Sciences · Physique
Courant alternatif et courant continu
Le courant continu circule toujours dans le même sens, comme celui d’une pile. Le courant alternatif change de sens périodiquement, 50 fois par seconde sur le réseau européen, ce qui facilite son transport.
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La prise murale fournit du courant alternatif ; la batterie du téléphone, du courant continu. Le chargeur posé entre les deux sert précisément à passer de l’un à l’autre. Cette coexistence est le résultat d’une rivalité industrielle célèbre de la fin du XIXe siècle et de propriétés physiques bien distinctes.
Les différences en un tableau
| Courant continu | Courant alternatif | |
|---|---|---|
| Sens du courant | toujours le même | s’inverse périodiquement |
| Forme de la tension | constante | sinusoïdale sur le réseau |
| Sources typiques | piles, batteries, panneaux solaires, alimentations | alternateurs des centrales, réseau électrique |
| Changement de tension | nécessite de l’électronique de puissance | simple, par transformateur |
| Usages | électronique, batteries, véhicules électriques, certaines liaisons à très haute tension | distribution d’électricité, moteurs industriels |
| Symbole | = ou ⎓ | ~ |
Le courant alternatif du réseau
Fréquence
La fréquence est le nombre de cycles complets par seconde, en hertz (Hz).
| Région | Tension domestique | Fréquence |
|---|---|---|
| France, Europe, Afrique, majeure partie de l’Asie | 230 V | 50 Hz |
| Amérique du Nord (dont Québec et Canada) | 120 V | 60 Hz |
| Japon | 100 V | 50 Hz à l’est, 60 Hz à l’ouest |
| Brésil | 127 V ou 220 V selon les régions | 60 Hz |
À 50 Hz, le courant change de sens 100 fois par seconde : chaque période dure 20 millisecondes.
Tension efficace
La tension du réseau oscille entre deux valeurs extrêmes. Le chiffre de 230 V est sa valeur efficace : la tension continue qui produirait le même échauffement dans une résistance. La tension maximale atteinte, ou tension crête, vaut 230 × √2 ≈ 325 V.
Pourquoi l’alternatif pour le réseau ?
La raison est le transformateur, qui repose sur l'induction électromagnétique et ne fonctionne qu’avec un courant variable. Il permet d’élever et d’abaisser la tension avec un excellent rendement et sans pièce mobile.
Or les pertes par effet Joule dans une ligne valent R × I² (voir puissance électrique). Pour transporter une même puissance P = U × I, multiplier la tension par 100 divise le courant par 100 et les pertes par 10 000. Le réseau électrique fonctionne donc par étapes :
- production dans les centrales, vers 20 000 V ;
- élévation à 400 000 V ou 225 000 V pour le transport sur de longues distances ;
- abaissement successif pour la distribution régionale (63 000 à 90 000 V, puis 20 000 V) ;
- dernier transformateur de quartier vers 230 V / 400 V pour les habitations.
De plus, les alternateurs produisent naturellement du courant alternatif, et les moteurs à courant alternatif inventés à la fin du XIXe siècle sont simples et robustes.
La guerre des courants
À la fin des années 1880, aux États-Unis, deux systèmes s’affrontent :
- Thomas Edison a construit à New York, dès 1882, un réseau en courant continu à basse tension. Il oblige à placer des centrales tous les kilomètres environ, faute de pouvoir élever la tension.
- George Westinghouse, s’appuyant sur les brevets de moteurs et de systèmes polyphasés de Nikola Tesla, défend le courant alternatif, transportable sur de longues distances.
La compétition est rude : le camp d’Edison mène une campagne pour présenter l’alternatif comme dangereux. Le courant alternatif s’impose néanmoins dans les années 1890, notamment avec l’éclairage de l’exposition universelle de Chicago en 1893 et la centrale des chutes du Niagara en 1895-1896. En Europe, des ingénieurs comme le Français Lucien Gaulard, inventeur avec John Gibbs d’un des premiers transformateurs en 1882-1883, contribuent aussi au développement de l’alternatif.
Le retour du courant continu
Le courant continu n’a jamais disparu, et il revient en force :
- Toute l’électronique fonctionne en continu : ordinateurs, téléphones, téléviseurs, éclairages LED. Leur alimentation contient un redresseur, à base de diodes (voir semi-conducteurs), et un filtrage par condensateur.
- Les batteries ne stockent et ne délivrent que du continu : voitures électriques, stockage stationnaire.
- Les panneaux photovoltaïques produisent du continu, converti en alternatif par un onduleur pour être injecté sur le réseau.
- Les liaisons à courant continu haute tension (CCHT ou HVDC) sont désormais préférées pour les très longues distances et les câbles sous-marins, où l’alternatif subit des pertes importantes liées à la capacité des câbles. La France est ainsi reliée à l’Angleterre par des liaisons en continu sous la Manche.
| Conversion | Appareil |
|---|---|
| Alternatif → continu | redresseur, chargeur, alimentation |
| Continu → alternatif | onduleur |
| Alternatif → alternatif (autre tension) | transformateur |
| Continu → continu (autre tension) | convertisseur continu-continu (hacheur) |
Les dangers
Les deux formes de courant sont dangereuses au-delà de certaines tensions. Le courant alternatif à 50 ou 60 Hz est particulièrement susceptible de provoquer une fibrillation ventriculaire, car cette fréquence perturbe le rythme cardiaque ; il peut aussi provoquer une contraction musculaire qui empêche de lâcher le conducteur. Le continu provoque plutôt une contraction unique, mais reste dangereux à haute tension. Les normes considèrent comme très basse tension de sécurité les tensions inférieures à 50 V en alternatif et 120 V en continu, dans des conditions sèches.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre courant alternatif et continu ?
Le courant continu circule toujours dans le même sens avec une tension constante ; le courant alternatif change de sens périodiquement, 50 fois par seconde en Europe, avec une tension sinusoïdale.
Pourquoi le courant du réseau est-il alternatif ?
Parce qu’il peut être facilement élevé ou abaissé par des transformateurs, ce qui permet de le transporter à très haute tension sur de longues distances avec de faibles pertes.
Que signifie 230 V à 50 Hz ?
La tension efficace du réseau est de 230 volts (crêtes à environ 325 V) et elle effectue 50 cycles complets par seconde.
Peut-on utiliser un appareil américain en France ?
Uniquement s’il accepte 230 V et 50 Hz, ce qui est le cas de la plupart des chargeurs modernes (mention « 100-240 V, 50/60 Hz »). Sinon, il faut un transformateur adapté, en plus d’un adaptateur de prise.