Calculer une section de câble/fil » Choisissez la bonne dimension pour vos câbles
Dernière mise à jour : 19.12.2024 | Durée de lecture : 9 minutes
Le transfert d'énergie est un problème important pour pouvoir utiliser l'électricité là où en en a besoin. Les rallonges électriques permettent d'alimenter un appareil même si la prise électrique n'est pas à proximité immédiate. L'utilisateur n'a pas à se préoccuper de la section de ces câbles : en effet, les fabricants de rallonges savent exactement quelle section de câble est nécessaire pour quelle longueur de câble.
La situation est différente lorsqu'on veut, par exemple, monter un amplificateur puissant dans un véhicule. Dans ce cas, la section du câble électrique joue un rôle extrêmement important. Découvrez ci-dessous les éléments à prendre en compte et comment calculer la section de câble nécessaire.
Dans le langage courant, les termes « câble » et « fil » sont utilisés comme des synonymes. C'est aussi généralement le cas pour les termes « section de câble », « section de fil » et « section de conducteur ». Pourtant, ces expressions ne recouvrent pas la même chose. En effet, la section de câble ou la section de fil représente la surface de coupe du câble complet, y compris l'isolation et la gaine (1). Il est important de connaître le diamètre de cette coupe si on souhaite percer un trou pour faire passer ce câble.
La section de conducteur désigne la surface de la section du conducteur électrique ou des différents fils (2). Peu importe qu'il s'agisse d'un seul fil de cuivre massif ou, dans le cas d'un toron flexible, d'une multitude de fils individuels très fins réunis en un seul brin.
La coupe circulaire du conducteur est obtenue en coupant dnas le sens de la longueur à l'aide d'une scie fine. Les surfaces de coupe visibles des différents conducteurs représentent alors la section des conducteurs, mais celle-ci est très souvent appelée section de câble.
Si on utilise une pince coupante pour couper le câble électrique, on n'obtient pas de surfaces de coupe circulaires. Au contraire, les différents conducteurs sont écrasés, ce qui peut conduire à des erreurs d'estimation de la section des conducteurs.
Du diamètre à la section de câble
La section d'un conducteur électrique peut être facilement vérifiée en déterminant le diamètre des fils conducteurs hors tension à l'aide d'un pied à coulisse.
Une formule mathématique (A = r2 - π) permet ensuite de calculer la surface de la section à partir du diamètre.
À titre de comparaison, nous avons répertorié dans le tableau suivant les sections de câble normalisées ou les sections de fil les plus courantes et les diamètres de câble correspondants :
Tableaux de correspondance
| Diamètre du câble en mm | Section en mm² |
|---|---|
| 0,56 | 0,25 |
| 0,67 | 0,35 |
| 0,80 | 0,50 |
| 0,98 | 0,75 |
| 1,13 | 1,0 |
| 1,38 | 1,5 |
| 1,78 | 2,5 |
| Diamètre du câble en mm | Section en mm² |
|---|---|
| 2,26 | 4,0 |
| 2,76 | 6,0 |
| 3,57 | 10 |
| 4,51 | 16 |
| 5,64 | 25 |
| 6,68 | 35 |
| 7,98 | 50 |
Un conducteur électrique peut être comparé à un tuyau d'eau. Plus le diamètre du tuyau est grand, plus la quantité d'eau qui peut le traverser est importante. Il en va de même pour un câble électrique : plus le diamètre et donc la section du conducteur sont grands, plus la capacité maximale de charge électrique est élevée. En effet, plus la section est importante, plus la résistance électrique (R) du conducteur et la chute de tension qui en résulte sont faibles.
Câble fin ou câble épais : exemple de calcul
Un câble en cuivre pour le raccordement d'un amplificateur de son dans une voiture avec un réseau de bord de 12 V a une longueur de 10 mètres (5 m de ligne positive et 5 m de ligne négative). Avec une section de conducteur de 10 mm², les deux câbles ont ensemble une résistance moyenne de 0,017 Ω. Le même câble de 25 mm² a une résistance de seulement 0,0069 Ω.
