Dernières nouvelles

Quelques notions de base sur l’électricité : unités de mesure

Nous vous proposons aujourd’hui la première partie d’un guide ayant pour vocation de vous apporter des connaissances de base sur l’électricité. En effet, en installant de la domotique ou en faisant son choix pour des éléments à commander, certaines notions peuvent paraître obscures. Nous vous proposons donc de découvrir dans cet article quelques connaissances de base qui peuvent parfois faire défaut !

Guide sur l'électricité

Ce guide n’a pas pour vocation d’être extrêmement exhaustif : il y a d’autres sources que ce blog, plus spécialisés dans l’électricité, qui pourront donner des explications encore plus approfondies. Nous sommes dans le domaine de la physique appliquée et nous n’avons pas la prétention de remplacer des années d’apprentissage ou de pratique. Cependant, ces quelques bases devraient vous permettre de vous assurer plus de sécurité, voire de choisir plus facilement les équipements qui vous intéressent.

Dans cette première partie, nous aborderons les unités de mesure de l’électricité et les différents types d’électricité existant.

Tension, intensité et résistance

Un courant électrique, c’est un déplacement d’électrons, des particules chargées négativement. Nous ne détaillerons pas le principe en physique moléculaire, mais il s’agit bien d’un phénomène qui peut être mesuré.

En ce qui concerne la qualification d’une courant électrique, les valeurs qui rentrent en jeu sont les suivantes :

  • La tension électrique, mesurées en volts (symbole V) et notée U, décrit la quantité d’électricité. Exemple : 230 V (tension du courant électrique au secteur en France), 12 V
  • L’intensité électrique, mesurée en ampères (symbole A) et notée I, indique le mouvement de cette électricité. Exemple : 100 A pour un démarreur automobile, 1 A pour une ampoule à incandescence, 500 mA pour une petite alimentation électrique.

Pour visualiser ces unités de mesure, il est fréquent de comparer le déplacement électrique à celui d’un fluide : la tension correspond à la pression d’eau présente dans le tuyau, tandis que l’intensité correspond au débit.

Analogie électricité et hydraulique

N.B. : en raison de leur unité de mesure, la tension est parfois appellée « voltage » et l’intensité est parfois appellée « ampérage ». Ces termes ne sont pas officiels mais ils restent assez courants.

Étroitement liée à la notion d’intensité, il y a la notion de résistance. La résistance, notée R, s’exprime en Ohms (symbole : Ω) et détermine la capacité d’un circuit ou autre composant à ralentir le passage du courant. Ainsi, sur un circuit très conducteur, la résistance est proche de 0 Ω. Deux éléments qui ne sont pas en contact auront une résistance approchant l’infini.

La formule indiquant la relation entre la puissance est la Loi d’Ohm : U = R × I (tension égale au produit de la résistance et de l’intensité).

Pour poursuivre l’analogie avec un montage hydraulique, la résistance correspondrait à une turbine située dans notre tuyau, et diminuant donc le passage du débit.

Lorsqu’un courant traverse le corps humain (composé d’environ 75 % d’eau), celui-ci agit comme une résistance.

La résistance du corps humain, est variable selon :

  • les personnes,
  • l’humidité de la peau,
  • et aussi le circuit qu’emprunte le courant dans le corps.

En moyenne, le corps humain présente une résistance de l’ordre de 3 à 5 kΩ.

D’après la formule ci-dessus, on voit donc qu’avec une tension de 12V, le corps sera traversé par une intensité de 2.5mA (non dangereux). Par contre avec une tension de 230V, on arrive à une intensité de 45mA qui peut être dangereuse.

Le courant qui traverse le corps humain est dangereux suivant son intensité :
– à 0,5 mA : c’est le seuil de perception : ça chatouille comme on dit
– à 10 mA : contractions musculaires, seuil de non lâcher : maximum 3-4 minutes
– à 30 mA : seuil de la paralysie respiratoire : maximum 20-30 secondes
– à 75 mA : seuil de fibrillation cardiaque irréversible : maximum 2 à 5 secondes
– à 1000 mA : arrêt cardiaque : maximum 30 à 100 ms

Retrouvez toutes ces informations dans cet article très bien fait : A partir de combien de volts on peut mourir ?

