M7 · Régimes de neutre

M5 a posé une question implicite : quand un défaut d’isolement met une masse sous tension, par où le courant de défaut s’en va-t-il, et qui coupe ? La réponse dépend d’un choix fait avant même que le disjoncteur ou le différentiel n’existent : comment le neutre du réseau et les masses des récepteurs sont reliés à la terre. Ce choix porte un nom — le régime de neutre, ou schéma de liaison à la terre (SLT). Il détermine la nature de la boucle de défaut, donc la valeur du courant qui y circule, donc le type de protection qui peut le couper. En logement français, le choix est fait pour nous : c’est le régime TT. Ce module en explique le pourquoi, et le confronte aux deux autres régimes — TN, IT — pour comprendre pleinement ce que la maison française a de particulier.

Objectifs de fin de module

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

Expliquer pourquoi un régime de neutre est nécessaire à la protection contre les défauts d’isolement.
Décoder la nomenclature en deux lettres TT, TN, IT.
Décrire la boucle de défaut de chaque régime et identifier le dispositif qui coupe (différentiel ou disjoncteur).
Distinguer les variantes TN-C, TN-S, TN-C-S.
Énoncer la condition UL en régime TT et calculer la résistance maximale acceptable de la prise de terre.
Justifier pourquoi le régime TT s’impose au manoir.

Concepts clés

Concept	Définition courte
Défaut d’isolement	Perte d’isolement faisant passer une partie sous tension qui ne devrait pas l’être
Masse	Partie conductrice accessible d’un appareil, normalement hors tension
Régime de neutre (SLT)	Manière dont le neutre du transformateur source et les masses des récepteurs sont reliés à la terre
Terre du réseau (Rb)	Prise de terre du neutre côté distributeur (poste HTA/BT)
Terre des masses (Ra)	Prise de terre côté utilisateur, à laquelle les masses sont reliées
Boucle de défaut	Chemin parcouru par le courant en cas de défaut d’isolement
Régime TT	Neutre source à la terre, masses sur une terre distincte côté utilisateur
Régime TN	Neutre source à la terre, masses reliées au neutre par un PE
Régime IT	Neutre source isolé (ou impédant), masses à la terre côté utilisateur
PEN	Conducteur unique combinant le neutre (N) et le conducteur de protection (PE) — propre au TN-C
CPI	Contrôleur Permanent d’Isolement, signale le premier défaut en régime IT
Tension limite conventionnelle (UL)	Tension à laquelle une masse en défaut peut être portée sans danger durable : 50 V en locaux secs

Exigences NF C 15-100 mobilisées

En régime TT, la condition de sécurité $R_a \times I_{\Delta n} \le U_L$ doit être satisfaite, avec $U_L = 50$ V en locaux non mouillés. NF C 15-100 [section ?].
En régime TT, tous les circuits terminaux doivent être protégés par un dispositif différentiel de sensibilité au plus 30 mA (rappel de M5). NF C 15-100 [section ?].
L’usage du régime TN-C (conducteur PEN) est interdit en aval du point de coupure dans les locaux d’habitation. NF C 15-100 [section ?].
En régime TN, le temps maximal de coupure d’un défaut doit respecter une valeur fonction de la tension nominale (de l’ordre de 0,4 s en 230 V monophasé pour les circuits terminaux). NF C 15-100 [section ?].

Les sections précises seront confirmées en M9. En logement raccordé au réseau public français, le régime est imposé par le distributeur : c’est le TT.

Cours

1. Le défaut d’isolement et le chemin qu’il faut lui imposer

Reprenons une situation que M2 a déjà décrite. Un appareil dont l’isolement se dégrade : la phase, qui ne devrait toucher que les parties actives, finit par toucher la carcasse métallique — la masse. Cette masse, accessible à la main, est désormais portée à la tension du réseau.

Si personne ne fait rien, deux scénarios :

Une personne touche la masse. Le courant traverse son corps et rejoint la terre par ses pieds : électrocution. C’est ce que M2 appelait le contact indirect.
Personne ne touche, mais la masse est reliée à la terre. Le courant emprunte ce chemin — beaucoup plus conducteur qu’un être humain — et retourne à la source via le sol.

Le second scénario est de loin préférable. Toute la stratégie de protection contre les défauts d’isolement consiste à forcer le courant de défaut à prendre un chemin métallique vers la source, plutôt qu’à traverser les personnes. Ce chemin métallique a un nom : c’est la boucle de défaut.