Si l'amplificateur a une puissance de 720 W, un courant (I) de 60 ampères (A) maximum circule dans les deux câbles. En utilisant la loi d'Ohm R = U : I ou U = R - I, il est possible de calculer la chute de tension (Ua) aux bornes de chaque câble :
Chute de tension avec un conducteur de section 10 mm²
Ua = 0,017 · 60 = 1,02 V
Chute de tension avec un conducteur d'une section de 25 mm²
Ua = 0,0069 · 60 = 0,41 V
Bien que les deux câbles soient assez courts, la chute de tension est importante lorsque l'intensité du courant est maximale. Il faut tenir compte du fait que la tension dans une voiture avec moteur à combustion n'est que de 12 à 14 V.
Toutefois, la chute de tension sur la ligne et donc la baisse de la tension d'alimentation du consommateur n'est pas le problème principal ! En effet, dans ce cas, l'amplificateur a simplement moins de puissance mais ne sera pas endommagé.
Le problème essentiel est lié aux pertes sur les deux câbles. En effet, avec les valeurs de courant élevées de 60 ampères, une partie non négligeable de l'énergie transmise est transformée en chaleur. Donc le câble chauffe.
Perte de puissance avec une section de 10 mm²
P = 1,02 V · 60 A = 61,2 W
Perte de puissance avec une section de 25 mm²
P = 0,41 V · 60 A = 24,6 W
L'exemple ci-dessus montre bien que plus la section du câble est importante, plus les pertes de tension et le dégagement de chaleur du câble sont faibles. Toutefois, plus la section du câble est importante, plus le prix du câble est élevé. C'est pourquoi il est nécessaire de faire un compromis entre le câble optimal et le coût. Il ne doit pas être sous-dimensionné, sinon les pertes sur le câble seront trop importantes et risquent de provoquer un incendie. Mais il ne faut pas non plus choisir un câble surdimensionné pour des raisons de coûts.
Il existe sur Internet des calculateurs permettant de calculer la section du câble. Il peut être utile cependant de savoir comment ce calcul est effectué, afin de saisir les données pertinentes dans le calculateur.
Pour pouvoir calculer correctement les sections de câble, il faut d'abord déterminer la longueur maximale du câble et la charge maximale du courant. Il faut également tenir compte de la conductivité du matériau et de la chute de tension admissible.
De plus, il existe une formule spécifique pour chaque type de tension. Cela s'explique par le fait qu'en courant continu, le courant et la tension coïncident (ils sont en phase).
Si une charge inductive, comme un moteur électrique, est alimentée par une tension alternative, le courant et la tension sont déphasés l'un par rapport à l'autre. Il faut prendre en compte le fait que le rendement électrique ou le facteur de puissance diminue.
Avec le courant triphasé, les consommateurs fonctionnent sur trois phases. C'est pourquoi, au lieu de doubler la longueur des câbles, on travaille avec le facteur d'enchainement du courant triphasé.
Il en résulte trois formules pour le calcul de la section des câbles.
Courant continu
A = (2 · L · I) : (𝜿 · Ua)
Courant alternatif
A = (2 · L · I · cosφ) : (𝜿 · Ua)
Courant triphasé
A = (√3 · L · I · cosφ) : (𝜿 · Ua)
A = Section de câble
L = Longueur du câble en mètres*
I = Intensité en ampères
√3 = Facteur d'enchainement courant triphasé (√3 = 1,732)
𝜿 = Conductivité du câble en Siemens par mètre (S/m)
cosφ = Rendement électrique
Ua = Chute de tension acceptable en volts
*Remarque : Afin de mieux distinguer dans les formules l'intensité du courant (I) et la longueur, nous avons utilisé une lettre majuscule (L) au lieu de la lettre minuscule habituelle (l).
Formules de calcul de la section de câble
Section de câble (A)
La section du câble est calculée en millimètres carrés (mm²). Comme les sections de câble disponibles sont prédéfinies, il faut toujours prendre la valeur immédiatement supérieure. Les sections de câbles courantes sont 0,75 mm², 1,5 mm², 2,5 mm², 4 mm², 6 mm², 10 mm², 16 mm² ou 25 mm². Les câbles de section plus élevées sont généralement réservées aux professionnels. Mais il existe aussi des torons et des câbles dont la section est inférieure à 0,75 mm² et qui sont proposés dans des tailles intermédiaires.
