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M6 · Conducteurs et chute de tension

Jusqu’ici, le conducteur n’était qu’un trait sur un schéma. Ce module lui donne une réalité physique : un conducteur a une section, il chauffe quand le courant le traverse, et il perd de la tension sur sa longueur. Choisir une section, ce n’est pas prendre « du 2,5 carré parce que c’est ce qu’on a » : c’est une décision chiffrée qui répond à deux exigences indépendantes — ne pas trop chauffer, et ne pas trop faire chuter la tension. C’est la première véritable note de calcul du programme, et la compétence que l’on réinvestira sur chaque circuit du manoir. On la travaille ici à la main d’abord, calculette en main, avant tout logiciel.

À l’issue de ce module, je suis capable de :

  • Nommer les éléments d’un conducteur et décoder sa désignation normalisée.
  • Identifier un conducteur par sa couleur et appliquer le repérage réglementaire.
  • Expliquer ce qu’est le courant admissible Iz et citer les facteurs dont il dépend : mode de pose, température, groupement.
  • Appliquer la règle de coordination IB ≤ In ≤ Iz pour vérifier qu’un conducteur est correctement protégé.
  • Calculer une chute de tension à la main et la comparer aux limites réglementaires.
  • Choisir une section en intégrant les deux critères : échauffement et chute de tension.
  • Citer les sections minimales réglementaires des principaux circuits résidentiels et dimensionner le conducteur de protection.
ConceptDéfinition courte
ÂmePartie métallique conductrice du conducteur (cuivre ou aluminium)
SectionAire de la section droite de l’âme, en mm²
IsolantGaine non conductrice entourant l’âme ; limite la température admissible
Conducteur isolé / câbleUn conducteur isolé seul ; un câble réunit plusieurs conducteurs sous gaine commune
Désignation normaliséeCode décrivant un conducteur (tension, isolant, âme) — ex. H07V-U
Courant d’emploi (IB)Courant réellement appelé par le circuit en service normal
Courant admissible (Iz)Courant maximal que le conducteur supporte durablement sans excès d’échauffement
Mode de poseManière dont le conducteur est installé (sous conduit, apparent, enterré…)
Méthode de référenceClassement normalisé des modes de pose, base des tables d’Iz
Facteur de correctionCoefficient ≤ 1 abaissant Iz (température, groupement de circuits)
CoordinationRègle liant courant d’emploi, calibre de protection et courant admissible
Chute de tension (ΔU)Tension perdue le long d’un conducteur sous l’effet de sa résistance
Résistivité (ρ)Grandeur du matériau reliant résistance, longueur et section
Conducteur de protection (PE)Conducteur vert/jaune reliant les masses à la terre
  • Chaque type de circuit a une section minimale imposée : notamment 1,5 mm² pour l’éclairage, 2,5 mm² pour les circuits de prises et les circuits spécialisés, 6 mm² pour la plaque de cuisson. NF C 15-100 [section ?].
  • Le conducteur doit être coordonné avec sa protection : IB ≤ In ≤ Iz. NF C 15-100 [section ?].
  • La chute de tension entre l’origine de l’installation et tout point d’utilisation est limitée : 3 % pour l’éclairage, 5 % pour les autres usages, pour une installation alimentée par le réseau public basse tension. NF C 15-100 [section ?].
  • Le conducteur de protection est dimensionné en fonction de la section des conducteurs actifs. NF C 15-100 [section ?].
  • Le repérage par couleurs est imposé : bleu clair pour le neutre, vert/jaune pour le conducteur de protection ; ces deux couleurs sont réservées et interdites pour une phase. NF C 15-100 [section ?].
  • Les courants admissibles selon le mode de pose sont établis selon la méthode de la NF C 15-100, alignée sur la CEI 60364-5-52.

Les sections précises seront confirmées en M9. En l’absence de la norme achetée (cf. SPECS §3), on triangule via les guides Promotelec et les guides fabricants (Legrand, Schneider, Hager), ainsi que le Mémotech Génie Électrique.

