Phase (électricité)

Pour les articles homonymes, voir Phase.

Le mot phase désigne :

• un décalage temporel entre des tensions ou signaux ;
• un des fils conducteurs, également appelé fil de phase, qui transporte un courant alternatif avec un tel décalage temporel par rapport au neutre (qui est la référence de tension).

Monophasé, triphasé

Si on produisait du monophasé (c’est-à-dire une seule phase et un neutre), le choix de désignation du fil comme phase ou neutre serait arbitraire.

Mais en pratique les générateurs électriques sont des alternateurs, qui produisent naturellement plusieurs phases, en général trois phases on parle alors de courant triphasé. Du fait de la symétrie du générateur autour de son axe les phases, produites en même temps, sont identiques et régulièrement distribuées dans le tour de l'alternateur. Chaque phase est "distante de la suivante d'un tiers de tour, soit 120° ; le décalage temporel est donc d'un tiers de période (ce qui correspond en 50Hz à 6,666 ms et en 60Hz (USA) à 5,555 ms).

Sur base de calculs basés sur la trigonométrie, la tension entre phases d'un système triphasé est égale à la tension entre chaque phase et le neutre multipliée par la racine carré de 3(1,732). Ainsi, pour un système triphasé générant 230V entre phase et neutre, la tension entre phases sera de 400V (anciennement 220V et 380V respectivement).

Dans le cas de courant industriel, les prises disposent de plusieurs conducteurs actifs, trois phases en triphasé par exemple (c'est le plus utilisé) et parfois un quatrième conducteur (le neutre). Le choix du triphasé s'est imposé sur base du compromis entre intensité nécessaire par câble pour une puissance donnée, et complexité des installations et des raccordement d'appareils gros consommateurs (moteurs).

Le raccordement d'un alternateur sur un réseau de production est une opération délicate, il faut amener l'alternateur à la même vitesse que celle du réseau et il faut aussi que les tensions entre les phases du réseau et les phases de l'alternateur soient nulles. Une fois couplé au réseau l'alternateur va rester synchrone. En Europe tous les réseaux 50Hz sont synchrones. Seul le Royaume Uni n'est pas synchronisé sur le continent. Les liaisons d'échange d'électricité sont réalisées en courant continu, Des convertisseurs ont été installés à chaque extrémité des lignes trans-manche.

Les installations domestiques sont câblées en monophasé (cas le plus fréquent) ou en triphasé (souvent sur demande de l'utilisateur). Si le triphasé distribué dans la rue présente une tension entre phases de 230V (triphasé 230V), alors l'utilisateur monophasé se verra distribuer 2 phases et pas de neutre. Cette méthode est en voie de disparition. Si la tension entre phases est de 400V (triphasé 400V), alors l'utilisateur monophasé se verra distribuer 1 phase et un neutre. L'utilisateur n'a cependant pas, dans le cadre d'une installation monophasée, à tenir compte de la présence ou non d'un neutre "réel".

La répartition est faite par le distributeur de manière à garder la même consommation sur chaque phase. Le monophasé domestique n'est rien d'autre qu'un sous ensemble d'une production triphasée.

Le conducteur vert-jaune qui apparait dans nos prises murales et plafonniers est le "conducteur de protection", ou "PE". Son rôle principal est de maintenir les masses simultanément accessibles par l'utilisateur équipotentielles (absence de différence de potentiel entre masses), de façon à assurer la protection des utilisateurs. Son second rôle est d'acheminer les charges statiques et les courants de fuite vers la terre, via le conducteur de terre, reliant la barrette de coupure de terre aux piquets de terre ou barrière équipotentielle (selon les habitations).

Notez que le conducteur présent dans les prises murales et au niveau des points d'éclairage n'est PAS le "fil de terre", beaucoup commettent cette erreur, même si, finalement, les conducteurs de protections sont effectivement reliés au conducteur de terre.

La mise à la terre de l'habitation n'a un sens que si cette mise à la terre est locale (au niveau du bâtiment). Il n'y a donc aucun intérêt (et ce serait même dangereux) de le distribuer. Aussi, la "terre" n'est jamais distribuée par le fournisseur d'électricité, il appartient à l'utilisateur de se référencer à la sienne, soit via des piquets de terre (ancienne méthode), soit en ceinturant le bâtiment d'un câble cuivré enterré (méthode obligatoire actuellement pour les nouvelles constructions). Le Neutre fourni éventuellement par le fournisseur est généralement relié à la terre au niveau du transformateur de la zone. Aussi, la différence de potentiel (ddp) entre le neutre de l'utilisateur et sa propre terre est souvent faible (quelques volts max) en situation normale. Cette différence correspond donc en fait à la différence de tension entre la terre locale de l'utilisateur et la terre distante du transformateur du distributeur. En cas de circonstances particulières (foudre) la ddp peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de volts (voire bien plus), et donc il peut arriver que chez l'utilisateur, entre son neutre et sa terre locale, la même ddp apparaisse, ce qui peut provoquer des arcs destructeurs entre neutre et conducteur de protection, allant jusqu'à faire exploser des prises ou allonges.

