L'électrotechnique industrielle : cours de Bac pro MSPC

Dans une usine, presque tout bouge grâce à l'électricité : un convoyeur, une pompe, un robot, un compresseur d'air, une presse. Même quand une machine travaille en pneumatique ou en hydraulique, c'est souvent un moteur électrique qui fait tourner le compresseur ou la pompe, et ce sont des capteurs et des automates alimentés en électricité qui commandent l'ensemble.

L'électrotechnique industrielle est la partie de la technique qui s'intéresse à l'énergie électrique dans l'industrie : comment on la produit, la transporte, la distribue, la transforme en mouvement ou en chaleur, et surtout comment on la protège et on la maîtrise sans danger.

Ton métier le demande très concrètement. Le titulaire du Bac pro MSPC est un professionnel polyvalent dont le but principal est de réduire le taux de panne ou d'indisponibilité des systèmes, quelle que soit la nature de l'anomalie : mécanique, électrique, pneumatique ou hydraulique ¹. Il assure aussi des missions de maintenance préventive et corrective, détecte les pannes et pose un diagnostic avant d'intervenir ¹.

Pour comprendre une installation, on suit le chemin de l'énergie, de l'arrivée du réseau jusqu'à l'actionneur. C'est la chaîne d'énergie que tu as déjà étudiée, ici appliquée à l'électricité.

Voici le rôle de chaque maillon :

• Alimenter : le réseau fournit une tension. Dans l'industrie, on trouve de l'alternatif monophasé ou triphasé.
• Distribuer : le tableau électrique répartit l'énergie vers les départs (un départ par machine ou par moteur).
• Protéger (avec l'alimentation) : disjoncteur, fusible, relais thermique. Ils coupent quand le courant devient dangereux pour les personnes ou le matériel.
• Distribuer vers le moteur : contacteur, variateur de vitesse, démarreur (les préactionneurs). Ils commandent ou adaptent l'énergie envoyée au moteur.
• Convertir : le moteur, c'est-à-dire l'actionneur, transforme l'énergie électrique en énergie mécanique de rotation.
• Transmettre : réducteur, courroie, accouplement (voir le cours sur la mécanique et les transmissions de puissance).

Pour travailler en maintenance, tu dois savoir lire et calculer quatre grandeurs. Les relations ci-dessous sont les outils de calcul de ce cours ; tu les réutiliseras dans les exercices.

Le réseau industriel fournit du courant alternatif : la tension change de sens de manière périodique. Le nombre de périodes par seconde est la fréquence $f$, en hertz (Hz). Dans les exemples de ce cours, on prendra $f = 50\ \text{Hz}$.

On distingue deux tensions en triphasé : la tension simple $V$ (entre une phase et le neutre) et la tension composée $U$ (entre deux phases). Pour un réseau équilibré, elles sont liées par :

$U = \sqrt{3} \times V$

Un réseau annoncé « 230 V / 400 V » a donc une tension simple de 230 V et une tension composée de 400 V.

Le moteur asynchrone triphasé est l'actionneur le plus courant en industrie : il est robuste, demande peu d'entretien et se branche directement sur le réseau triphasé. Il transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique de rotation, puis un réducteur ou une courroie adapte la vitesse et le couple à la machine.

Pour changer la vitesse d'un moteur asynchrone, on agit sur la fréquence avec un variateur de vitesse. C'est un préactionneur : il fait partie du maillon « distribuer » de la chaîne d'énergie et adapte l'énergie envoyée au moteur selon le besoin de la machine.

Une installation électrique doit pouvoir être commandée à distance, protégée en cas de défaut et coupée rapidement. Chaque rôle est tenu par un appareil précis.

Pour comprendre une installation, tu lis son schéma électrique. On sépare en général le circuit de puissance (qui transporte l'énergie vers le moteur) du circuit de commande (qui contient boutons, contacts, voyants, bobines). C'est cette séparation qui permet de commander un moteur de plusieurs kilowatts avec un petit bouton alimenté en basse tension.

Le courant électrique ne se voit pas, ne se sent pas avant qu'il soit trop tard : la sécurité n'est donc jamais une option. Ton référentiel est accompagné d'un référentiel de formation à la prévention des risques d'origine électrique ¹. Parmi les compétences visées, on trouve la mise à l'arrêt d'un système et l'intervention sur un composant, qu'il soit mécanique, hydraulique, pneumatique ou électrique ¹.

Un technicien ne choisit pas un connecteur, un disjoncteur ou un bus de communication au hasard : les normes décrivent les règles à respecter pour que le matériel de différents fabricants fonctionne ensemble et en sécurité. Au niveau mondial, la Commission électrotechnique internationale (CEI) est l'organisation internationale de normalisation chargée de l'électricité, de l'électronique et des techniques connexes ³. Elle travaille en complément de l'ISO, qui s'occupe des autres domaines ³.

Tout commence en 1906 : la CEI tient alors sa toute première réunion, les 26 et 27 juin ³. Plus tard, en 1938, elle sort la première édition de son Vocabulaire électrotechnique international (VEI), dont le but est d'harmoniser les termes du domaine électrique ³. Cette idée d'un vocabulaire commun te sert encore : un mot technique doit avoir le même sens pour tous.

Le technicien de maintenance détecte la panne et établit un diagnostic avant d'intervenir ¹. En électrotechnique, un bon diagnostic s'appuie sur une démarche ordonnée, pas sur des essais au hasard.