Mais cette boucle, encore faut-il la construire. Elle suppose qu’on ait, à un moment, relié à la terre quelque chose : soit le neutre du transformateur, soit les masses, soit les deux. Décider qui est relié à quoi, et comment, c’est choisir un régime de neutre.

2. La nomenclature en deux lettres

La norme désigne chaque régime par un code de deux lettres, qui décrit deux choix indépendants.

Position	Signification	Valeurs
1^re lettre	Situation du neutre du transformateur source par rapport à la terre	T = relié directement (Terre) · I = Isolé (ou impédant)
2^e lettre	Situation des masses des récepteurs par rapport à la terre	T = reliées à leur propre terre (Terre) · N = reliées au Neutre

Trois combinaisons utiles en pratique :

TT — neutre à la terre côté source, masses à une autre terre côté utilisateur.
TN — neutre à la terre côté source, masses reliées au neutre (donc à la même terre, par voie métallique).
IT — neutre isolé côté source, masses à la terre côté utilisateur.

La quatrième combinaison, IN, n’a pas d’usage : raccorder les masses à un neutre isolé reviendrait à les laisser flottantes.

3. Le régime TT — celui de la maison française

Configuration :

Au poste HTA/BT d’Enedis, le neutre du secondaire du transformateur est mis à la terre par une prise de terre notée Rb.
Chez l’utilisateur, les masses sont reliées entre elles par le conducteur de protection (PE), puis à une autre prise de terre, notée Ra — la nôtre, celle du manoir.

Les deux prises de terre Rb et Ra ne sont reliées que par le sol. Le courant de défaut, pour retourner à la source, doit donc traverser successivement Ra, le sol, puis Rb.

Le régime TT : deux prises de terre distinctes, sans aucune liaison métallique entre elles. À gauche, celle du neutre au poste de transformation ; à droite, celle des masses de l'installation, reliées par le conducteur PE en vert-jaune. C'est cette séparation qui donne son nom au régime — le premier T pour la terre du neutre, le second pour celle des masses. Sur ce schéma, Rn correspond au Rb du cours et Ru au Ra. Chani tth · CC BY-SA 3.0 · Wikimedia Commons

La boucle de défaut. Si un défaut place une masse à la tension de la phase, le courant qui s’écoule vaut approximativement :

I_d \approx \frac{U}{R_a + R_b}

Avec des ordres de grandeur résidentiels (Ra de quelques dizaines d’ohms, Rb idem), $I_d$ se chiffre en ampères, ou en dizaines d’ampères au plus. C’est beaucoup trop peu pour qu’un disjoncteur divisionnaire — calibré en dizaines d’ampères, déclencheur magnétique réagissant à plusieurs centaines d’ampères (M5) — ne voie ce défaut.

La boucle de défaut, tracée en pointillés rouges. Un défaut d'isolement met la masse du récepteur sous tension ; le courant part par le PE, descend dans la prise de terre des masses, traverse le sol, remonte par la prise de terre du neutre et rejoint le transformateur. Suivre ce chemin du doigt : il est long et résistant, donc le courant reste faible — trop faible pour un disjoncteur. Si une personne touche la masse, son corps (Rh) offre un chemin parallèle. Chani tth · CC BY-SA 3.0 · Wikimedia Commons

Conséquence directe : en TT, ce n’est pas le disjoncteur qui coupe le défaut, c’est le dispositif différentiel. Le différentiel, lui, détecte la fuite de courant vers la terre au milliampère près : 30 mA suffisent à le faire déclencher, et le défaut est éliminé.

C’est exactement la raison pour laquelle, en M5, la NF C 15-100 exigeait qu’absolument tous les circuits terminaux soient sous protection 30 mA. En TT, sans différentiel, un défaut ne serait pas coupé du tout : la masse resterait sous tension, jusqu’à ce qu’une personne la touche.

Le régime TT est celui choisi par le distributeur français en basse tension publique. Toutes les maisons individuelles raccordées au réseau Enedis sont en TT.

4. Le régime TN — la terre partagée par voie métallique

Configuration :

Au poste source, le neutre est à la terre, comme en TT.
Chez l’utilisateur, les masses sont reliées directement au neutre, par un conducteur de protection métallique qui repart vers la source.