Longueur du câble (l)
Mesurez la longueur entre la source de tension et le consommateur, car les formules indiquées ci-dessus tiennent automatiquement compte de l'aller et du retour.
Intensité (I)
Pour calculer la section, il faut connaître la charge électrique maximale indiquée en ampères (A). Cette information se trouve soit sur la plaque signalétique du consommateur, soit dans la documentation technique. Si vous connaissez uniquement la puissance (P) et la tension de fonctionnement (U), calculez l'intensité à l'aide de la formule I = P : U. Il est également possible d'effectuer une mesure du courant.
Facteur d'enchainement (√3)
Dans le cas d'un courant triphasé, on n'indique pas la tension entre une phase ou le conducteur extérieur et le conducteur neutre, mais la différence de tension entre les trois phases. C'est pourquoi la formule n'utilise pas le double de la longueur du câble, mais le facteur d'enchaînement. Le facteur d'enchaînement est une valeur fixe de 1,732 (√3) qui ne varie pas quelles que soient les autres valeurs numériques dans la formule de calcul.
Conductivité du câble (𝜿)
La conductivité spécifique du conducteur (kappa) dépend du matériau utilisé. Le cuivre a une conductivité, selon la pureté et la température, de 58 Siemens par mètre (S/m). L'argent a une conductivité nettement meilleure avec 62 S/m. L'aluminium, avec 37 S/m, se situe encore en dessous des deux autres matériaux. La valeur inverse de la conductivité est également appelée résistance spécifique. Pour une conductivité de 58 S/m, la résistance spécifique ρ (Rho) serait de 0,0172 (Ω/m).
Rendement électrique (cosφ)
Le rendement électrique indique, pour un consommateur de courant alternatif, le rapport entre la puissance active et la puissance apparente. Les données figurent sur la plaque signalétique d'un moteur ou dans les fiches techniques. Pour les installations à courant continu, la valeur du rendement électrique est toujours de 1 et peut donc être ignorée dans le calcul.
Chute de tension acceptable (Ua)
La chute de tension acceptable correspond à la réduction de la tension de service en raison de la résistance de ligne. Pour les consommateurs critiques tels que les chargeurs ou les blocs d'alimentation, la chute de tension ne doit pas dépasser 2 %. Pour les consommateurs non critiques (une lampe par exemple), la chute de tension acceptable peut aller jusqu'à 4 %. Dans certains cas, les formules de calcul de la section ne demandent pas la chute de tension en volts, mais le facteur d'écart (p. ex. 0,02 pour 2 %) et le niveau de la tension de service. Le produit des deux valeurs donne la chute de tension acceptable.
Prenons l'exemple de l'amplificateur audio mentionné plus haut, qui doit être monté dans le coffre d'une voiture. L'amplificateur est alimenté par le réseau de bord 12 V et a une puissance de 720 W. Conformément à la formule suivante I = P : U, un courant maximal de 60 A circule pour une puissance de 720 W. Le câble positif est directement raccordé à la batterie et conduit à l'amplificateur. Dans cet exemple, la longueur nécessaire est de 4,5 m. Le câble négatif a une longueur de 0,5 m et est relié directement au châssis du véhicule dans le coffre. La résistance de la carrosserie du coffre à la borne négative de la batterie est si faible qu'elle peut être négligée dans ce cas. La longueur totale pour l'aller-retour est donc de 5 mètres.
Dans la formule, on indique la moitié du trajet seulement, soit 2,5 m, car cette valeur est ensuite multipliée par deux pour corresponder à la longueur réelle du câble. La chute de tension maximale ne doit pas dépasser 2 % de 12 V, c'est-à-dire 0,24 V. Ces valeurs permettent de calculer la section de câble nécessaire :
A = (2 · L · I) : (𝜿 · Ua)
A = (2 · 2,5 · 60) : (58 · 0,24) = 300 : 13,92 = 21,55 mm²
Dans ce cas, il faut utiliser un câble d'une section de 25 mm².
