Électrotechnique ETR
Dans ce tutoriel, vous trouverez tous les contenus du cours « Fondements de l’électrotechnique » de la filière ETR de la HSHL à Hamm.
Motivation
Pourquoi l’électrotechnique ? La matière est difficile, réservée aux passionnés et n’a pas bonne réputation. Alors pourquoi apprendre l’électrotechnique avec enthousiasme ? Parce que l’électrotechnique permet énormément de choses. Et si vous la maîtrisez, vous pouvez accomplir beaucoup.
Il y a environ 100 ans, le monde était essentiellement mécanique. Les appareils étaient en métal ou en bois, les entraînements fonctionnaient surtout en brûlant du charbon. Les possibilités de la mécanique pour mettre des choses en mouvement sont cependant très limitées. Prenons l’exemple d’une petite voiture jouet que l’on veut faire avancer. Elle doit se déplacer de manière autonome, sans que quelqu’un la pousse en permanence.
Pour cela, il nous faut un réservoir d’énergie. En mécanique, on utilise par exemple des ressorts. Dans la voiture jouet, un ressort spiral est donc tendu lorsque l’on remonte la voiture. On la lâche ensuite et elle roule – espérons-le tout droit – jusqu’à ce qu’elle s’arrête. Le plaisir reste limité, car il n’est pas possible d’intervenir sur le système pendant le trajet. La « charge » du réservoir d’énergie se fait par le même mouvement que la conduite, simplement en marche arrière. Ce n’est pas très amusant à piloter.
Si nous réalisons le même système électriquement, le réservoir d’énergie est une batterie. Elle se recharge sur une prise via un bloc d’alimentation. La batterie peut stocker assez d’énergie pour que la voiture roule pendant des heures. L’énergie stockée ne sert pas seulement à lancer un mouvement, mais aussi à alimenter une direction, une télécommande et un entraînement à vitesse réglable pour avancer et reculer. Ça, c’est amusant !
Cet exemple montre déjà avec quelle souplesse l’énergie électrique peut être utilisée. Le ressort ne peut se détendre que dans le sens opposé à celui dans lequel il a été tendu. L’intensité de la détente – c’est-à-dire de la restitution d’énergie – ne peut pas être réglée. L’énergie stockée mécaniquement est très peu flexible. Elle se transporte aussi mal. Il faudrait un ressort énorme et très rigide pour obtenir autant d’énergie qu’il y en a déjà dans une minuscule pile de montre de quelques millimètres de diamètre.
Les systèmes mécaniques, comme la voiture à moteur thermique, emportent de l’énergie stockée sous forme d’essence. Mais la combustion du carburant est elle aussi peu flexible. Elle ne fait que tourner un arbre. Il faut ensuite réaliser laborieusement un entraînement des roues à partir de ce mouvement de rotation. Pour diriger, freiner, éclairer et écouter de la musique, il faut une autre source d’énergie. Dans la voiture, l’énergie du carburant est convertie en énergie électrique dans l’alternateur, afin que cette forme d’énergie flexible soit aussi disponible à bord. La tendance va clairement vers la voiture entièrement électrique, pour que cette absurdité d’une autre époque cesse enfin. Les moteurs thermiques modernes sont extrêmement complexes. Les moteurs électriques sont de conception très simple et coûtent aussi beaucoup moins cher que les moteurs thermiques.
Le présent et surtout l’avenir appartiennent à l’énergie électrique. Notamment parce qu’il est si difficile de produire des carburants conventionnels de manière renouvelable. L’énergie électrique peut être obtenue assez facilement à partir de l’énergie éolienne, de l’énergie solaire ou de processus chimiques naturels. Elle peut ensuite être facilement convertie en n’importe quelle autre forme d’énergie.
Pour l’énergie électrique, il existe un réseau de distribution très pratique. Vous trouvez partout des prises sur lesquelles vous pouvez utiliser l’énergie électrique. De plus en plus d’appareils deviennent portables et indépendants des prises, car l’énergie électrique peut être stockée de plus en plus efficacement et avec une densité d’énergie toujours plus grande.
Dans ce tutoriel, vous apprendrez à utiliser l’énergie électrique dans vos projets. Nous commençons par les bases physiques de la charge électrique. Vous découvrirez ensuite la tension et le courant. Vous apprendrez à dimensionner correctement ces grandeurs pour un récepteur. Et vous découvrirez les éléments de stockage électriques et leur comportement dans les circuits. Pour finir, je vous expliquerai comment calculer et concevoir des réseaux à courant alternatif, afin que vous puissiez aussi faire fonctionner vos systèmes sur une prise.
Je vous souhaite une bonne lecture et beaucoup de succès dans votre compréhension !
Holger Glasmachers