La boucle de défaut est donc entièrement métallique : phase → masse défectueuse → PE → neutre → enroulement du transformateur → phase. Pas de passage par le sol.

La boucle de défaut. Une boucle métallique a une impédance très faible. Le courant de défaut atteint des valeurs élevées — plusieurs centaines, voire milliers d’ampères, comparable à un court-circuit. À ce niveau, le déclencheur magnétique du disjoncteur (M5) réagit en quelques millisecondes. La coupure du défaut se fait par la protection contre les surintensités.

C’est l’avantage du TN : il transforme tout défaut d’isolement en court-circuit franc, traité par le disjoncteur déjà présent pour les court-circuits. Mais cela suppose que les impédances de la boucle restent assez faibles pour que le seuil magnétique soit atteint — calcul de la boucle de défaut en conception, et temps maximal de coupure imposé par la norme (de l’ordre de 0,4 s en 230 V pour les circuits terminaux).

Les variantes du TN. La norme distingue selon que le neutre (N) et le conducteur de protection (PE) sont confondus ou séparés :

Variante	PE et N	Caractéristique
TN-C	Confondus en un conducteur unique : le PEN	Économique, mais le moindre incident sur le PEN met les masses sous tension
TN-S	Séparés depuis l’origine	Sûr, plus coûteux (un conducteur supplémentaire)
TN-C-S	TN-C en amont, TN-S en aval d’un point de séparation	Hybride très courant en tertiaire

Le TN-C est interdit en aval du point de coupure dans les locaux d’habitation. La raison est simple : un PEN ouvert (rupture de neutre) reporte la tension de la phase sur les masses — toutes les masses du bâtiment se retrouvent à 230 V. Dans une maison, ce risque est inacceptable.

5. Le régime IT — la continuité d’abord

Configuration :

Au poste source, le neutre n’est pas relié à la terre (régime IT pur), ou il est relié au travers d’une forte impédance (régime IT impédant). Dans les deux cas, il n’y a pas de chemin franc entre le neutre et la terre.
Côté utilisateur, les masses sont à la terre par leur propre prise de terre.

Que se passe-t-il au premier défaut ? Si une phase touche une masse, le courant qui peut s’écouler vers la terre n’a pas de boucle franche pour revenir à la source — le neutre est isolé. Il ne reste que les capacités parasites des câbles : un courant résiduel très faible, de l’ordre de quelques milliampères, sans conséquence immédiate. L’installation continue de fonctionner.

Mais elle ne fonctionne plus en sécurité totale : si un second défaut survenait sur une autre phase, la situation deviendrait celle d’un TN — boucle franche, court-circuit, danger. Il faut donc détecter et réparer le premier défaut sans tarder.

C’est le rôle du Contrôleur Permanent d’Isolement (CPI) : appareil placé entre le neutre et la terre, qui surveille en permanence l’isolement global de l’installation et signale (alarme visuelle et sonore) le moindre défaut. La continuité de service est préservée pendant que la maintenance recherche le défaut.

Usages typiques. Le régime IT est choisi lorsque l’arrêt serait plus dangereux que la marche en défaut :

blocs opératoires d’hôpitaux,
procédés industriels critiques (chaînes continues, salles blanches),
certaines installations marines ou aéronautiques.

Il n’a aucun usage résidentiel courant. Sa mise en œuvre exige un personnel formé à la recherche de défaut.

6. Ce qui coupe le défaut, selon le régime

C’est l’idée à retenir avant toute autre. Le régime impose le dispositif qui assurera la coupure du défaut d’isolement.

Régime	Boucle de défaut	Courant de défaut	Coupé par
TT	Source → sol → utilisateur	Faible (quelques A)	Dispositif différentiel
TN	Métallique, entièrement par conducteurs	Élevé (≈ court-circuit)	Disjoncteur (déclencheur magnétique)
IT (1^er défaut)	Pas de boucle franche (neutre isolé)	Très faible (capacités)	Signalé par le CPI, pas coupé
IT (2^e défaut)	Identique au TN	Élevé	Disjoncteur, comme en TN

C’est pourquoi le différentiel 30 mA est vital en TT — sans lui, le défaut ne serait jamais coupé. En TN, le différentiel reste utile pour la protection des personnes contre les contacts directs (toucher la phase), mais la coupure du défaut d’isolement, elle, se fait par le disjoncteur.