Un conducteur est constitué de deux parties :

  • L’âme — le métal qui conduit le courant. En résidentiel, c’est presque toujours du cuivre. L’aluminium est admis, surtout pour les fortes sections (liaison entre le disjoncteur de branchement et le tableau, antennes de distribution longues) : il est moins cher et plus léger, mais moins bon conducteur — à courant égal, il faut une section plus grande. Sur les circuits terminaux d’un logement, on retient le cuivre.
  • L’isolant — la matière qui entoure l’âme et empêche le courant d’en sortir. C’est lui qui fixe la température maximale admissible : un isolant PVC supporte couramment 70 °C, un isolant de polyéthylène réticulé (PR) jusqu’à 90 °C. Au-delà, l’isolant se dégrade — c’est exactement le danger que M5 nous a appris à craindre.

On distingue le conducteur isolé (une seule âme isolée, par exemple le fil tiré dans une gaine ICTA) du câble (plusieurs conducteurs réunis sous une gaine commune).

La section. C’est l’aire de la section droite de l’âme, exprimée en mm². Les valeurs sont normalisées — on ne choisit pas une section « entre les deux ». En résidentiel : 1,5 — 2,5 — 4 — 6 — 10 — 16 — 25 — 35 mm². Plus la section est grande, plus le conducteur laisse passer de courant sans chauffer… et plus il coûte cher et devient difficile à mettre en œuvre. Tout l’enjeu du module est de choisir la plus petite section qui reste sûre.

La couleur d’un conducteur n’est pas décorative : elle dit sa fonction, et une erreur de couleur peut conduire un intervenant à prendre un conducteur actif pour un conducteur sûr.

FonctionCouleurRègle
Conducteur de protection (PE)Vert/jauneRéservée — strictement interdite pour tout autre usage
NeutreBleu clairRéservée au neutre
PhaseToute autre couleurUsuellement brun, noir, rouge ; jamais vert/jaune ni bleu clair

Le vert/jaune et le bleu clair sont réservés. Un conducteur de ces couleurs ne doit jamais être utilisé comme phase. À l’inverse, un conducteur de phase ne doit jamais emprunter ces deux couleurs. Cette règle est ce qui rend une installation lisible — et donc consignable en sécurité (M2).

Vert-jaune Conducteur de protection (PE) RÉSERVÉ aucun autre usage possible Bleu clair Neutre (N) RÉSERVÉ jamais utilisé comme phase Brun, noir, rouge… Phase (L) TOUTE AUTRE couleur non réservée Convention française. Le noir est ici une phase — aux États-Unis, le neutre est blanc.
Les trois fonctions et leurs couleurs. Deux sont réservées et ne souffrent aucune exception : le vert-jaune n'est jamais autre chose qu'un conducteur de protection, le bleu clair jamais autre chose qu'un neutre. La phase prend ce qui reste. Schéma produit pour ce programme, d'après le tableau ci-dessus.

Quand un courant traverse un conducteur, l’âme — qui a une petite résistance — dissipe de la chaleur (effet Joule, M0). Cette chaleur doit pouvoir s’évacuer vers l’extérieur. Un équilibre s’établit : le conducteur se stabilise à une certaine température. Tant que cette température reste sous la limite de l’isolant, tout va bien. Si le courant est trop fort, la température d’équilibre dépasse la limite, et l’isolant se dégrade.

Le courant admissible Iz est le courant maximal qu’un conducteur peut transporter en permanence sans que sa température dépasse la limite de son isolant. C’est la grandeur centrale du dimensionnement thermique.

Point capital : Iz n’est pas une propriété du seul conducteur. Il dépend tout autant de la facilité avec laquelle la chaleur s’évacue. Un même câble de 2,5 mm² n’a pas le même Iz selon qu’il est :

  • tiré à l’air libre, bien ventilé → la chaleur part facilement, Iz élevé ;
  • noyé dans un mur isolé, serré avec d’autres câbles → la chaleur reste piégée, Iz réduit.

