Le courant alternatif : cours de CAP Électricien

Tu as déjà vu les notions de tension, d'intensité et de puissance. Dans ce cours, tu vas découvrir une façon particulière de faire circuler le courant : l'alternatif. C'est celui qui arrive dans les prises, dans les tableaux électriques et sur les chantiers où tu travailleras. Pour bien le comprendre, il est utile de le comparer d'abord à son « cousin », le courant continu.

Le courant continu a une intensité qui ne dépend pas du temps : elle reste constante. Les piles et les accumulateurs en délivrent. ⁶ C'est la notion la plus ancienne : André-Marie Ampère l'a introduite en 1820. ⁶ Le continu a été la première forme d'électricité exploitée, notamment grâce à Thomas Edison. ⁶

Puis le courant alternatif est arrivé, défendu par Nikola Tesla. ⁶ À la fin du XIXe siècle, le continu servait déjà à l'éclairage, au chauffage, au transport et dans l'industrie. ⁶ Pourtant, il a perdu la partie sur un point précis : l'alternatif se transporte plus facilement sur de longues distances, parce qu'un transformateur permet d'élever puis d'abaisser la tension. ⁶ Aux États-Unis, l'industriel George Westinghouse, qui détenait les brevets, a fini par l'imposer. ⁵ Un document du CNRS situe le passage progressif à l'alternatif en 1896. ⁴

Quelle fréquence rencontre-t-on selon les pays ? En général, c'est 50 Hz qui sert de standard ; l'Amérique du Nord fait exception avec 60 Hz. ⁵ Autre repère : le réseau européen interconnecté est lui aussi en alternatif. ² Pour les calculs de ce cours, prends 50 Hz comme valeur de référence.

Un courant alternatif peut avoir plusieurs formes de courbe. La plus répandue est la sinusoïde : le courant sinusoïdal est la forme essentiellement employée pour la distribution commerciale de l'énergie électrique. ⁵ La courbe monte, atteint un maximum, redescend en passant par zéro, atteint un minimum, puis remonte, et ainsi de suite.

Sur ce graphique, l'axe horizontal représente le temps. Pendant la moitié d'une période, la valeur est positive ; pendant l'autre moitié, elle est négative. Un courant sinusoïdal est donc positif pendant $T/2$ et négatif pendant $T/2$, ce qui explique que sa composante continue soit nulle. ⁵ La sinusoïde oscille de façon équilibrée autour de zéro. ⁵

Le grand atout du courant alternatif tient en un appareil : le transformateur. Avec un alternatif, cet appareil à enroulements peut changer la tension et l'intensité, sans que la puissance transmise ne change. Ce n'est pas possible avec le courant continu. ⁵

Pourquoi cela ne marche-t-il qu'en alternatif ? Parce que l'induction a besoin d'un courant qui varie. Un courant dont la moyenne est nulle alimente un transformateur sans risque de saturation du circuit magnétique. ⁵ À l'inverse, dès qu'une composante continue non négligeable existe, le transformateur n'est plus adapté. ⁵

Les lignes de très haute tension (THT) du réseau français en sont l'application : elles fonctionnent notamment à 225 et 400 kV. ² Un transformateur n'est pourtant pas parfait : on y observe des pertes fer dans le circuit magnétique, dues à l'hystérésis et aux courants de Foucault. ²

Deux autres avantages sont cités pour l'alternatif. Il n'est pas nécessaire d'ajouter un redresseur (mécanique ou électronique) dans la chaîne. ⁴ Et la coupure d'un circuit (la disjonction) est plus aisée, car le courant passe naturellement par zéro. ⁴ Un courant continu, lui, ne s'annule jamais de lui-même.

Dans une maison, on parle souvent de monophasé. Mais pour produire et transporter de grosses puissances, on utilise le triphasé. Seuls les alternateurs polyphasés sont capables de fournir une puissance élevée, et le courant triphasé est celui qui sert à la fabrication industrielle d'électricité. ⁵

Le continu n'a pas disparu. Il reste utilisé dans quelques domaines : le ferroviaire, la plupart des équipements électroniques en basse tension, et même certaines lignes à très haute tension. ⁶ Un même équipement reçoit donc souvent de l'alternatif, puis le convertit.

Alternatif vers continu. La tension alternative du secteur est transformée en tension continue par un redresseur, puis mise en forme par un filtrage, parfois stabilisée par une alimentation, par exemple à découpage. ⁶ Voilà ce qui se cache dans le chargeur de ton téléphone ou dans un bloc d'alimentation.

Le cas du redressé non filtré. Un courant alternatif redressé mais non filtré est dit variable unidirectionnel : il ne change plus de sens, mais son amplitude varie au cours du temps. ⁶ Le filtrage sert à lisser cette variation.

Un retour du continu. À partir des années 1990, grâce aux progrès de l'électronique de puissance, le courant continu est redevenu une technologie en plein développement. ⁶ Il permet de construire des lignes à haute tension HVDC dont les pertes en ligne sont jusqu'à 15 % inférieures à celles de lignes comparables en alternatif. ⁶ Elles servent surtout sur de longues distances, ou quand les réseaux de deux pays ont des caractéristiques différentes. ⁶