7. La condition UL en régime TT

Reste à dimensionner la prise de terre. En TT, pendant le bref instant qui sépare l’apparition du défaut et la coupure par le différentiel, la masse en défaut est portée à une tension par rapport à la terre vraie, que l’on appelle la tension de défaut.

Le courant qui s’écoule dans la prise de terre Ra y développe une chute de tension Ra × I. Pour que cette tension reste non dangereuse, la norme impose qu’elle reste inférieure à une tension limite conventionnelle notée UL :

Type de local	UL
Locaux secs, non mouillés	50 V
Locaux mouillés (B/C/B…)	25 V

En résidentiel courant, on retient UL = 50 V. Les locaux humides spécifiques (M9) feront l’objet de précisions.

La condition s’écrit : au moment du déclenchement, le courant qui traverse la prise de terre est au plus la sensibilité du différentiel — c’est-à-dire IΔn. D’où :

R_a \times I_{\Delta n} \le U_L

Et donc, la résistance maximale de la prise de terre :

R_a \le \frac{U_L}{I_{\Delta n}}

IΔn	Ra maximal (UL = 50 V)
30 mA	≈ 1 667 Ω
300 mA	≈ 167 Ω
500 mA	100 Ω

Lecture du tableau. Avec un différentiel 30 mA (la protection des personnes obligatoire sur les circuits terminaux), la condition UL est satisfaite tant que la prise de terre reste sous 1 667 Ω — une exigence très lâche, qu’une prise de terre correctement faite dépasse largement. C’est l’une des raisons fondamentales pour lesquelles la généralisation du 30 mA a tant simplifié la sécurité électrique en résidentiel.

8. Le régime du manoir : TT

Pas de choix à faire — le distributeur l’impose. Toute installation raccordée au réseau public basse tension par Enedis est en TT.

Conséquences concrètes pour la réfection du manoir :

Le différentiel 30 mA sur tous les circuits terminaux est une exigence vitale, pas un confort. Sans lui, en TT, un défaut d’isolement n’est pas coupé.
Une prise de terre conforme est obligatoire et doit être vérifiée par mesure (M8). On ne se contente pas de l’existence d’un piquet : on mesure Ra et on confronte à la limite.
Le code couleur strict (M6) prend ici son sens complet : le vert/jaune est le seul conducteur qui relie les masses à la terre. Le confondre avec une phase fait disparaître toute la protection.
La question d’un autre régime ne se pose pas, sauf cas très particulier (par exemple un local technique d’hôpital, hors périmètre du programme).

Pour le tableau du manoir (M10), tout sera donc calé sur un schéma TT : disjoncteur de branchement en tête, plusieurs interrupteurs différentiels 30 mA en aval, et derrière eux les disjoncteurs divisionnaires de chaque circuit.

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Source	Sujet couvert	Durée
Prévention des risques électriques #01 : les schémas de liaison à la terre	TT/TN/IT, boucles de défaut, choix	—
Régime de neutre TT — schémas de liaison à la terre	Régime TT en résidentiel, rôle du différentiel	—
Régime de neutre TN — schémas de liaison à la terre	TN-C, TN-S, temps de coupure	—
Régime de neutre IT — schémas de liaison à la terre	IT, premier défaut, contrôleur d’isolement	—
Régime TT : schéma et analyse de défaut	Boucle de défaut, tension de contact, condition UL	—

Étude de cas — manoir

Livrable attendu : un dossier dossier-manoir/M7/ contenant :

identification-regime.md — note courte confirmant que le manoir est en régime TT, en s’appuyant sur les éléments matériels observables : type de branchement Enedis (mono ou triphasé tarif bleu, cf. M3), nombre de conducteurs en arrivée, absence de conducteur de protection issu du distributeur, présence d’une prise de terre côté abonné. Lister les indices, conclure sans ambiguïté.
condition-UL.md — application numérique de la condition $R_a \times I_{\Delta n} \le U_L$ avec UL = 50 V et l’IΔn imposé par M5 (30 mA sur les circuits terminaux). Calculer le Ra maximal acceptable. Si plusieurs différentiels de sensibilités différentes sont prévus (par exemple un 300 mA en tête en certaines configurations, et 30 mA en aval), conclure sur la sensibilité la plus contraignante qui détermine Ra.
prise-terre-presumee.md — anticiper M8 : décrire la prise de terre actuelle du manoir telle qu’elle est observable (piquet ? boucle à fond de fouille ? trace dans le tableau d’une liaison verte/jaune ? barrette de coupure visible ?), et lister les mesures et travaux qu’il faudra entreprendre pour la valider ou la refaire. Ce document est le point d’entrée du module suivant.