C’est pourquoi on ne peut pas donner « l’Iz du 2,5 mm² » dans l’absolu : il faut d’abord préciser comment le conducteur est posé.

Le mode de pose décrit la manière dont le conducteur est installé. La norme classe ces modes en méthodes de référence désignées par des lettres ; les trois que l’on rencontre en résidentiel :

MéthodeMode de pose typiqueÉvacuation de la chaleur
BConducteurs sous conduit (ICTA) encastré dans une paroiMoyenne — le cas le plus courant en logement
CCâble fixé en apparent sur un murBonne
DCâble enterré (sous conduit ou en pleine terre)Particulière — dépend de la nature du sol

À chaque méthode et chaque section, la norme associe une valeur d’Iz, lue dans des tables. On consulte ces tables dans les guides fabricants et le Mémotech — on ne les réinvente pas.

La valeur lue dans la table est une valeur de base, établie pour des conditions de référence. Si les conditions réelles sont moins favorables, on applique des facteurs de correction, tous inférieurs ou égaux à 1, qui abaissent l’Iz :

  • Température ambiante — les tables supposent une température de référence (de l’ordre de 30 °C dans l’air). Plus chaud, l’écart avec la limite de l’isolant se réduit : Iz baisse. Un câble dans des combles surchauffés en été est concerné.
  • Groupement de circuits — plusieurs câbles côte à côte se chauffent mutuellement. Plus ils sont nombreux et serrés, plus chacun voit son Iz réduit.
  • Nature de l’isolant — un isolant PR, qui tolère 90 °C, admet un Iz supérieur à un isolant PVC limité à 70 °C, à section égale.

Le courant admissible réellement disponible est donc :

Iz=Iz,table×KI_z = I_{z,\text{table}} \times K

K est le produit de tous les facteurs de correction applicables. C’est cette valeur corrigée, et elle seule, qui sert au dimensionnement.

On dispose maintenant de trois courants à mettre en cohérence :

  • IB, le courant d’emploi — ce que le circuit appelle réellement en service normal. Il se calcule à partir de la puissance installée : en monophasé, IB=P/UI_B = P / U pour une charge résistive (pour une charge inductive, le facteur de puissance cos φ intervient — M1).
  • In, le calibre du disjoncteur — le courant nominal de la protection (M5).
  • Iz, le courant admissible du conducteur, corrigé (section 4).

La règle de coordination de la NF C 15-100 les ordonne :

IBInIzI_B \le I_n \le I_z

Elle se lit en deux temps :

  1. IB ≤ In — le disjoncteur doit laisser passer ce que le circuit consomme normalement, sans déclencher intempestivement.
  2. In ≤ Iz — et c’est le point qui prolonge M5 : le calibre ne doit jamais dépasser le courant admissible du câble. Sinon, le conducteur peut chauffer au-delà du supportable sans que le disjoncteur ne déclenche — le courant reste sous son calibre. Le disjoncteur protège le conducteur à condition d’être calibré en dessous de son Iz.

La norme ajoute une seconde condition, sur le courant de fonctionnement garanti de la protection ; pour les disjoncteurs modulaires résidentiels, elle est automatiquement satisfaite dès lors que IB ≤ In ≤ Iz est respectée. On retiendra donc cette triple inégalité comme la règle de travail.

Un conducteur a une résistance — petite, mais non nulle. Or, dès qu’un courant traverse une résistance, il s’y perd une tension (loi d’Ohm, M0). Conséquence : la tension disponible au bout du circuit, là où l’appareil est branché, est inférieure à la tension à l’origine de l’installation. Cet écart est la chute de tension, notée ΔU.

Les conséquences d’une chute excessive :

  • les appareils reçoivent moins que leur tension nominale — un moteur peine et chauffe, un éclairage faiblit ;
  • la chute se cumule : elle s’additionne depuis l’origine de l’installation jusqu’au point d’utilisation. Plus le point est éloigné, plus elle est forte.

