Le dimensionnement des câbles : cours de Bac pro MELEC

Dans une installation électrique, un câble transporte l'énergie d'une source vers un récepteur. Sur un chantier, tu ne choisis jamais un câble « au hasard » ou « un peu gros pour être tranquille ». Un câble trop petit chauffe, vieillit mal, fait chuter la tension chez le récepteur et peut devenir dangereux. Un câble trop gros coûte cher, se tire difficilement et ne rentre pas toujours dans les chemins de câbles ou les bornes des appareils.

Le dimensionnement est la démarche qui permet de trouver le bon compromis. Elle fait partie du travail de l'électricien : sur un sujet d'examen de Bac pro MELEC, une partie entière est consacrée à dimensionner et à faire passer le câble d'alimentation d'une armoire à partir du tableau général ¹. Tu retrouves cette démarche dans de nombreux sujets de l'épreuve U2.

Tu as déjà vu les notions qui précèdent ce cours : la distribution de l'énergie, la lecture des schémas, les régimes de neutre et la protection des personnes et des biens. Ici, on les utilise : le schéma te donne le récepteur à alimenter, le régime de neutre influence la protection, et la protection se règle en fonction du câble choisi.

Avant tout calcul, tu rassembles les données. Elles viennent du dossier technique, du cahier des charges et des indications des fabricants. Dans le sujet étudié, par exemple, la motorisation du portail est annoncée par son fabricant à 2 A de courant absorbé ². Cette valeur est une donnée d'entrée : tu ne l'estimes pas, tu la relèves dans le document.

Voici les données utiles, classées :

• le récepteur : puissance ou courant absorbé, tension d'alimentation, monophasé ou triphasé, facteur de puissance si le récepteur n'est pas résistif ;
• le parcours : points de départ et d'arrivée, longueur sur le plan, passages en hauteur ou en sous-sol ;
• l'environnement : température ambiante, présence d'autres câbles dans le même chemin, local sec ou humide ;
• le mode de pose : câble en conduit, sur chemin de câbles, enterré ou encastré ;
• la protection amont : disjoncteur ou fusible placé en tête de la liaison.

La première question est simple en apparence : combien de mètres faut-il commander ? La distance lue sur le plan n'est qu'un point de départ. Un câble ne vole pas en ligne droite : il monte le long des murs, descend vers les armoires, contourne des obstacles.

Le câble doit supporter en permanence le courant du récepteur. Ce courant s'appelle le courant d'emploi, noté $I_B$. Parfois, il est donné directement : c'est le cas du portail motorisé, dont le constructeur indique 2 A ². Sinon, tu le calcules à partir de la puissance.

Un conducteur parcouru par un courant chauffe. Plus le courant est grand pour une section donnée, plus l'échauffement augmente. L'isolant autour de l'âme ne supporte qu'une température limite : au-delà, il vieillit vite ou se détériore. Chaque section de conducteur ne peut donc transporter qu'un courant maximal, appelé courant admissible $I_Z$.

Pour trouver $I_Z$, tu consultes les tableaux de la norme d'installation ou ceux du fabricant. Ils dépendent de la nature de l'âme, de l'isolant, du mode de pose et du nombre de circuits regroupés. Le sujet étudié pose justement cette question : quelle section de cuivre tirer pour l'armoire de parking ² ? Pour y répondre, tu cherches dans ce type de tableaux, joints au sujet.

Le courant ne chauffe pas seulement le câble : il fait aussi perdre de la tension le long de la liaison. Le conducteur possède une résistance, et cette résistance augmente avec la longueur. Plus le câble est long, plus la tension qui arrive au récepteur est faible. Un moteur qui reçoit trop peu de tension démarre mal ; un éclairage faiblit.

Tu as maintenant plusieurs sections candidates : une par critère. La règle est simple : on retient la plus grande, parce qu'elle satisfait tous les critères à la fois.

La section n'est pas le seul choix. La nature du câble dépend de l'usage. Un câble d'énergie alimente des récepteurs, un câble coaxial transmet un signal de télévision ou radio. Le câble coaxial est composé de deux conducteurs, un central et un extérieur, le conducteur externe assurant le plus souvent le blindage ³. Il s'utilise en basses ou hautes fréquences ³.

Sa structure est précise : une âme centrale en cuivre, entourée d'un isolant diélectrique, puis d'un blindage, puis d'une gaine extérieure protectrice ³. Ce blindage protège le signal des perturbations extérieures. Pour la réception d'antenne, il est associé à la prise d'antenne ou à la fiche F ³. Sur une descente d'antenne standard jusqu'à 20 ou 25 mètres, l'atténuation est de l'ordre de 4,5 dB ³.

À l'opposé, un câble électrique à haute tension transporte de l'énergie en courant alternatif ou continu. Il est formé de parties concentriques : un conducteur central, une isolation électrique, une gaine métallique et une protection extérieure mécanique ⁴. Les câbles à isolation extrudée, principalement en polyéthylène réticulé, se sont imposés depuis les années 1970 ⁴.

Le calcul ne suffit pas, il faut aussi pouvoir poser le câble. Le sujet étudié parle de dimensionner et de poser le câble d'alimentation du tableau général à l'armoire de parking ¹, et le passage du câble fait partie de l'étude, avec la planification de l'intervention ¹. Le trajet doit donc être praticable : chemins de câbles disponibles, place dans les conduits, rayons de courbure respectés.

Un câble doit aussi être raccordé correctement. Pour les câbles haute tension, la connexion entre sections ou vers un appareil est délicate et demande des raccords spéciaux ⁴. En basse tension, le principe reste le même : la borne doit accepter la section choisie, sinon le contact est mauvais et chauffe.

Enfin, la pose influence les performances. Un coaxial peut longer les murs, les gouttières ou être enterré, à condition de ne pas lui imposer une courbure trop prononcée, qui modifierait son impédance ³. Pour un câble d'énergie, un coude trop serré abîme l'isolant et complique le tirage.