Montage des circuits électriques (partie 2/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - réaliser un montage mixte (série‑parallèle) conforme à un schéma électrique automobile donné ; - dimensionner les conducteurs et les protections associées en fonction des courants de charge ; - installer, tester et dépanner un relais électromagnétique utilisé dans les circuits de commande (démarreur, éclairage, climatisation) ; - appliquer les règles de sécurité électrique (isolement, mise à la terre, EPI) lors du montage et de la mise en service. **Prérequis** : - connaître les lois d’Ohm et de Kirchhoff (tensions et courants dans les branches série et parallèle) ; - savoir lire un schéma unifilaire et identifier les symboles normalisés (IEC 60617) ; - maîtriser les techniques de sertissage, de soudure et de fixation des câbles sur borne ; - être familiarisé avec les EPI de base (gants isolants, lunettes de protection, chaussures de sécurité). > **À retenir** : Le montage mixte combine les avantages du série (même courant) et du parallèle (même tension) pour optimiser la distribution de puissance dans un véhicule. --- ### Introduction contextualisée Dans les véhicules modernes, les systèmes électriques et électroniques assurent le démarrage, l’éclairage, la gestion du moteur, le confort et la sécurité. Un technicien doit donc savoir concevoir et réaliser des circuits qui allient fiabilité, faible encombrement et facilité de maintenance. Le montage mixte permet d’alimenter plusieurs consommateurs ayant des exigences différentes (par exemple, un éclairage de tableau de bord en parallèle avec un chauffage de siège en série) tandis que le relais, dispositif électromagnétique, assure la commutation de fortes puissances à l’aide d’un faible courant de commande, protégeant ainsi les interrupteurs et les calculateurs. Ce chapitre présente les méthodes de réalisation de ces deux types de montages, en s’appuyant sur des pratiques d’atelier courantes au Cameroun (garages de Douala, Yaoundé, Bafoussam). --- ## I. Leçon 5 – Montage mixte ### 1. Définition et principes Un **montage mixte** (ou série‑parallèle) associe des éléments connectés en série et d’autres en parallèle afin de répondre à plusieurs contraintes électriques : - **Série** : même courant traverse tous les composants ; la tension totale est la somme des chutes de tension. - **Parallèle** : même tension aux bornes de chaque branche ; le courant total est la somme des courants de branche. Dans un véhicule, on utilise ce type de montage pour : - alimenter un groupe de lampes de secours en parallèle (même tension 12 V) tout en les protégeant par un fusible commun en série ; - réaliser un chauffage de siège où une résistance est en série avec un interrupteur de commande, tandis que plusieurs sièges sont en parallèle pour partager l’alimentation. ### 2. Analyse d’un schéma mixte Considérons le schéma suivant (texte descriptif) : - Une batterie de 12 V alimente un fusible F1 (10 A). - Après F1, le courant se divise en deux branches : - **Branche A** : deux lampes L1 et L2 en parallèle, chacune de 5 W. - **Branche B** : une résistance de chauffage Rch de 6 Ω en série avec un interrupteur SW. > **À retenir** : Dans un mixte, la loi des nœuds (Kirchhoff) s’applique au point de séparation des branches ; la loi des mailles s’applique à chaque boucle fermée. ### 3. Calcul des grandeurs **Étape 1 – Courant de chaque lampe** : Puissance P = U × I → I = P / U. Pour chaque lampe : I_L = 5 W / 12 V = 0,416 A ≈ 0,42 A. **Étape 2 – Courant de la branche A (parallèle)** : I_A = I_L1 + I_L2 = 0,42 A + 0,42 A = 0,84 A. **Étape 3 – Tension aux bornes de la branche B** : Comme les deux branches sont en parallèle avec la batterie, la tension U_B = 12 V. **Étape 4 – Courant de la branche B** : I_B = U_B / R_ch = 12 V / 6 Ω = 2 A. **Étape 5 – Courant total tiré de la batterie** : I_total = I_A + I_B = 0,84 A + 2 A = 2,84 A. **Étape 6 – Vérification du fusible** : Le fusible F1 de 10 A supporte largement le courant de 2,84 A ; une marge de sécurité est donc assurée. > **À retenir** : Le courant total d’un montage mixte est la somme des courants de chaque branche parallèle ; la tension reste identique aux bornes de toutes les branches parallèles. ### 4. Choix des conducteurs et protections - **Section du câble d’alimentation** : selon la norme NF C 15-100 (adaptée au contexte camerounais), pour un courant de 3 A et une longueur de 5 m, une section de 0,75 mm² (cuivre) suffit (chute de tension < 3 %). - **Fusible** : choisir un fusible à action rapide de 5 A pour protéger le circuit contre les surintensités accidentelles tout en supportant le courant nominal. - **Protection différentielle** : non obligatoire pour ce faible courant, mais recommandé en atelier pour prévenir les risques de choc. ### 5. Procédure de montage en atelier 1. **Préparation** : couper les câbles à la longueur voulue, dénuder 5 mm aux extrémités. 2. **Sertissage** : sertir des cosses rondes sur les fils destinés à la batterie et au fusible. 3. **Installation du fusible** : placer le fusible dans son porte‑fusible fixé sur le châssis, vérifier la continuité avec un ohmmètre. 4. **Branchement des lampes** : souder ou sertir les fils de chaque lampe sur une borne commune en parallèle ; vérifier l’isolement entre les deux lampes. 5. **Montage de la résistance** : fixer la résistance Rch sur un support métallique, connecter une extrémité au fil sortant du fusible, l’autre à l’interrupteur SW. 6. **Fixation de l’interrupteur** : installer SW sur le tableau de bord, serrer les vis sans endommager l’isolant. 7. **Contrôle** : mesurer la tension aux bornes de chaque lampe (doit être ≈12 V) et le courant dans chaque branche avec une pince ampèremétrique. 8. **Essai fonctionnel** : actionner l’interrupteur, vérifier que la résistance chauffe et que les lampes s’allument. > **À retenir** : Toute connexion doit être mécaniquement solide et électriquement propre ; un mauvais sertissage entraîne une augmentation de la résistance de contact et une surchauffe. ### 6. Exemple d’application réelle Dans un taxi de marque Toyota Corolla (année 2018) basé à Douala, le système d’éclairage de plaque arrière comporte deux lampes de 5 W en parallèle, protégées par un fusible de 5 A en série. Lors d’une intervention, le technicien a mesuré un courant de 0,86 A, confirmé la bonne section du câble (0,75 mm²) et remplacé le fusible défectueux sans modifier le schéma. --- ## II. Leçon 6 – Montage des relais ### 1. Fonctionnement d’un relais électromagnétique Un **relais** est un interrupteur commandé électromagnétiquement : une bobine (enroulement) crée un champ magnétique qui attire un armature, fermant ou ouvrant un jeu de contacts. - **Bobine** : alimentée par un faible courant de commande (souvent 12 V, 100‑200 mA). - **Contacts** : peuvent être normalement ouverts (NO), normalement fermés (NF) ou commutation (CO). - **Tension de commande** : U_cmd ; **tension de puissance** : U_puiss (souvent identique à la batterie, 12 V ou 24 V). > **À retenir** : Le relais permet de commuter des courants de plusieurs ampères à l’aide d’un faible courant de commande, protégeant ainsi les interrupteurs et les calculateurs. ### 2. Types de relais utilisés en automobile | Type | Bobine (V) | Courant de bobine (mA) | Contact (A) | Application typique | |------|------------|------------------------|-------------|---------------------| | Relais 12 V standard | 12 | 150 | 30 | Démarreur, climatisation | | Relais 24 V lourd | 24 | 100 | 50 | Chauffe‑moteur, servofrein | | Relais à état solide (SSR) | 5‑24 | < 10 | 20 | Gestion d’éclairage LED, PWM | ### 3. Schéma de câblage d’un relais classique ``` +12V ----[Fuse]----+----[Contact 30]---+---[Contact NO 87]---+--- Charge (ex. démarreur) | | | +---[Contact NF 87a]---+--- Alimentation secours | +---[Switch]----+----[Bobine]---- GND ``` > **À retenir** : Dans un mixte, la loi des nœuds (Kirchhoff) s’applique au point de séparation des branches ; la loi des mailles s’applique à chaque boucle fermée. ### 4. Dimensionnement de la bobine La puissance dissipée dans la bobine : P_bob = U_cmd² / R_bob. Le fabricant fournit généralement la résistance de la bobine (R_bob) ou le courant nominal (I_bob). **Exemple** : Un relais 12 V dont la bobine consomme 150 mA. - R_bob = U_cmd / I_bob = 12 V / 0,150 A = 80 Ω. - P_bob = U_cmd × I_bob = 12 V × 0,150 A = 1,8 W (à dissiper dans le support). > **À retenir** : La bobine doit être montée sur un support permettant une bonne dissipation thermique ; sinon, la température peut dépasser 100 °C et endommager l’isolant. ### 5. Choix des contacts et protection - **Courant de contact** : sélectionner un relais dont le courant nominal de contact dépasse le courant de charge d’au moins 20 % (marge de sécurité). - **Tension de contact** : doit être égale ou supérieure à la tension de la batterie (12 V ou 24 V). - **Protection contre les surtensions** : placer une diode de roue libre (ex. 1N4007) en parallèle avec la bobine, cathode vers +12V, anode vers GND, pour absorber les courants d’induction lors de la désactivation. - **Protection contre les surintensités** : placer un fusible ou un disjoncteur en série avec l’alimentation de la bobine (souvent 2 A) afin de protéger le circuit de commande. > **À retenir** : La diode de roue libre doit être montée aussi près que possible de la bobine pour réduire la longueur du chemin de courant de retour et limiter les parasites électromagnétiques. ### 6. Procédure de montage et de test 1. **Repérage** : identifier les bornes du relais sur son boîtier (souvent marquées 85, 86 pour la bobine ; 30, 87, 87a pour les contacts). 2. **Préparation des fils** : dénuder, sertir des cosses adaptées (généralement 6,3 mm plates). 3. **Câblage de la bobine** : connecter le fil de commande (issu du commutateur ou du calculateur) aux bornes 85 et 86 ; respecter la polarité si indiquée. 4. **Câblage des contacts** : - Brancher l’alimentation de puissance (batterie) sur la borne 30. - Relier la charge (ex. démarreur) sur la borne 87 (NO). - Si besoin, connecter un circuit de secours sur la borne 87a (NF). 5. **Installation de la diode** : souder la diode en parallèle entre 85 et 86, cathode vers 85 (+12V). 6. **Fixation** : visser le relais sur son support métallique, vérifier qu’il ne touche pas de parties conductrices non prévues. 7. **Contrôle de continuité** : avec un ohmmètre, vérifier que la bobine présente la résistance attendue (≈80 Ω) et que les contacts sont ouverts (∞ Ω) en repos. 8. **Essai sous tension** : appliquer 12 V sur la bobine ; mesurer la fermeture du contact NO (0 Ω) et l’ouverture du contact NF (∞ Ω). 9. **Essai de charge** : alimenter la charge via le relais et mesurer la chute de tension aux contacts (doit être < 0,1 V à courant nominal). 