La sécurité des personnes repose essentiellement sur l'équipotentialité des masses qui lui sont accessibles: une électrocution est le résultat du passage d'un courant dans l'organisme, lui-même résultat des différences de potentiel entre différents points du corps. Pour arriver à maintenir et contrôler cette équipotentialité, on dispose de plusieurs mécanismes :

1) Le câble d'équipotentialité : relie tous les éléments métalliques (tuyaux, poutrelles etc) de l'habitation entre eux, à la masse générale, et à la terre

2) Les conducteurs de protection: fils jaunes et verts au niveau des prises murales et points lumineux: elles permettent de relier la masse (carcasse) des appareils branchés à la masse générale et à la terre

3)La mise à la terre locale: referme les courants de fuite vers le neutre via la terre distante, et évacue les charges statiques. De plus, la terre locale joue le rôle de conducteur de protection du sol de l'habitation, et donc permet aux pieds de l'utilisateur d'être au même potentiel que les appareils reliés aux conducteurs de protections. Les bâtiments modernes sont entourés par le câble de mise à la terre, partant du principe que si le périmètre du bâtiment est équipotentiel (au même potentiel) avec les autres masses locales, alors tout point situé à l'intérieur de ce périmètre peut raisonnablement être supposé l'être aussi. La terre locale n'a donc un sens qu'à l'intérieur du périmètre entourant le bâtiment, et donc ni dans le jardin, ni dans l'abri de jardin (utilisez pour ces lieux une autre terre locale).

4) Le différentiel: vérifie l'absence de courant de fuite, soit provoqué par un défaut local, soit directement par le passage via l'utilisateur d'un courant retournant au neutre distant via sa terre locale, la terre distante, puis le neutre (électrocution).

Notez que la sécurité ne nécessite la mise à la terre que parce que le neutre est mis à la terre de façon distante. Si l'installation est complètement isolée de la terre (transformateur d'isolement, avion, etc), cette mise à la terre devient inutile car un défaut simple (toucher une phase) n'est plus dangereux (le circuit n'est pas fermé). Cependant il est beaucoup plus difficile d'obtenir, de maintenir et de vérifier une isolation parfaite que de gérer l'équipotentialité. Aussi l'isolation n'est-elle utilisée que soit dans des lieux à haute sécurité (salles d'opérations), soit dans des endroits où il est évident qu'on n'est pas relié à la terre (avions).

Notez également qu'une mise à la terre distante est très dangereuse, du fait des ddp entre terre locale (pieds de l'utilisateur) et terre distante (qui serait alors reliée aux mains de l'utilisateur, via le conducteur de protection de la prise murale). C'est pourquoi les appareils de jardin ne sont jamais reliés à la terre, mais sont isolés de telle façon que l'utilisateur ne puisse pas entrer au contact d'un élément métallique interne ou électrique.

Le différentiel ne participe donc pas l'équipotentialité du système, mais en assure le contrôle. C'est un équipement muni de deux bobinages qui produisent des forces opposées. Chaque bobinage étant parcouru l'un par le neutre et l'autre par la phase le contact qu'il commande reste fermé (le courant passe) tant que le courant de phase est égal au courant du neutre. En cas de fuite de courant par une carrosserie et la terre, ou par un humain qui touche à un câble dénudé, le courant de phase sera réparti entre le courant de fuite et le courant du neutre. Au niveau du disjoncteur différentiel l'écart des courants va créer un écart de forces, le contacteur va s'ouvrir (le courant ne passe plus). Ceci explique le nom de ce disjoncteur.

Neutre

Le neutre est la référence de potentiel ou de tension pour les phases ; il n'y a qu'un seul neutre commun à toutes les phases. Il constitue la référence "zéro volt" du générateur, et il est parfois matérialisé par un fil. C'est le cas dans le cadre de l'alimentation domestique, où le neutre est d'ailleurs relié à la terre côté production d'électricité. Il n'est donc en principe pas dangereux de le toucher, même si cela reste déconseillé^[1].

