Fusibles et disjoncteurs

L'électricité est quelque chose de très commun en France. L'immense majorité si ce n'est tous les foyers ont accès au réseau électrique fournissant du 230 V alternatif. Cependant à ces tensions, il peut exister de réels dangers si un être humain s'approche de trop près des fils électriques. Ainsi, il s'est mis en place tout une série de norme et bonne pratique afin de sécuriser l'utilisation de l'électricité.

Sur cette page, nous parlerons principalement d'un type de sécurité électrique : les disjoncteurs. Il se trouve qu'il y a deux types de disjoncteurs : les disjoncteurs de puissance et les disjoncteurs différentiels qui ont chacun un but différent.

Avant de parler des disjoncteurs, traitons le cas d'un composant électrique qui peut être considéré comme l'ancêtre des disjoncteurs mais qui a encore une place dans nos appareils électriques : le fusible.

C'est derniers sont très simples. Ce sont des fils ayant une faible résistance mais plus grande qu'un fil électrique classique. Ainsi lorsque qu'un courant assez fort les traverse, il vont se mettre à chauffer d'après l'effet Joule dissipant une énergie égale à P = RI^2. Si l'intensité est trop grande, le fil va tellement chauffer qu'il fondra d'où lui vient sont nom fusible dérivé de fusion. Une fois fondu, le fils sera donc coupé en deux et le courant ne pourra plus normalement passer, protégeant ainsi les composants électriques après le fusible.

Un bémol à cela, une fois coupé le fusible se comporte comme un interrupteur ouvert. Donc la différence de potentiel est maximal à cette endroit. Avant de fondre la tension du fusible était quai-nulle car U = RI avec R très petit donc U très petit. Après la fonte, la tension peut valoir plusieurs centaines de volts dépendant de l'alimentation de l'appareil. Le problème vient du fait que si les deux bouts restants du fusible sont trop proche, ou si la tension est trop grande, il peut se former un arc électrique, c'est à dire que la forte tension va ioniser l'air afin de continuer à faire passer l'électricité. Ainsi les fusibles sont construits pour 1) fondre passé une certaine intensité et 2) résister à la formation d'un arc électrique jusqu'à une certaine tension.

Il est donc fréquent de trouver des fusibles calibrés pour quelques ampères 2/4/8 A et pour du 230 V AC. Vous pouvez aussi trouver un autre type de fusible pour les micro-ondes qui supportent des tensions de quelques milliers de volts. Cela vient du fait que dans un micro-onde ont trouve se genre de tension. Dans ce cas, le fusible est constitué d'un fil dont une partie est sous forme de ressort. Ainsi lorsque le fusible fond le ressort assure que les deux bouts restants sont bien distant de plusieurs centimètres, ce qui interdit un arc électrique de continuer à faire circuler le courant.

Il existe un autre type de fusibles, ce sont les fusibles thermiques. C'est dernier peuvent fondre si un courant trop fort passe par eux mais leur but est surtout de contrôler si leur environnement n'est pas trop chaud. Par exemple dans un moteur, la température de la bobine principal va se mettre à chauffer. Si cette dernière est trop chaude parce que le moteur consomme trop de puissance alors la bobine peut se mettre à fondre et cela rendrait bon au recyclage le moteur. Pour éviter cela un fusible thermique est placé à proximité de la bobine (souvent collé à cette dernière). Si la bobine surchauffe le fusible va lui aussi chauffer et va fondre avant la bobine et ainsi il la protège. Il suffit ensuite de remplacer le fusible thermique (ce qui est faisable mais pas toujours facile) et le moteur peut remarcher.

A la différence de certains fusibles électriques, les fusibles thermiques ne sont pas transparents et ils ont marqué sur eux le courant, la tension et la température à ne pas dépasser.

