Pourquoi la chute de tension, et pas seulement l'intensité admissible, dimensionne le câble
Tout conducteur possède une résistance, si bien qu'une partie de la tension d'alimentation sert à pousser le courant dans le câble sans jamais atteindre la charge. Sur un circuit terminal court, cette perte est négligeable ; sur une longue canalisation de distribution, une charge lourde, ou une ligne basse tension en courant continu, elle peut devenir suffisamment importante pour compter. L'intensité admissible — le courant qu'un conducteur peut transporter sans surchauffer — est la première limite, et elle est obligatoire : elle fixe la section minimale qu'une réglementation autorise. Mais l'intensité admissible ne dit rien de la tension qui arrive à l'autre bout. Un conducteur en cuivre 12 AWG peut transporter confortablement 20 A, tout en perdant plus de 6% sur une ligne de 30 m — et un luminaire ou un moteur à cette extrémité s'en ressentira. C'est pourquoi les longues lignes sont si souvent régies par la chute de tension plutôt que par l'intensité admissible : au-delà d'une certaine distance, il faut augmenter la section du câble, non pas parce qu'il surchaufferait, mais parce que trop peu de tension arriverait à la charge. Une conception correcte vérifie les deux limites et retient le conducteur le plus grand des deux exigés.
La formule de la chute de tension et les valeurs qui la déterminent
La chute de tension est la loi d'Ohm appliquée sur tout le trajet parcouru par le courant. Multipliez le courant de charge par la résistance du conducteur pour le trajet aller-retour et vous obtenez les volts perdus ; divisez par la tension d'alimentation et vous obtenez la chute en pourcentage. Quatre facteurs font varier ce chiffre : le courant (une charge double donne une chute double), la résistance par unité de longueur (un fil plus fin a une résistance plus élevée et une chute plus importante), la longueur de la ligne (la chute est proportionnelle à la distance), et un facteur de phase qui tient compte du nombre de conducteurs parcourant le trajet aller-retour — 2 pour le monophasé et le courant continu, et √3 (environ 1.732) pour le triphasé entre phases. Comme le courant part vers la charge puis en revient, le calcul utilise toujours le trajet aller-retour, même si vous ne saisissez que la longueur aller. La résistance elle-même provient de tables publiées : les conducteurs AWG en ohms par 1000 ft (NEC Chapter 9, Table 8, à 75 °C) et les conducteurs métriques en ohms par kilomètre (IEC 60228, à 20 °C). L'aluminium se situe toujours au-dessus du cuivre, quelle que soit la section, ce qui explique pourquoi un conducteur en aluminium doit généralement être une ou deux tailles au-dessus du cuivre pour la même ligne et la même chute.
Quelle chute est acceptable, et qui le dit
Les limites auxquelles un contrôle de chute de tension se compare sont d'abord des recommandations, et ne deviennent des règles opposables que là où une autorité locale les adopte. Les objectifs les plus courants sont 3% sur un circuit terminal ou d'éclairage et 5% pour une canalisation de distribution ou le total combiné distribution plus terminal. En Amérique du Nord, ces valeurs proviennent des notes informatives du NEC 210.19 et 215.2 — informatives, non obligatoires, sauf si l'autorité compétente les a rendues contraignantes. Dans la pratique IEC/BS 7671, les mêmes chiffres de 3% pour l'éclairage et 5% pour les autres usages figurent dans l'annexe informative de l'IEC 60364-5-52 et dans la BS 7671, avec des valeurs plus généreuses de 6%/8% admises pour les installations alimentées par leur propre transformateur ou groupe électrogène plutôt que par le réseau public. En pratique, il s'agit d'objectifs d'ingénierie à respecter, non d'une autorisation à ignorer votre réglementation locale : maintenez un circuit terminal sous 3% et l'ensemble de la ligne sous 5%, et vous satisferez la grande majorité des installations — mais vérifiez toujours le chiffre réellement appliqué par votre autorité compétente avant de finaliser une conception.
Cuivre ou aluminium, AWG ou mm² : où se rejoignent les deux normes
Le dimensionnement des conducteurs vit dans deux mondes parallèles qui ne se convertissent pas proprement l'un dans l'autre. La pratique nord-américaine utilise l'AWG (American Wire Gauge) pour les petits conducteurs et le kcmil au-delà de 4/0, où un numéro de calibre plus petit signifie un conducteur plus grand ; le reste du monde utilise la section en millimètres carrés, où un chiffre plus grand signifie simplement un fil plus gros. Il n'existe pas de correspondance exacte terme à terme entre les deux — le 12 AWG est proche de 4 mm², le 10 AWG proche de 6 mm² — si bien que faire basculer un calculateur entre impérial et métrique ne convertit pas une valeur, mais remplace tout le catalogue de sections. Le matériau est l'autre grand levier. L'aluminium est plus léger et moins cher par ampère que le cuivre, ce qui explique sa domination sur les grandes canalisations de distribution et les branchements, mais sa résistivité plus élevée signifie une chute de tension plus importante et impose généralement une section supérieure à celle du cuivre ; il a aussi des exigences de raccordement et de connexion propres, différentes de celles du cuivre. Quel que soit le système ou le matériau utilisé, n'oubliez pas que le calculateur ne répond qu'à la moitié « chute de tension » de la question — il ne vérifie ni l'intensité admissible, ni la protection contre les surintensités, ni le déclassement pour la température ou le taux de remplissage des conduits, ni rien d'autre qu'exige votre réglementation. Considérez donc son résultat comme un chiffre de planification à faire confirmer par un électricien qualifié au regard de la réglementation qui régit votre installation.