10. **Validation fonctionnelle** : actionner le commutateur de commande, observer le démarrage du moteur ou l’activation du dispositif commandé. > **À retenir** : Après chaque intervention, revisser les connexions et appliquer un couple de serrage conforme aux préconisations du fabricant (souvent 0,5 Nm pour les vis de relais). ### 7. Exemple d’application réelle Dans un camion de marque Mercedes‑Actros (2020) utilisé pour le transport de marchandises entre Yaoundé et Ngaoundéré, le relais de préchauffage du carburant (12 V, bobine 180 mA, contacts 40 A) a été remplacé suite à une défaillance du contact NO. Le technicien a vérifié la résistance de la bobine (66 Ω), installé une diode 1N4007, resserré le couple de vis à 0,6 Nm et confirmé le fonctionnement en mesurant une tension de 11,8 V aux contacts sous charge de 35 A. --- ## III. Synthèse du chapitre - **Montage mixte** : combinaison de série et parallèle pour répondre à plusieurs contraintes de tension et de courant ; calcul des courants de branche par la loi d’Ohm et répartition par les nœuds de Kirchhoff. - **Choix des composants** : section de câble adaptée au courant total (tableau de correspondance NF C 15-100), fusible surdimensionné de 20‑30 % pour marge de sécurité. - **Relais électromagnétique** : dispositif permettant la commutation de forte puissance avec faible courant de commande ; fonctionnement basé sur l’attraction magnétique d’une armature. - **Dimensionnement de la bobine** : R_bob = U_cmd / I_bob ; puissance dissipée P_bob = U_cmd × I_bob ; nécessité d’une diode de roue libre et d’un fusible de protection. - **Procédures de montage** : préparation des fils, sertissage, respect de la polarité, vérification de continuité, essai sous tension et sous charge, serrage selon les couples prescrits. - **Sécurité** : port des EPI, mise à la terre du châssis, vérification d’isolement avant mise sous tension, utilisation de dispositifs de protection contre les surtensions et surintensités. - **Applications typiques au Cameroun** : éclairage de tableau de bord, chauffage de siège, commande de démarreur, préchauffage de carburant, gestion de climatisation dans les véhicules de transport urbain et interurbain. --- ## Glossaire - **Bobine** : enroulement de fil conducteur qui crée un champ magnétique lorsqu’il est traversé par un courant. - **Contact NO** (Normalement Ouvert) : contact qui est ouvert au repos et se ferme lorsque la bobine est alimentée. - **Contact NF** (Normalement Fermé) : contact qui est fermé au repos et s’ouvre lorsque la bobine est alimentée. - **Diode de roue libre** : diode placée en parallèle avec une bobine pour absorber le courant d’induction lors de la coupure. - **Fusible** : dispositif de protection qui fond et ouvre le circuit lorsque le courant dépasse une valeur nominale. - **Kirchhoff (lois des nœuds et des mailles)** : principes permettant de calculer les courants et tensions dans un réseau électrique. - **Section du câble** : aire transversale du conducteur, exprimée en mm², qui définit sa capacité de courant admissible. - **Relais électromagnétique** : interrupteur commandé par une bobine magnétique permettant de commuter des charges de forte puissance. --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Dimensionnement d’un montage mixte **Situation** : Un véhicule de tourisme doit alimenter deux feux de brouillard de 35 W chacun en parallèle, protégés par un fusible en série. La batterie fournit 12 V. **Questions** : 1. Calculer le courant consommé par chaque feu. 2. Déterminer le courant total tiré de la batterie. 3. Proposer une section de câble adaptée (en mm²) pour une longueur de 4 m, en supposant une chute de tension maximale de 3 %. 4. Choisir la valeur nominale d’un fusible à installer en amont. **Corrigé** : 1. Courant par feu : I = P / U = 35 W / 12 V = 2,92 A ≈ 2,9 A. 2. Courant total (deux feux en parallèle) : I_total = 2 × 2,9 A = 5,8 A. 3. Chute de tension admissible : ΔU_max = 0,03 × 12 V = 0,36 V. Résistance maximale du conducteur : R_max = ΔU_max / I_total = 0,36 V / 5,8 A = 0,062 Ω. Résistivité du cuivre à 20 °C : ρ = 0,017 Ω·mm²/m. Section nécessaire : S = (ρ × L) / R_max = (0,017 Ω·mm²/m × 4 m) / 0,062 Ω ≈ 1,10 mm². On choisira la section commerciale supérieure : **1,5 mm²**. 