Dans une maison, le courant électrique alternatif arrive par deux fils sortant du compteur électrique qui comme son nom l'indique compte la puissance utilisé et donc ce que vous devez payer à votre fournisseur d'électricité. Ces deux fils sont nommé phase et neutre. Très souvent la phase est marron ou rouge et le neutre est bleu. Le neutre est normalement à un potentiel nulle tandis que c'est la phase qui a un potentiel alternant de 325 V à -325 V. Ainsi en théorie, touché le neutre ne devrait pas être dangeureux alors que touché la phase pendant quelques milli-secondes peut être mortel. Ne touchez JAMAIS ni l'un ni l'autre directement par sécurité. En revanche, il est possible de savoir qui est le neutre et qui est la phase avec un multimètre. Il suffit pour cela de se positionner en mode voltmètre alternatif et de mettre uns pointe de touche sur le fil à tester et une autre dans votre main. Comme vous devez être au potentiel 0 V, si le multimètre indique 230 V cela veut dire que vous touchez la phase, s'il indique un potentiel proche de 0 V vous êtes sur le neutre. Vous pouvez avoir des résultat similaire avec un tournevis testeur qui s'allumera si vous êtes sur la phase et restera noir sur le neutre. Attention tout de même, ces tests sont indicatifs, adressez vous à un électricien si vous n'êtes pas sûr de ce que vous faîtes. Vous retrouverez normalement cette différence phase, neutre sur toutes les prises. Cependant, plus vous vous éloignerez du compteur plus des signaux parasites pourront fausser les mesures.

Avant le compteur, il est interdit de prendre de l'électricité, cela est la propriété de votre fournisseur électrique. Après le compteur, il s'agit de votre réseau électrique privé que vous pouvez agencer comme bon vous semble. Enfin pas totalement, il faut quand même respecter des règles afin de garantir votre sécurité et de ne pas endommager la partie de votre fournisseur électrique. Une des sécurité de base est de vérifier que vous ne demandez pas trop de courant à votre fournisseur. Par exemple imaginons qu'un court-circuit advienne chez vous. Pour cela rien de plus simple, il suffit simplement qu'un fil phase touche un fil neutre et alors il y a une différence de potentiel de plusieurs centaine de volt avec une résistance quasi-nulle, cela implique un appel de courant très fort, plusieurs centaines d'ampères. Si rien ne vient arrêter cette appel de courant, les fils transportant l'électricité de votre compteur à votre court-circuit vont se mettre à chauffer du fait que leur résistance n'est pas complètement nulle. Même si un fil a un résistance de l'ordre du milli-Ohm pour un courant de 500 A cela donne une puissance P = RI^1 = 0,001*500*500 = 250 W. Cette puissance se dissipe en chaleur et risque de faire brûler ce qui entoure le fil comme par exemple du bois, du papier-peint, etc et si vous ne faîtes rien votre habitat peut se mettre à brûler.

Afin d'éviter cela, on souhaite couper le circuit dès que l'intensité dépasse une certaine intensité. On pourrait utiliser des fusibles. En effet, les fusibles sont une solution simple pour limiter le courant ou la température. Cependant, ils ont un grave défaut : ils ne fonctionne qu'une unique fois. Uns fois fondu, le fusible doit être changé. Si le fusible protégeant votre maison a fondu et que vous n'en avez pas sous la main, vous serez privé d'électricité. Dans le passé, on utilisait cette méthode en France avec des fils de plomb qui fondait lors d'un court-circuit, d'où l'expression “les plombs ont sauté” pour dire que le courant électrique est coupé. L'expression est resté mais la technologie a évolué, on utilise maintenant des disjoncteurs de puissance.

Un disjoncteur est un appareil électrique qui est un interrupteur automatique. Si le courant est trop fort il se coupe automatiquement, on dit qu'il saute ou bascule. Une fois la cause de cette surintensité résolue, il suffit de réenclencher le disjoncteur pour retrouver un courant électrique sécurisé, nul besoin de changer de fusible.

Mais à partir de quelle intensité le disjoncteur bascule et combien de temps cela lui prend. Cela dépend de la surintensité. Sur les disjoncteurs vous avez deux indications : une lettre A, B, C, … et un nombre 10, 16, 20, 32, … Commençons par le plus simple le nombre. Ce dernier indique l'intensité en dessous duquel le disjoncteur ne fait rien. Ainsi, si vous avez un disjoncteur avec le nombre 16, cela indique qu'en dessous de 16 A, ce disjoncteur ne basculera jamais. Par contre au dessus de 16 A, le disjoncteur va basculer mais en un temps plus ou moins long. En effet, le danger n'est pas le même si un disjoncteur de 16 A voit passer 17 A ou 1000 A. Une valeur de 17 A n'est pas trop grave et le disjoncteur ne va basculer que si vous restez continument sur cette valeur pendant un temps assez long quelques minutes voir 1 heure peut être. Par contre si c'est 1000 A il faut que le disjoncteur bascule très vite en quelques milli-secondes pour que votre maison ne prenne pas feu.