Il faut bien noter que dans tous les cas, quelque soit la capacité d’une alimentation elle ne délivrera que le courant nécessaire à la charge qui lui est connectée.

Par exemple, une batterie 12V de voiture de 50A ne sera pas pour autant mortelle pour une personne qui touchera les bornes + et -, puisque le corps humain ne consommera que 2 ou 3mA. Autre exemple, si vous avez une box domotique qui consomme 12V / 500mA, vous pouvez sans problème l’alimenter avec une alimentation de 12V / 5A.

Courant alternatif et courant continu

Avant d’aller plus loin, abordons la notion d’AC/DC… il ne s’agit pas du groupe de hard rock, mais de la description de deux types de courant : courant alternatif (AC ou CA) et courant continu (DC pour Direct Current, ou CC).

Cette notion de AC ou DC est généralement indiquée juste après la tension, pour indiquer ce qu’une alimentation délivre ou le type d’alimentation électrique dont un appareil à besoin : il y a par exemple un courant alternatif 230 VAC pour le courant au secteur en sortie d’une prise électrique, et un courant continu de 12 VDC pour une alimentation d’un petit appareil.

Dans un courant continu, les charges électriques ne vont que dans un seul sens, du [-] vers le [+], tandis que dans un courant alternatif, le sens des charges change très régulièrement. Un courant alternatif est donc défini par sa tension mais également par sa fréquence, à savoir le nombre de fois que les charges changent de sens. Cette fréquence est de 50 Hz dans la plupart des pays, y compris la France, et de 60 Hz aux États-Unis. Vous constaterez sur la plupart des alimentations la mention 50/60 Hz, indiquant qu’elles acceptent les deux fréquences.

Courant continu et courant alternatif

Puissance réelle et puissance apparente

Une autre notion indispensable est la puissance électrique. La puissance est exprimée en watts (symbole : W) et elle est notée P. C’est le produit de la tension par l’intensité (P = U × I), et comme elle prend en compte la quantité et le mouvement d’électricité, elle permet d’indiquer l’énergie fournie en une seconde par le circuit électrique.

Formule calcul puissance P=UI

N.B. : c’est la formule correspondant au cas de figure le plus simple, le courant continu où la tension ne varie pas. Dans le cas d’un courant alternatif, des formules plus complexes entrent en jeu, et cette formule permet de calculer la puissance apparente.

Cette notion de puissance apparente explique qu’en courant alternatif, pour avoir une mesure précise de la puissance consommée, il faut avoir une mesure précise de la tension.

Suivant le type de charge, il peut en effet y avoir un décalage entre la tension et l’intensité (charge inductive). La puissance est alors totalement dépendante de la mesure de tension.

Vous n’aurez pas ce problème sur une charge résistive (comme un radiateur), mais vous pouvez l’avoir sur un moteur (machine à laver, volet…)

Voici un ordre de grandeur des puissances présentes dans des objets du quotidien :

  • Chargeur de téléphone : 5 W
  • Appareil électrique (TV, imprimante…) en veille : 5 à 10 W
  • Réfrigérateur : 200 W
  • Air conditionné : 400 W
  • Ordinateur en fonctionnement avec moniteur LCD : 80 W
  • Box ADSL (puissance variable d’une box à l’autre) : 25 W
  • Lampe avec ampoule à économie d’énergie : 10 W
  • Lave-vaisselle : 1200 W
  • Lave-linge : 2500 W
  • Four classique : 2000 à 2500 W
  • Chauffage électrique : 1000 W à 2000 W

Vous trouverez parfois une puissance exprimée en voltampères (VA) : il s’agit de la puissance apparente. Là où le watt permet de mesurer la puissance réelle (puissance active) et dépend donc de différents facteurs, le voltampère permet d’exprimer la puissance apparente, soit la valeur maximale de puissance pouvant être prise.

La formule pour la puissance [P = U × I] indiquée ci-dessous est toujours valable pour calculer la puissance apparente, quelles que soient les particularités du circuit mesuré.

Pour un circuit en courant continu (DC), la puissance réelle est égale à la puissance apparente. Le voltampère n’est donc pertinent que pour les circuits en courant alternatif (AC).