La formule. Pour un circuit monophasé, en négligeant la réactance du câble — approximation légitime pour les petites sections des circuits terminaux résidentiels — la chute de tension vaut :

ΔU=b×ρ×LS×IB\Delta U = b \times \rho \times \frac{L}{S} \times I_B
SymboleSignificationUnité
ΔUChute de tensionV
b2 en monophasé · √3 en triphasé équilibré
ρRésistivité du conducteur en serviceΩ·mm²/m
LLongueur du circuit (aller simple)m
SSection de l’âmemm²
IBCourant d’emploiA

Le coefficient b vaut 2 en monophasé : le courant parcourt l’aller et le retour, deux conducteurs, donc deux fois la longueur. En triphasé équilibré, il vaut √3 (M11).

Pour ρ, on retient les valeurs conventionnelles des guides fabricants, qui correspondent au conducteur à sa température de service :

  • cuivre : ρ ≈ 0,0225 Ω·mm²/m
  • aluminium : ρ ≈ 0,036 Ω·mm²/m

Les limites réglementaires. La chute de tension cumulée, de l’origine de l’installation jusqu’au point d’utilisation, ne doit pas dépasser, pour une installation alimentée par le réseau public basse tension :

UsageChute de tension maximale
Éclairage3 %
Autres usages (prises, force, chauffage)5 %

Le pourcentage se rapporte à la tension nominale : 230 V en monophasé. Une chute de 3 % représente donc 6,9 V ; une chute de 5 %, 11,5 V.

La méthode tient en trois temps : calculer ΔU en volts, la convertir en pourcentage, la comparer à la limite. Deux exemples.

Exemple A — un circuit de prises. Circuit monophasé 230 V, cuivre 2,5 mm², longueur 20 m, courant d’emploi 16 A.

ΔU=2×0,0225×202,5×165,8 V\Delta U = 2 \times 0{,}0225 \times \frac{20}{2{,}5} \times 16 \approx 5{,}8 \ \text{V}

En pourcentage : 5,8 / 230 ≈ 2,5 %. La limite des « autres usages » est 5 % : le circuit est conforme, avec de la marge.

Exemple B — une ligne d’éclairage longue. Circuit monophasé 230 V, cuivre 1,5 mm², longueur 40 m, courant d’emploi 8 A.

ΔU=2×0,0225×401,5×89,6 V\Delta U = 2 \times 0{,}0225 \times \frac{40}{1{,}5} \times 8 \approx 9{,}6 \ \text{V}

En pourcentage : 9,6 / 230 ≈ 4,2 %. La limite de l’éclairage est 3 % : le circuit est non conforme. Le conducteur ne chauffe peut-être pas trop (critère Iz), mais la tension chute trop : c’est le second critère qui est ici déterminant.

La correction. On augmente la section. En passant à 2,5 mm² :

ΔU=2×0,0225×402,5×85,8 V\Delta U = 2 \times 0{,}0225 \times \frac{40}{2{,}5} \times 8 \approx 5{,}8 \ \text{V}

soit 2,5 % : la ligne redevient conforme. La section a été imposée non par l’échauffement, mais par la chute de tension.

8. Sections minimales réglementaires et conducteur de protection

Section intitulée « 8. Sections minimales réglementaires et conducteur de protection »

La NF C 15-100 fixe, pour chaque type de circuit résidentiel, une section minimale et le calibre de protection associé. Ce sont des planchers : le calcul des sections 3 à 7 peut conduire à davantage, jamais à moins.

CircuitSection mini (cuivre)Calibre du disjoncteur
Éclairage1,5 mm²16 A (souvent 10 A)
Prises de courant 16 A1,5 mm² → 16 A · ou 2,5 mm² → 20 Aselon section
Volets roulants1,5 mm²16 A
Circuits spécialisés (lave-linge, lave-vaisselle, four, sèche-linge, congélateur)2,5 mm²20 A
Chauffe-eau2,5 mm²20 A
Plaque de cuisson6 mm²32 A

Le nombre de socles de prises admis par circuit dépend de la section retenue : il sera précisé en M9 (équipement minimal des locaux).