Ainsi dans votre disjoncteur, il y a deux mécanismes : un thermique qui est utile pour les dépassement de l'intensité limite dans un rapport de 3-5 fois cette intensité et qui prend de moins en moins de temps plus l'intensité est grande et un autre magnétique qui est utile quand le dépassement est vraiment plus grand et qui prend un temps quasiment constant de quelques milli-secondes. Le fait de ne pas couper instantanément même si on dépasse l'intensité limite pendant un temps court provient du fait que certains appareils (les moteurs par exemple) demandent à leur démarrage 2 à 3 fois plus d'intensité que pendant leur utilisation. Ainsi pour éviter que le disjoncteur saute à chaque fois que vous démarriez votre mixeur, le disjoncteur permet un courant plus fort mais pendant un temps assez court. Le lien entre temps de bascule et intensité est donné par la lettre qui correspond à des courbes différentes. Très souvent vous aurez la lettre C sur vos disjoncteurs.

Pour finir, avec ces disjoncteurs de puissance, il faut savoir que vous n'avez pas un disjoncteur pour toutes votre habitations mais plusieurs disjoncteurs. Chaque disjoncteur sert à contrôler une partie de circuit électrique de votre habitation. Par exemple, il est fréquent d'avoir un ou deux disjoncteurs de 10 A pour contrôler les lampes car c'est dernière demande peu de courant. A l'opposé, il est aussi fréquent d'avoir un disjoncteur de 32 A pour contrôler votre cuisinière ou vos plaques électriques car cette appareil à lui seul consomme une puissance et donc un courant de plusieurs centaines de lampes basse consommation. Au milieu se trouve les disjoncteurs de 16 A qui servent à contrôler les prises secteurs.

Une façon assez simple de savoir quel appareil ou prise est relié à quel disjoncteur est de basculer vous même le disjoncteur pour voir si l'appareil continu de fonctionner. Cela est primordial si vous voulez changez une prise secteur car pour votre sécurité il faut au préalable la couper du circuit pour qu'elle ne reçoive plus une tension de 230 V AC. Il faut donc trouver le bon disjoncteur le basculer et ensuite vous pouvez en toute sécurité changer votre prise. Un fois cela fait vous pouvez réenclencher le disjoncteur. Si vous avez bien fait il ne devrait pas sauter et vous devriez pouvoir utiliser votre nouvelle prise secteur.

Les disjoncteurs de puissance sert à vous protéger d'un court-circuit franc ou juste d'une surcharge de courant. Cela permet entre autre que votre habitation ne brûle pas. Cependant, il y a un autre danger pour vous, l'électrocution.

Votre corps n'est pas un isolant parfait, il laisse passer un courant électrique. Si ce courant est faible moins d'un milli-ampère, il n'y a pas de risque. En revanche, si le courant avoisine les 30 mA, il commence à y avoir un problème. Si ce dernier est plus grand que 50 mA cela peut entraîner des problèmes cardiaques. En un mot comme en cent, le corps humain n'aime pas les courants électriques et même les petits de quelques dizaines de milli-ampère. Évidemment, il faut aussi prendre en compte le temps que le courant passe dans votre corps. Si cela dure 10 secondes ou une milli-seconde les conséquences ne seront pas les mêmes. De plus, il faut savoir par où est passé le courant, s'il reste localisé à la main qui touche des fils électriques ou s'il passe d'une main à une autre en passant par le cœur.

Afin d'éviter une électrocution (courant dans le corps apportant la mort) ou une électrisation (courant dans le corps sans entraîner la mort), les disjoncteurs de puissance sont inefficace. Ces derniers ne réagissent que pour des fortes intensités, des dizaines ou centaines d'ampère, alors que pour vous tuer 50 petit mA pendant quelques secondes suffisent. Il faut donc un autre type de sécurité.

Il est bon de réfléchir à comment s'électrocuter pour mieux l'éviter. La première façon de s'électrocuter est de toucher, souvent avec les mains, le fil de phase et le fil neutre. Dans ce cas, c'est comme si vous branchiez votre corps à un prise secteur. A 230 V AC, votre corps réagit un peu comme une résistance de quelques milliers de Ω, ce qui entraîne un courant entre 40 mA et 100 mA ce qui est mortel. Pour remédier à cela quand vous ouvrez un appareil électrique assuré vous bien qu'il soit débranché pour ne pas risquer de toucher en même temps la phase et le neutre.