Énergie électrique / consommation

En lien direct avec la puissance, nous trouvons l’énergie électrique en elle-même, pour mesurer une énergie stockée ou transférée. Lors de la mesure d’une consommation ou une production d’électricité, c’est toujours l’énergie qui est mesurée.

L’unité officielle du système international est le joule (J), mais pour l’électricité c’est généralement le kWh (kilowatt-heure) qui est utilisé. 1 kilowatt-heure est égal à 3,6 millions de joules, il est donc simple de voir pourquoi le kwh est bien plus commode pour évoquer l’énergie électrique avec le kWh.

Comme son nom l’indique, le kWh est l’énergie consommée par un appareil de 1000 watts (= 1 kilowatt) pendant 1 heure. C’est notamment cette unité qui est utilisé par les prestataires de distribution électrique pour nous facturer.

En France, la consommation moyenne d’électricité par habitant était de 7 344 kWh pour l’année 2012. La consommation est devenu un peu le nerf de la guerre pour l’achat d’électroménager, c’est ainsi que les produits neufs présentent aujourd’hui une étiquette-énergie indiquant leur efficacité énergétique, et une estimation de l’énergie consommée en un an (en kWh/an sur l’étiquette).

Exemple d'étiquette énergie

Capacité d’une batterie ou d’une pile

Enfin, sur les appareils de type pile, batteries, etc., nous retrouvons souvent une autre unité : Ah, l’ampère-heure. C’est la quantité de charges électriques qui peut être délivrée en un temps donné.

Autrement dit, c’est la capacité de la batterie à fournir de l’électricité pendant un certain temps et selon l’intensité demandée.

Tout comme le kilowatt-heure a une correspondance avec le joule, l’ampère-heure correspond avec le coulomb (C), mais il est préféré pour l’usage grand public. Sur les batteries, nous rencontrons plus régulièrement des valeurs exprimées en mAh.

Concrètement, si une batterie a une capacité de 10 000 mAh (soit 10 Ah) :

  • une charge demandant 10 ampères pourra être alimentée par cette batterie pendant 1 heure,
  • OU une charge demandant 5 A pourra être alimentée pendant 2 heures,
  • OU une charge demandant 2 A pourra être alimentée pendant 5 heures,
  • etc.

Capacité batterie en mAh

Exemple de batterie indiquant sa capacité.

Résumé

Nom Unité de mesure Définition Exemple de contexte
Tension volt (V) Quantité de courant électrique Électricité au secteur : 230V.
Intensité ampère (A) Débit du courant électrique Intensité acceptée sur un compteur électrique : 50A.
Résistance ohm (Ω) Retenue du passage du courant Une résistance dans un circuit électrique peut aller de 0,01  Ω à plusieurs mégaohms.
Puissance réelle watt (W) Énergie fournie par seconde Une ampoule 60W, un chauffage de 2000W.
Puissance apparente voltampère (VA) Courant alternatif uniquement :
puissance maximale possible
Une alimentation ondulée avec une puissance apparente de 600VA, et une puissance maximale de 360W.
Énergie électrique kilowatt-heure (kWh) Énergie transmise Une consommation de chauffage annuelle de 3000 kWh pour un foyer.
Charge délivrable ampère-heure (Ah) Charge pouvant être délivrée
en 1 heure par l’appareil
Un smartphone avec une batterie de 2600 mAh , une batterie de secours de 10 000 mAh.

 

Dans le prochain article, nous aborderons d’autres bases sur l’électricité, ayant plus trait à la sécurité et aux branchements :

  • Principes de charge inductive et charge résistive ;
  • Protections d’un circuit et des utilisateurs : disjoncteur, interrupteur différentiel, fusible, importance de la masse (liaison à la Terre) ;
  • Notions liées aux installations électriques : contact sec, relais de puisance.

A propos de Pierre

Technophile, ludophile et bidouilleur dans l'âme, j'aborde les nouvelles technologies avec passion, curiosité et ouverture d'esprit. Je faisais partie de l'équipe de Planète Domotique de juin 2013 à mai 2017, d'où l'écriture de nombreux articles de blog pendant cette période.