Pour relier une section à un calibre, on s’appuie sur les correspondances usuelles en résidentiel, valables pour un mode de pose courant (conducteurs sous conduit encastré) :

Section cuivreCalibre usuel maximal
1,5 mm²16 A
2,5 mm²20 A
4 mm²25 A
6 mm²32 A
10 mm²40 A
16 mm²63 A

Ces valeurs sont des repères pratiques : l’Iz réellement applicable se vérifie dans les tables, corrections faites (section 4).

Le conducteur de protection (PE). Le conducteur vert/jaune qui relie les masses à la terre (M8) se dimensionne à partir de la section des conducteurs actifs :

Section des conducteurs actifs (S)Section du conducteur de protection
S ≤ 16 mm²égale à S
16 mm² < S ≤ 35 mm²16 mm²
S > 35 mm²S / 2

En résidentiel, les circuits terminaux étant en 1,5 ou 2,5 mm², le PE a la même section que les conducteurs actifs du circuit. Le neutre, en monophasé, a lui aussi la même section que la phase.

SourceSujet couvertDurée
Détermination du courant admissible et de la section (rappels)Iz, modes de pose, méthodes de référence
(à indexer — aucune vidéo fiable identifiée à ce jour)Sections normalisées, correspondance section / calibre
Calcul de la chute de tension électriquePhénomène, formule, limites 3 % / 5 %
Calcul de la section du câble électriqueMéthodes de référence, température, groupement
Couleurs de fils électriques : la réglementationRepérage normalisé phase / neutre / PE

Le manoir comporte des dépendances éloignées (écuries, communs) : les liaisons qui les alimentent sont longues, et c’est là que la chute de tension devient déterminante (SPECS §7).

Livrable attendu : un dossier dossier-manoir/M6/ contenant :

  1. releve-longueurs.md — relevé, à partir du plan du manoir, des longueurs de câble estimées : pour quelques circuits représentatifs du bâtiment principal, et surtout pour la ligne d’alimentation des dépendances (du tableau principal jusqu’au tableau divisionnaire des écuries). Préciser la méthode d’estimation (cheminement réel, pas distance à vol d’oiseau).

  2. note-calcul-chute-tension.md — une véritable note de calcul, faite à la main. Pour la ligne des dépendances et deux ou trois circuits du bâtiment principal : calculer IB à partir de la puissance, choisir une section provisoire, calculer ΔU, conclure (conforme / non conforme), et corriger la section si besoin. Faire apparaître chaque étape du calcul — c’est la note de calcul qui sera réutilisée et discutée, pas seulement le résultat.

  3. tableau-sections-circuits.md — pour chaque circuit pressenti du manoir (à partir des besoins de protection établis en M5), consigner la section retenue, en indiquant lequel des deux critères — échauffement (Iz) ou chute de tension — l’a imposée.

Ce dossier produit le jalon du mois 4 (SPECS §11 : « Première note de calcul dimensionnement câble ») et alimente directement M10 (conception du tableau).

  1. Identifier les conducteurs du banc. Repérer les sections présentes (1,5 / 2,5 / 6 mm² — SPECS §8) et, pour chacune, décoder la désignation imprimée sur l’isolant. Vérifier le respect du repérage par couleurs : bleu clair en neutre, vert/jaune en PE.

  2. Mesurer une résistance de ligne. Au multimètre, en calibre ohmmètre, mesurer la résistance d’une grande longueur d’un câble de petite section, puis d’une même longueur d’une section plus grande. Constater que la résistance diminue quand la section augmente — le fondement de la formule de chute de tension.

  3. Calculer puis vérifier une chute de tension. Choisir un circuit du banc, relever sa longueur et sa section, estimer IB. Calculer ΔU à la main, puis, circuit alimenté par le bloc secteur isolé du banc, mesurer la tension à l’origine et à l’extrémité. Comparer le calcul et la mesure, et expliquer les écarts éventuels.