Ces livrables verrouillent le régime du manoir et préparent la mesure réelle de la prise de terre en M8.

Travaux pratiques sur le banc d’essai

Dessiner les trois boucles de défaut. Sur trois feuilles séparées, tracer la même installation (source, conducteurs, masse en défaut, terre) en régime TT, en régime TN-S et en régime IT. Pour chaque régime, surligner le chemin du courant de défaut et indiquer l’ordre de grandeur du courant attendu.
Lire le branchement du banc. Identifier sur le banc d’essai le conducteur de protection, son raccordement à la borne de terre du coffret, et la barrette de coupure éventuelle. Vérifier qu’il correspond bien à un schéma TT (masses du banc → PE → borne de terre).
Appliquer la condition UL. Pour la sensibilité du différentiel installé sur le banc (typiquement 30 mA — SPECS §8), calculer le Ra maximal accepté. Conclure : la valeur est-elle contraignante en pratique ?
Simuler une boucle de défaut TT. Sur Falstad (SPECS §5), modéliser une source 230 V, un câble, une « masse » via une résistance Ra (par exemple 50 Ω), et un défaut franc phase-masse. Observer le courant de défaut, et le comparer à 30 mA — il est très supérieur, ce qui explique que le différentiel coupe sans peine.
Comparer avec une boucle TN. Même simulation, mais en remplaçant la prise de terre par un retour métallique direct (impédance de boucle de quelques dixièmes d’ohm). Observer le bond du courant de défaut, et constater qu’il atteint le seuil magnétique d’un disjoncteur typique : la coupure devient possible par le disjoncteur seul.

Quiz de validation

Seuil : 80 %.

Fiche de synthèse

FORMATION ÉLECTRICITÉ — M7 — Fiche de synthèse
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NOMENCLATURE  (source → masses)
  1re lettre : T = neutre source à la terre   I = neutre isolé
  2e  lettre : T = masses à leur propre terre  N = masses au neutre

LES TROIS RÉGIMES

  TT  (résidentiel France, imposé par Enedis)
    Neutre source à la terre (Rb).
    Masses utilisateur à UNE AUTRE terre (Ra).
    Boucle de défaut PAR LE SOL → courant faible (quelques A)
    → coupé par le DIFFÉRENTIEL (le disjoncteur ne voit rien)
    Sans 30 mA, le défaut n’est pas coupé. 30 mA = vital.

  TN  (tertiaire, industriel)
    Neutre source à la terre. Masses reliées AU NEUTRE par un PE.
    Boucle MÉTALLIQUE → courant élevé (court-circuit)
    → coupé par le DISJONCTEUR (déclencheur magnétique)
    Variantes :
      TN-C : PEN unique — INTERDIT en aval en habitation
      TN-S : PE et N séparés depuis l’origine
      TN-C-S : TN-C en amont, TN-S en aval

  IT  (hôpitaux, procédés critiques)
    Neutre ISOLÉ côté source. Masses à la terre côté utilisateur.
    1er défaut : pas de boucle franche → signalé par CPI, marche continue
    2e défaut : comme TN → coupé par disjoncteur
    Continuité de service à tout prix.

CONDITION UL EN RÉGIME TT
  Tension limite UL : 50 V (locaux secs) · 25 V (locaux mouillés)
  Condition de sécurité :   Ra × IΔn  ≤  UL
                           Ra  ≤  UL / IΔn
  IΔn = 30 mA, UL = 50 V  →  Ra ≤ 1 667 Ω   (très lâche)
  IΔn = 300 mA            →  Ra ≤ 167 Ω
  IΔn = 500 mA            →  Ra ≤ 100 Ω
  Ne pas en déduire qu’on peut négliger la prise de terre : sans
  elle, le différentiel n’a rien à voir. Détail en M8.

LE MANOIR : TT, point.
  Tous circuits terminaux → différentiel 30 mA (M5)
  Une vraie prise de terre, mesurée (M8)
  Code couleur strict : vert/jaune = PE, jamais une phase.

À conserver avec les fiches M0 à M6. Le module M8 prend le relais sur la prise de terre — son dimensionnement, sa mise en œuvre et sa mesure.