4. Fusible : choisir une valeur légèrement supérieure au courant nominal, avec marge de 20 % → 5,8 A × 1,2 ≈ 7 A. Un fusible de **7,5 A** (ou 8 A) à action lente convient. ### Exercice 2 – Montage d’un relais de commande de climatisation **Situation** : Un système de climatisation automobile nécessite un relais 12 V dont la bobine consomme 180 mA et les contacts doivent supporter un courant de 25 A (compresseur). **Questions** : 1. Calculer la résistance de la bobine et la puissance dissipée. 2. Indiquer la valeur minimale de la diode de roue libre (tension de claquage et courant continu). 3. Déterminer la section de câble d’alimentation du relais (borne 30 vers batterie) pour une longueur de 2,5 m, avec une chute de tension ≤ 0,2 V. 4. Proposer le calibre d’un fusible de protection de la bobine. **Corrigé** : 1. R_bob = U / I = 12 V / 0,180 A = 66,7 Ω ≈ 67 Ω. P_bob = U × I = 12 V × 0,180 A = 2,16 W. 2. Diode de roue libre : tension inverse minimale ≥ tension d’alimentation + marge → ≥ 15 V (on prend 20 V pour sécurité). Courant continu ≥ courant de bobine → ≥ 200 mA. On choisira une diode **1N5408** (3 A, 1000 V) ou une **1N4007** (1 A, 1000 V) si le courant de bobine est faible ; ici 1N4007 suffit (1 A > 0,2 A). 3. Chute de tension admissible : ΔU = 0,2 V. Courant à considérer : courant de contact = 25 A (pire cas). Résistance maximale du conducteur : R_max = ΔU / I = 0,2 V / 25 A = 0,008 Ω. Section : S = (ρ × L) / R_max = (0,017 Ω·mm²/m × 2,5 m) / 0,008 Ω ≈ 5,3 mm². On choisira la section commerciale supérieure : **6 mm²** (cuivre). 4. Fusible de protection de la bobine : courant de bobine = 0,18 A ; appliquer une marge de 200 % pour éviter les déclenchements intempestifs → 0,18 A × 3 ≈ 0,54 A. On choisira un fusible de **0,5 A** (ou 0,63 A) à action rapide. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | # | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |---|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Sertissage insuffisant ou câble mal dénudé | Augmentation de la résistance de contact → surchauffe, risque d’incendie | Vérifier la traction du sertissage (≥ 20 N) et utiliser un sertifieur calibré ; contrôler la continuité avec un ohmmètre avant mise sous tension. | | 2 | Oubli de la diode de roue libre sur la bobine d’un relais | Tension de pointe pouvant dépasser 200 V lors de la coupure → dégradation du transistor de commande ou du calculateur | Installer systématiquement une diode en parallèle avec la bobine, cathode vers le potentiel positif. | | 3 | Section de câble sous‑dimensionnée pour le courant de charge | Chute de tension excessive → sous‑alimentation des équipements, déclenchement intempestif des protections | Utiliser le tableau de correspondance section‑courant (NF C 15-100) et prévoir une marge de 20 % sur le courant nominal. | | 4 | Fusible surdimensionné (ex. 20 A au lieu de 5 A) | défaut de protection : le circuit peut subir une surintensité sans coupure → détérioration des composants | Choisir le fusible dont le courant nominal est juste supérieur au courant de fonctionnement (max 125 % du courant nominal). | | 5 | Inversion de polarité de la bobine d’un relais polarisé | Le relais ne fonctionne pas ou fonctionne à l’envers, pouvant court‑circuiter la commande | Repérer les marquages (+/–) sur le boîtier et respecter la polarité lors du câblage. | | 6 | Serrage excessif des vis du relais | Déformation du boîtier, rupture de l’isolant, risque de court‑circuit interne | Appliquer le couple de serrage indiqué par le fabricant (souvent 0,5 – 0,8 Nm) à l’aide d’une clé dynamométrique. | > **À retenir** : La sécurité électrique en atelier repose sur trois piliers : protection des personnes (EPI, mise à la terre), protection du matériel (fusibles, disjoncteurs, diodes) et vérification systématique des connexions avant mise sous tension. --- *Fin du cours.*