18 commentaires

  1. Très bonne idée cet article et très intéressant

  2. Sympa de revoir les bases ^^,

    J’ai un peu de mal avec certains termes utilisés, en début d’article, on voit :

    « La tension électrique, mesurées en volts (symbole V) et notée U, décrit la quantité d’électricité », mes cours remontent à pas si loin que cela, mais je suis pas sur que l’électricité en elle même soit quantifiable. L’énergie oui car elle peut être stockée.

  3. Merci pour cet article… très très intéressant.. les analogies sont aussi très bonnes

  4. Merci pour l’article et vivement la suite

  5. Julien,
    Votre remarque concernant la tension est tout à fait correcte. J’ai utilisé un raccourci dans le but de simplifier la compréhension de cette notion, pour donner une idée imagée.

    Mais il est compliqué de définir la tension en seulement quelques mots, la comparaison avec la pression reste encore la façon la plus simple de donner une idée (on peut aussi évoquer un dénivelé sur une rivière pour illustrer ce qu’est une différence de potentiel, sachant que c’est une grandeur qui rejoint la tension, sous certaines conditions elles sont identiques).

    On peut aussi dire que c’est la « poussée » du courant (on m’avait expliqué que U pour noter la tension venait du latin « Urgeo » qui signifie « pousser », mais je n’ai pas trouvé de source sûre à ce sujet).

  6. C’est sur que c’est pas simple, quelque fois expliquer la différence de potentiel (en vulgarisant) peut être plus compréhensif aussi.

  7. Finalement, j’ai lu avec attention, très bonne idée, j’attends la suite.

    Merci !

  8. Merci c très intéressante merci encore

  9. comment calculer ce que peut supporter mon installation de 30 A ?Merci

  10. @Reveleard : avec la formule P = U × I (puissance = tension multipliée par l’intensité). Vous avez l’intensité et la tension généralement présente est 230V. Votre installation à une intensité de 30 A peut donc supporter environ 230 ×30 = 6900 Watts.

  11. ARticle tres interessant, merci pour toutes ses infos

  12. c’est tres interessant de faire une retrospection surtout quand cela est bien explicite

  13. Article très intéressant !

  14. Alors question: qu’est ce qui consomme le moins ? 6 ampoules de 60W sous 230V AC ou 12 ampoules de 20W sous 12V DC ?

    • À temps d’allumage égal, les 12 ampoules de 20W consomment moins (leur puissance totale est de 240 Watts, contre 360 Watts pour les 6 ampoules de 60 Watts). Une petite nuance, pour les ampoules de 12 Watts, il faut également compter la consommation du transformateur, mais je ne pense pas que la consommation soit supérieure à cet écart. Il faut bien veiller à placer le transformateur après un interrupteur, sans quoi le transformateur à vide peut consommer de l’énergie même si les ampoules ne sont pas allumées.

  15. Merci pour ton article , c’est excellent pour revoir les bases..

  16. Bonjour,
    Petite question : j’ai une batterie de 12 Volts, 45 Ah qui alimente une ampoule de 12 Watts ; est ce que cela signifie que mon ampoule peut rester allumée 45 Heures ? Si cela est vrai, qu’est ce qui peut limiter la durée d’éclairage, et dans quelle mesure ?

    • Le fait qu’une batterie soit utilisée constamment ou sur de longues durées peut altérer sa performance. Je ne vais pas détailler le processus, mais c’est lié à la chimique interne de la batterie, qui dépend du type de batterie.

      Beaucoup de constructeurs recommandent de ne pas décharger une batterie complètement car cela peut réduire ses performances ou la rendre inutilisable. La vitesse à laquelle une batterie se décharge est également à prendre en compte. il existe également des types de batteries qui se déchargent plus ou moins facilement selon leur type.

      Généralement, les constructeurs de batterie indiquent un rapport de charge par rapport à la capacité de la batterie. Par exemple, sur une batterie de 45 Ah où il est demandé de respecter un rapport de C/10, il sera plutôt recommandé d’utiliser 4,5 A pendant 10 heures plutôt que 1 A pendant 45 heures.

Répondre

Votre adresse email ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont marqués d'une étoile *

*

Revenir en haut de la page