Chapitre 9 — Appareils de mesure et de protection
Section 9.1 – Les appareils analogiques
Les appareils analogiques à cadre mobile sont parmi les plus anciens instruments de mesure. Ils fonctionnent sur un principe simple : une bobine mobile fixée à une aiguille se déplace sous l’effet du champ magnétique généré par le courant traversant cette bobine.
Pour mesurer des grandeurs alternatives (AC), ces appareils sont équipés d’un redresseur qui transforme le signal alternatif en un signal unidirectionnel (souvent pulsé). La mesure interne est donc une valeur moyenne du courant ou de la tension redressée.
Cependant, comme le rapport entre la valeur moyenne et la valeur efficace d’une sinusoïde est constant, l’aiguille peut être graduée directement en valeur efficace. Cela fonctionne tant que le signal est sinusoïdal pur.
Dès que le signal n’est plus parfaitement sinusoïdal (ex. : signal écrêté, redressé, PWM…), le rapport entre moyenne et efficace change.
Résultat : l’aiguille affiche une valeur erronée, souvent sous-estimée.
Limites pratiques des analogiques
- Ils sont insensibles aux faibles tensions (le seuil du redresseur n’est pas franchi).
- Ils réagissent lentement aux variations rapides.
- La lecture dépend du regard de l’utilisateur (erreur de parallaxe).
Section 9.2 – Les multimètres numériques
Les multimètres numériques sont aujourd’hui l’outil de base de tout électricien. Ils permettent de mesurer avec précision :
- la tension (en volts),
- le courant (en ampères),
- la résistance (en ohms),
- et souvent bien plus selon les modèles (fréquence, température, capacité, test diode…).
Contrairement aux modèles analogiques, les multimètres numériques disposent d’un amplificateur d’entrée, ce qui leur permet de mesurer de très faibles tensions ou courants avec une grande précision.
L’affichage se fait sur un écran LCD clair, sans erreur de lecture possible (pas d’aiguille, pas de parallaxe).
Multimètre standard vs True RMS
Tous les multimètres ne sont pas équivalents :
- Multimètre standard : mesure une valeur moyenne, puis la convertit en valeur efficace en supposant que le signal est sinusoïdal.
- Multimètre True RMS : mesure la vraie valeur efficace, même si le signal est déformé (carré, PWM, redressé…).
Un multimètre standard est totalement faux sur un signal redressé, carré ou PWM.
Le True RMS est indispensable pour intervenir sur des circuits modernes : variateurs de vitesse, alimentations à découpage, onduleurs, LED, etc.
Fonctions supplémentaires utiles
Les modèles avancés peuvent proposer :
- test de continuité sonore (très pratique en dépannage),
- mesure de fréquence,
- mesure de capacité (condensateurs),
- test de diode,
- mesure de température (avec sonde).
Section 9.3 – La pince ampèremétrique
La pince ampèremétrique permet de mesurer un courant sans ouvrir le circuit. C’est un outil indispensable en maintenance et en intervention rapide, car il offre une mesure non invasive.
Le principe repose sur l’effet d’un champ magnétique généré par le courant circulant dans un conducteur. Ce champ est capté par un noyau magnétique entourant le fil (la pince), comme dans un transformateur de courant.
Types de pinces
- AC uniquement : fonctionne selon le principe du transformateur → mesure courant alternatif uniquement.
- AC/DC (bimode) : utilise un capteur à effet Hall → mesure les courants alternatifs et continus.
Si tu entoures les trois fils d’un câble triphasé avec la pince, la somme vectorielle des courants est nulle → tu mesures zéro !
Il faut entourer chaque conducteur séparément pour obtenir une mesure utile.
Précautions d’usage
- Le conducteur mesuré doit être seul dans la pince.
- Il doit être centré pour éviter les erreurs de lecture.
- Le noyau magnétique doit être bien fermé (pas de poussière ni ouverture mécanique).
Usages courants
- Mesure de consommation d’un appareil.
- Détection de courants de fuite ou de déséquilibres de phase.
- Surveillance de charges (moteurs, armoires électriques…).
Section 9.4 – Le mégger et la résistance d’isolement
L’isolement électrique désigne la capacité d’un conducteur à ne pas laisser passer de courant vers la terre ou vers un autre conducteur. Un bon isolement est fondamental pour la sécurité, la fiabilité et la durabilité d’une installation.
Pour vérifier cet isolement, on utilise un appareil appelé mégger (ou mégohmmètre). Il applique une haute tension (souvent entre 250 V et 1000 V) entre deux points — par exemple, phase et terre — puis mesure la résistance qui s’oppose au passage du courant.
Une bonne résistance d’isolement doit être supérieure à \( 1\,\text{M}\Omega \), et est souvent considérée comme acceptable à partir de \( 2\,\text{M}\Omega \) ou plus selon les normes et l’environnement.
bien plus.En dessous de cette valeur, il y a risque de fuite de courant, échauffement ou déclenchement du différentiel.
Cela peut indiquer : humidité, câble détérioré, ou installation vieillissante.
Précautions essentielles
- L’installation doit être hors tension.
- Déconnecter tous les équipements électroniques (risque de destruction).
- Décharger les condensateurs après la mesure (stockage haute tension).
Applications concrètes
- Vérification de conformité après une nouvelle installation.
- Contrôle périodique en maintenance préventive.
- Diagnostic de défauts d’isolement intermittents ou progressifs.