On pourrait se dire que si l'on ne touche qu'un des deux fils, il n'y a pas de risque car vous ne fermez pas le circuit et donc il n'y a pas de possibilité que du courant passe à travers vous. Cela est faux. En effet, en France, le neutre a la propriété d'être relié à la terre (physiquement, il y a des barreaux de métal enfoncé dans la terre). Or comme vous aussi vous touchez la terre vous devez être au même potentiel que cette dernière. Cela peut se vérifier plus ou moins bien avec un multimètre. Placé le en mode tension alternative, mettez une pointe de touche dans votre main et l'autre sur le fil du neutre que vous pouvez trouver dans une prise de courant. Normalement, la différence de potentiel est proche de 0 V AC. Cela veut dire qu'en théorie toucher le fil neutre n'est pas dangereux, mais je le déconseille fortement. En revanche, cela veut dire que la différence de potentiel entre la phase et vous est la même qu'entre la phase et le neutre : 230 V AC. Ainsi, il suffit de toucher juste le fil de phase pour vous électriser ou pire vous électrocuter. Si vous changez la position de la pointe de touche dans la prise secteur vous verrez que la différence de potentiel est maintenant de près de 230 V.

Conclusion, ne toucher jamais un fil électrique sans être sûr qu'il soit bien déconnecté de votre réseau électrique. Vérifier bien la tension entre les fils et entre les fils et vous mêmes avant de les toucher et sinon prenez des gants spéciaux pour rester isolé.

Si votre installation électrique est bien faite jamais vous ne devriez être en contact avec des fils électriques et donc risquer d'être électrocuter. Mais même dans ce cas-là qui n'est pas assuré, il y a un autre danger, les appareils électriques métalliques. En effet, dans les appareils électriques, il y a souvent une partie métallique qui sert à contenir l'appareil électrique. Cette partie métallique est tout à fait à porter de main de l'utilisateur. Il s'agit par exemple de ce qui contient un grille-pain, une machine à laver, etc. Normalement, cette partie métallique ne doit pas toucher le fil de phase et donc ne doit pas représenter de danger. Mais on ne sait jamais. Si le fil de phase se met à toucher cette partie métallique alors en touchant ce métal vous touchez le fil de phase et vous encourez un risque de vous électrocuter. Il faut donc un système pour se protéger de cela que l'on va voir en deux étapes.

Pour ce faire, on va premièrement ajouté un fil qui reliera la partie métallique à la terre. Ce fil est donc nommé le fil de terre, il est très reconnaissable car il est de couleur vert-jaune. Si vous vivez dans une maison vous pouvez même voir ce fil de terre finir enterré. Ce fil joue le rôle d'un humain touchant à chaque instant toutes les coques des appareils électriques de la maison afin de tester si l'une d'elle n'est pas relié à la phase.

La deuxième étape de cette sécurité est de placé un disjoncteur différentiel à la sortie du compteur électrique. Ce disjoncteur aura une tâche bien différente des disjoncteur de puissance. Il est sensible à la différence de courant qui rentre par la phase et sort par le neutre. En temps normal, cette différence est nulle, le courant rentrant d'un côté doit sortir de l'autre car nous sommes dans un circuit fermé. Cependant, quand la phase touche une coque métallique, elle est en contact avec le fil de terre et ainsi un courant électrique part de la phase vers la terre en passant par le fil de terre. Donc ce courant ne passe pas par le neutre, ainsi il se crée une différence de courant entre la phase et le neutre. Si cette différence dépasse les 30 mA pour les disjoncteurs différentiels les plus récents, il y a coupure automatique du courant.

Prenons un exemple pratique pour finir, vous allez pour utiliser un grille-pain. Cependant ce dernier est défectueux, sa résistance chauffante qui est un fil par où passe le courant touche la coque métallique. A la seconde où vous actionnez le grille-pain, le fil de la résistance va se mettre en contact avec la phase du câble d'alimentation. Ainsi la coque elle-même reliée au fil de terre sera aussi en contact avec la phase. Résultat : le disjoncteur différentiel bascule et coupe le courant en une fraction de seconde sentant la perte de courant partant du grille-pain vers la terre. Normalement vous n'avez rien senti car pour actionner un grille-pain, on appuie sur un manche en plastique donc isolant. Mais si vous aviez en même temps touché à la partie métallique du grille pain, vous auriez pu être électrisé pendant une fraction de seconde, normalement trop courte pour vous tuez. Sans le disjoncteur différentiel, le courant de fuite aurait continué à fuiter et sans le fil de terre c'est par vous qu'il serait uniquement passé pendant un temps sûrement assez long pour vous tuer.