  4. Auditer la coordination IB ≤ In ≤ Iz. Pour chaque circuit du banc, écrire les trois courants : courant d’emploi estimé, calibre du disjoncteur, courant admissible attendu de la section. Vérifier que la triple inégalité tient, et signaler toute incohérence.

  5. Reprendre l’exemple B du cours. Refaire le calcul de la ligne d’éclairage de 40 m, puis le simuler sur Falstad (SPECS §5) en modélisant la résistance de ligne, et retrouver par la simulation la chute de tension calculée à la main.

Seuil : 80 %.

  1. Question 1. Le courant admissible Iz d’un conducteur dépend :

  2. Question 2. La règle de coordination entre le courant d’emploi IB, le calibre In et le courant admissible Iz s’écrit :

  3. Question 3. Pourquoi un calibre In supérieur à l’Iz du conducteur est-il dangereux ?

  4. Question 4. Dans la formule de chute de tension en monophasé, le coefficient b vaut :

  5. Question 5. La chute de tension maximale admise pour un circuit d’éclairage, sur une installation alimentée par le réseau public basse tension, est de :

  6. Question 6. Un circuit monophasé 230 V en cuivre, section 2,5 mm², longueur 20 m, parcouru par 16 A. Avec ρ = 0,0225, la chute de tension vaut environ :

  7. Question 7. Sur une ligne très longue alimentant une dépendance éloignée, quel critère impose le plus souvent la section ?

  8. Question 8. En résidentiel, la section minimale d’un circuit d’éclairage est :

  9. Question 9. Quelle couleur est strictement réservée au conducteur de protection (PE) ?

  10. Question 10. Pour un circuit résidentiel de section 2,5 mm², la section du conducteur de protection (PE) est :

FORMATION ÉLECTRICITÉ — M6 — Fiche de synthèse
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LE CONDUCTEUR
Âme (cuivre en résidentiel ; alu pour fortes sections) + isolant.
Isolant → température max : PVC ≈ 70 °C, PR ≈ 90 °C.
Sections normalisées : 1,5 / 2,5 / 4 / 6 / 10 / 16 / 25 / 35 mm²
Désignations : H07V-U (fil sous conduit) · U-1000 R2V (câble)
REPÉRAGE PAR COULEURS (réservées = interdites ailleurs)
Vert/jaune → conducteur de protection (PE)
Bleu clair → neutre
Phase → brun, noir, rouge… (jamais vert/jaune ni bleu clair)
COURANT ADMISSIBLE Iz
Courant max supporté en permanence sans excès d’échauffement.
Dépend du conducteur ET de l’évacuation de la chaleur :
mode de pose (méthodes B encastré / C apparent / D enterré),
température ambiante, groupement de circuits.
Iz = Iz(table) × K avec K = produit des facteurs ≤ 1
COORDINATION (prolonge M5)
IB ≤ In ≤ Iz
IB = courant d’emploi In = calibre disjoncteur Iz = admissible
In ≤ Iz : JAMAIS un calibre au-dessus de l’Iz du câble.
CHUTE DE TENSION
ΔU = b × ρ × (L / S) × IB
b = 2 (mono) / √3 (tri)
ρ cuivre ≈ 0,0225 ρ alu ≈ 0,036 (Ω·mm²/m)
L = longueur aller (m) S = section (mm²) IB = courant (A)
Limites (réseau public BT, % de Un = 230 V) :
Éclairage 3 % / Autres usages 5 %
Circuit court → Iz commande. Circuit long → ΔU commande.
Toujours valider une section sur LES DEUX critères.
SECTIONS MINIMALES RÉSIDENTIEL
Éclairage .............. 1,5 mm² → 16 A
Prises 16 A ............ 1,5 mm²→16 A ou 2,5 mm²→20 A
Circuits spécialisés ... 2,5 mm² → 20 A
Plaque de cuisson ...... 6 mm² → 32 A
Section du PE = section des actifs (pour S ≤ 16 mm²)

À conserver avec les fiches M0 à M5. Les sections retenues ici seront assemblées dans le tableau du manoir en M10.