Section 9.5 – Le disjoncteur
Le disjoncteur est un appareil de protection automatique. Il interrompt le courant dans un circuit dès que celui-ci devient dangereux : soit en cas de surcharge, soit en cas de court-circuit.
Il intègre deux systèmes de détection :
- Thermique (bimétallique) :
- Réagit aux surcharges prolongées.
- Plus la surcharge est importante, plus il coupe vite.
- Magnétique :
- Réagit instantanément aux courts-circuits violents.
- Temps de déclenchement : quelques millisecondes.
Contrairement à un fusible, le disjoncteur n’est pas à usage unique : il peut être réarmé une fois la cause du défaut corrigée.
Courbes de déclenchement
Pour s’adapter au type de charge, il existe plusieurs courbes normalisées :
- Courbe B : déclenche rapidement – circuits d’éclairage, prises (usage domestique).
- Courbe C : usage général – circuits standards d’habitat ou de bureaux.
- Courbe D : déclenche plus lentement – adaptée aux charges inductives comme les moteurs ou transformateurs.
En industrie, un disjoncteur mal choisi (ex. : courbe B sur moteur) peut déclencher inutilement au démarrage. Il est essentiel d’adapter la courbe au type de charge.
Pouvoir de coupure
Le pouvoir de coupure est le courant maximal que le disjoncteur peut interrompre sans danger :
- Exemple : un disjoncteur \( P_c = 6\,\text{kA} \) peut couper un court-circuit de \( 6000\,\text{A} \).
- Il doit être supérieur au courant de court-circuit présumé à l’endroit où il est installé.
Vocabulaire – Chapitre 9
1. Instruments et composants de mesure
Les instruments de mesure permettent de visualiser et quantifier les grandeurs électriques principales comme la tension, le courant ou la résistance. Voici les plus courants :
| Terme | Définition claire |
|---|---|
| Multimètre | Appareil numérique ou analogique mesurant plusieurs grandeurs électriques : tension (\( V \)), courant (\( A \)), résistance (\( \Omega \)), fréquence, capacité, température… |
| Cadre mobile | Mécanisme utilisé dans les galvanomètres analogiques où une bobine mobile, soumise à un champ magnétique, déplace une aiguille proportionnellement au courant. |
| Pince ampèremétrique | Appareil mesurant le courant sans contact direct, en détectant le champ magnétique autour du conducteur. Peut utiliser un transformateur de courant (AC) ou l’effet Hall (DC). |
| Mégohmmètre (mégger) | Appareil injectant une haute tension (souvent 500 ou 1000 V) pour mesurer la résistance d’isolement entre conducteurs ou entre conducteur et terre. |
| Disjoncteur | Appareil de protection qui interrompt automatiquement le courant en cas de surcharge ou court-circuit, combinant protections thermique et magnétique. |
2. Grandeurs mesurées et principes physiques
Les grandeurs fondamentales mesurées sont à la base de l’analyse électrique. Elles sont liées aux propriétés physiques des circuits :
| Terme | Définition claire |
|---|---|
| Tension (\( V \)) | Différence de potentiel électrique entre deux points, mesurée en volts (\( V \)). |
| Courant (\( A \)) | Flux d’électrons circulant dans un conducteur, mesuré en ampères (\( A \)). |
| Résistance (\( \Omega \)) | Opposition qu’oppose un matériau au passage du courant électrique, mesurée en ohms (\( \Omega \)). |
| Valeur moyenne | Moyenne d’un signal redressé sur un demi-cycle, utile pour signaux périodiques non sinusoïdaux. |
| Valeur efficace (RMS) | Valeur d’un courant alternatif qui produirait le même effet thermique qu’un courant continu équivalent. Notée \( I_\mathrm{eff} \). |
| True RMS | Mode de mesure qui calcule la vraie valeur efficace même pour des signaux déformés, contrairement aux appareils RMS standards valides uniquement pour signaux sinusoïdaux. |
| Résistance d’isolement | Capacité d’un isolant à empêcher le passage du courant entre conducteurs ou entre un conducteur et la terre. |
| Pouvoir de coupure | Intensité maximale que le disjoncteur peut interrompre en toute sécurité sans se détériorer. |
3. Méthodes et effets utilisés
Les instruments s’appuient sur des phénomènes physiques précis pour effectuer leurs mesures :
| Terme | Définition claire |
|---|---|
| Redresseur | Dispositif (souvent à diodes) qui transforme un courant alternatif (AC) en courant unidirectionnel (DC). |
| Amplificateur d’entrée | Circuit électronique amplifiant les faibles signaux d’entrée avant traitement ou affichage, assurant une mesure précise. |
| Transformateur de courant | Composant basé sur l’induction, utilisé pour mesurer des courants AC élevés en les ramenant à une valeur proportionnelle plus faible. |
| Effet Hall | Phénomène physique utilisé pour mesurer un courant continu (DC) en détectant le champ magnétique qu’il génère. |
4. Concepts de protection électrique
La sécurité électrique repose sur plusieurs mécanismes de détection et de coupure automatique en cas d’anomalie :
| Terme | Définition claire |
|---|---|
| Protection thermique | Système dans un disjoncteur qui coupe le circuit en cas de surcharge prolongée, par échauffement. |
| Protection magnétique | Dispositif déclenchant instantanément le disjoncteur en cas de court-circuit (très forte intensité soudaine). |
| Courbe de déclenchement | Profil de sensibilité du disjoncteur selon le type de charge : courbe B (résistive), C (mixte), D (inductive ou moteurs). |