Une erreur répandue consiste à considérer que le neutre est une phase reliée à la terre. En polyphasé cela est impossible : il a une place bien particulière et si on l'intervertissait avec une des phases, alors le système obtenu ne serait plus symétrique et perdrait ses intérêts électriques (pour le transport) et mécaniques (pour la fabrication). En général on peut d'ailleurs se dispenser de transporter le neutre sur les longues distances (voir l'article sur le triphasé pour les détails). Il s'agit donc bien d'une référence choisie, à partir de laquelle sont construites les phases multiples.

Liaison du neutre à la terre

Si le neutre n'était pas connecté à la terre (ni côté distribution, ni côté utilisateur) alors le courant ne circulerait pas vers cette terre, il n'aurait aucune raison de le faire. Il n'y aurait donc aucun danger à toucher un (et un seul) des conducteurs. Par contre, on ne détecterait plus un éventuel défaut d'isolation (quand un fil est dénudé et touche une carcasse par exemple). En milieu industriel, ce schéma est utilisé mais implique des contrôles spécifiques.

On ne pourrait imposer ces conditions chez des particuliers et un tel système deviendrait trop dangereux (en cas de défaut, il pourrait suffire de toucher deux appareils différents pour être blessé). C'est pourquoi pour les particuliers on met en place cette liaison du neutre à la terre. Le courant des phases circule ainsi vers la terre dès qu'il peut.

Il devient dangereux de toucher une phase, certes, mais le disjoncteur différentiel peut détecter immédiatement le moindre défaut (il détecte que du courant s'est échappé du circuit normal). L'alimentation est alors immédiatement coupée. Soit avant qu'un utilisateur ne touche le défaut (grâce à la prise de terre) soit dès qu'un utilisateur commence à recevoir du courant.

Chez les particuliers, selon les pays, certaines prises de courant ont un détrompeur qui permet de distinguer le neutre de la phase, voir l'article sur les prises électriques pour plus de détails.

Couleur

Repérage des fils de phase et du neutre

Code couleur

Câble monophasé avec terre ; ici la phase est rouge, le neutre bleu, et la terre jaune/vert

Dans les installations électriques, le neutre est distingué par une couleur spécifique : le plus souvent du bleu      dans quasiment tous les pays. Dans certains pays anglophones on peut le trouver en noir (Angleterre) mais le bleu y est utilisé aussi et semble préférable pour éviter toute confusion (en effet, le noir a une autre signification en d'autres lieux). Il est blanc aux États-Unis ou au Canada et l'a été en France. On peut encore trouver du neutre blanc dans des installations anciennes, c'est pourquoi le blanc est une couleur maintenant interdite par la norme NF C 15-100.

L'important pour les fils de phase est de lui donner une couleur qui n'apporte aucune confusion avec neutre et terre : donc le bleu et le jaune/vert sont interdits. Le plus souvent on trouve la phase en rouge      en marron      ou en noir     . En triphasé, on retrouve ces trois couleurs pour distinguer les trois phases.

Remarque : aux États-Unis, le conducteur de terre est de couleur verte et non vert/jaune.

Dans certains cas (anciennes installations des pays Scandinaves, sortie des transformateurs du Royaume-Uni, et quelques autres cas) les deux câbles d'une prise domestique peuvent être des phases. Soit venues du réseau triphasé, soit en sortie de transformateur monophasé (s'il n'est pas relié à un potentiel neutre). Cela est à déconseiller.

Tournevis testeur

La présence d'une phase se traduit par l'allumage de la lampe néon contenue dans le corps du tournevis

Les tournevis testeurs permettent de déterminer quels conducteurs véhiculent une phase. Ils contiennent une lampe néon qui s'allume en cas de contact entre la pointe du tournevis et une phase.

ATTENTION : il existe aussi des tournevis testeurs pour les circuits à courant continu, dont l'embout est généralement en pointe, ou le culot est relié à un fil et une pince "crocodile" pour la mise à la masse du circuit. IL NE FAUT PAS UTILISER CES TOURNEVIS SUR DES CIRCUITS A COURANT ALTERNATIF SOUS RISQUE D'ELECTROCUTION.

L'utilisation de tournevis testeurs est dangereuse et maintenant interdite (du moins dans le domaine professionnel). En effet il ne fonctionne pas sur toutes les installations (régime de neutre) et implique le passage d'un courant (normalement non perceptible) à travers le corps humain, d'où un danger en cas de défaillance du tournevis ou bien d'un test sur un réseau inapproprié.

Des testeurs de phase existent, ils ne coutent pas cher et ne nécessitent pas de venir en contact direct avec le conducteur, mais juste de s'en approcher à moins d'1 cm.

Voir aussi Vérificateur d'absence de tension.

Voir aussi

• Valeurs selon les pays dans l'article sur les prises électriques.
• Courant monophasé, Courant triphasé
• Prise électrique
• Alimentation électrique
• Vérificateur d'absence de tension

Note

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