Condensateurs à haute capacité pour la décharge de ligne
D'ailleurs, de nombreux passionnés de hi-fi embarquée ont une astuce intéressante pour réduire l'intensité du courant sur les câbles de branchement de l'amplificateur. En effet, l'intensité maximale du courant ne circule qu'à la puissance maximale. En règle générale, celle-ci n'est nécessaire que pour les impulsions de basses. Par conséquent, la tension de service de l'amplificateur présente de brèves chutes de tension au rythme de la musique ou des impulsions de basse.
Pour éviter ce problème, il suffit de brancher un condensateur à haute capacité en parallèle à l'entrée de tension de l'amplificateur. Ce condensateur se charge entre les impulsions de basse et transmet son énergie à l'amplificateur lors d'une impulsion de basse. Grâce à cette source de courant supplémentaire installée directement au niveau de l'amplificateur, les chutes de tension sont nettement réduites et la tension d'alimentation est plus stable.
Pour le courant alternatif et le courant triphasé, il est possible de calculer la section du câble à l'aide des formules ci-dessus, en suivant le même processus que pour l'exemple du consommateur de courant continu. Le résultat n'est toutefois qu'une valeur indicative approximative. En effet, conformément à la norme DIN VDE, il est nécessaire de prendre en compte d'autres facteurs que le simple résultat du calcul pour déterminer la section de câble pour les installations ou appareils électriques.
Le mode de pose des câbles électriques est un paramètre très important. En effet, il y a une nette différence entre une installation électrique encastrée, une gaine vide, un chemin de câbles ou une goulotte ouverte en haut.
Il faut également tenir compte de la température ambiante, de la résistance thermique de l'isolation ou encore du nombre de conducteurs chargés à l'intérieur du câble.
Comme il existe de nombreuses réglementations à respecter, nous vous recommandons de faire appel à un spécialiste pour choisir le câble d'installation électrique approprié.
Pourquoi existe-t-il différentes indications pour la conductivité spécifique ?
La conductivité dépend en premier lieu de la pureté du matériau conducteur et également de la température. C'est pourquoi les valeurs varient, par exemple pour le cuivre, entre 56 S/m et 58 S/m. En cas de doute, consultez la fiche technique du câble pour connaître la valeur à utiliser.
Qu'est-ce qu'un câble CCA ?
Dans le cas d'un câble CCA, le conducteur électrique est composé d'aluminium, qui a en outre été revêtu de cuivre. Ces câbles sont plus légers et nettement moins chers que des modèles comparables avec un conducteur en cuivre massif. Grâce à l'enrobage de cuivre, la conductivité spécifique d'un câble CCA se situe entre le cuivre et l'aluminium. C'est pourquoi il faut presque toujours une section de conducteur plus importante que pour un conducteur en cuivre. C'est uniquement en présence d'une tension alternative à haute fréquence qu'un câble CCA présente un net avantage en raison du refoulement du courant sur la partie extérieure d'un conducteur (effet de peau).
Quand faut-il calculer la section de câble ?
Les spécialistes de l'installation électrique connaissent bien les normes à respecter et savent donc quel câble utiliser et avec quelle section, pour chaque application. Toutefois, si des courants élevés doivent circuler avec de faibles tensions, il est indispensable de calculer la section de câble nécessaire.
Quelle section est adaptée pour une tension de 12 V ?
Il n'est pas possible de répondre à cette question, car la section du câble dépend exclusivement du courant et de la longueur du câble. Il en résulte une chute de tension qui doit être la plus faible possible. Un gros amplificateur de voiture nécessite à 12 V, selon sa puissance, un câble d'une section de 10 mm², 20 mm² ou même plus. En revanche, une LED de 5 mm à faible consommation de courant, alimentée par une résistance série, peut être raccordée sans problème dans un véhicule à un câble de 0,14 mm², car le courant qui circule est très faible. Quelle que soit l'intensité du circuit, il faut toujours intégrer des fusibles dans le circuit.