Courant continu et alternatif : cours de CAP

Quand tu branches une lampe de poche sur une pile ou une lampe de chevet sur une prise murale, la lampe s'allume dans les deux cas. Pourtant, l'électricité n'y circule pas de la même manière. Dans le premier cas, le courant est continu. Dans le second, il est alternatif.

Dans ce cours, tu vas apprendre à :

• reconnaître un courant continu et un courant alternatif, sur un schéma, sur un oscillogramme ou dans la vie courante ;
• utiliser le vocabulaire de l'alternatif : période, fréquence, valeur efficace ;
• savoir d'où viennent ces deux courants ;
• comprendre pourquoi le réseau électrique est alternatif, et pourquoi le continu revient en force ;
• éviter les confusions classiques du CAP.

Tu as déjà vu dans les chapitres précédents le circuit électrique, la tension, l'intensité, la loi d'Ohm, la puissance et l'énergie. Tout cela reste valable ici : nous allons simplement préciser comment la tension et l'intensité évoluent au cours du temps.

On parle aussi de tension continue quand la tension d'un générateur ne varie pas au cours du temps. Si tu la visualises sur l'écran d'un oscilloscope, tu obtiens une ligne horizontale : la valeur lue ne change pas.⁴

Une pile produit son courant par une réaction chimique interne. C'est pour cela que le courant continu est dit produit de manière chimique avec les piles et les batteries d'accumulateurs.³

Au sens strict, un courant est continu quand son intensité est constante. Par extension, on emploie aussi ce mot pour un courant qui circule toujours dans le même sens et dont l'intensité reste proche de sa valeur moyenne.⁶ C'est le cas d'une tension du secteur qui a été redressée puis filtrée, par exemple à la sortie d'un chargeur.⁶

Ici, « périodique » signifie que le même motif se répète à l'identique, encore et encore. Pendant une moitié de la période, le courant circule dans un sens ; pendant l'autre moitié, il circule dans le sens opposé. Sur un oscillogramme, la courbe passe donc alternativement au-dessus et au-dessous de l'axe horizontal.

À l'oscilloscope, la tension alternative se reconnaît à sa variation au cours du temps, alors que la tension continue reste plate.⁴

Sur le graphique, la droite horizontale représente une tension continue, et la sinusoïde une tension alternative. Observe que la sinusoïde repasse sans cesse par zéro et change de signe.

La fréquence la plus souvent utilisée pour la distribution est de 50 Hz. En Amérique du Nord, par exemple, on utilise 60 Hz.⁵

Une tension alternative change sans arrêt de valeur : à chaque instant, elle est différente. Pour la caractériser par un seul nombre utile, on utilise la valeur efficace.

Le courant continu est produit de façon chimique, avec les piles et les batteries d'accumulateurs.³ Le courant alternatif est produit de façon mécanique avec un alternateur, comme sur le réseau électrique.³

Le principe est donc le suivant : un mouvement (une rotation) provoque une variation, et cette variation fait naître un courant qui change de sens à chaque demi-tour. Plus la rotation est rapide, plus le motif se répète vite, donc plus la fréquence est grande. C'est ce qui relie la mécanique à la fréquence de 50 Hz du réseau.

Dans une centrale, une turbine entraîne l'alternateur. Chez toi, la prise murale reçoit ce courant alternatif.

L'idée du courant continu remonte à 1820, avec André-Marie Ampère.⁶ Le continu a été la première forme d'utilisation de l'électricité, soutenue par Thomas Edison, avant l'arrivée du courant alternatif défendu par Nikola Tesla.⁶

Lucien Gaulard a déposé en France le brevet du transformateur le 7 novembre 1882.⁵ La machine synchrone a été inventée aux États-Unis par Nikola Tesla, avec un dépôt de brevets le 1er mai 1888.⁵ Ces inventions ont permis de dépasser les limites du continu pour la distribution, défendue alors par Edison.⁵ L'industriel George Westinghouse, qui détenait les brevets, a fini par imposer l'alternatif aux États-Unis.⁵

Le continu n'a pas disparu pour autant. Il est resté en usage dans quelques domaines, comme le ferroviaire et la plupart des équipements électroniques en basse tension, mais aussi sur certaines lignes à très haute tension.⁶

À partir des années 1990, grâce aux progrès de l'électronique de puissance, la conversion entre alternatif et continu est devenue aisée.⁶ On a ainsi pu construire des lignes à haute tension en courant continu (HVDC), dont les pertes sont jusqu'à 15 % plus faibles que celles de lignes alternatives comparables.⁶ Ces lignes servent surtout sur les longues distances ou entre deux pays dont les réseaux ont des caractéristiques différentes.⁶

Un autre atout du continu : le réseau n'a besoin que de deux fils, contre trois ou quatre en alternatif, ce qui pourrait faire économiser environ 15 % sur de nouvelles infrastructures.⁶