation. Au milieu des années 70, l'aluminium avait disparu de la plupart des circuits de dérivation dans les nouvelles constructions, mais pas avant que le mal ne soit fait. Il y avait une énorme base installée de câblage en aluminium, et les maisons de cette époque sont soumises à un examen minutieux par les inspecteurs en bâtiment lorsqu'elles changent de mains. Le fiasco du câblage en aluminium a engendré une gamme de produits pour atténuer le risque, des connecteurs incroyablement coûteux aux sertissages spéciaux qui soudent à froid le fil d'aluminium aux nattes de cuivre. Supprimer complètement le câblage du circuit de dérivation en aluminium et le remplacer par du cuivre est également une option, bien que coûteuse et perturbatrice.

L'incursion de l'industrie dans l'aluminium s'est avérée être une leçon coûteuse sur ce qui peut arriver lorsque les forces du marché entrent en collision avec les meilleures pratiques d'ingénierie.