Bases scientifiques indispensables au CAP Électricien : grandeurs (U, I, R, P), lois fondamentales, lecture de schémas selon NF EN 60617, symboles normalisés.
La tension ou différence de potentiel (ddp) entre deux points d'un circuit représente l'énergie disponible par unité de charge pour faire circuler les électrons. Elle se mesure avec un voltmètre branché en parallèle. En France, la tension efficace du réseau monophasé domestique est 230 V ± 10 % entre phase et neutre, et 400 V entre phases en triphasé (norme NF EN 50160). La fréquence est de 50 Hz.
L'intensité représente le débit de charges électriques (1 A = 1 coulomb par seconde). Elle se mesure avec un ampèremètre branché en série, ou plus pratiquement avec une pince ampèremétrique sans rupture du circuit. C'est l'intensité qui dimensionne les conducteurs et provoque les échauffements (effet Joule) et les électrisations.
La résistance traduit l'opposition d'un matériau au passage du courant. Pour un conducteur cylindrique de longueur L et section S : R = ρ × L / S, avec ρ (rho) la résistivité du matériau (cuivre : 1,7×10⁻⁸ Ω·m à 20 °C ; aluminium : 2,8×10⁻⁸ Ω·m). C'est pourquoi le cuivre est privilégié pour les conducteurs domestiques.
La puissance électrique mesure l'énergie consommée par unité de temps : P = U × I en continu et en courant alternatif sur charge résistive. Sur charge inductive (moteur, transformateur), on parle de puissance apparente S (VA), active P (W) et réactive Q (VAR), reliées par le triangle des puissances et le facteur de puissance cos φ.
Selon le formulaire officiel CAP Électricien (Eduscol, sciences appliquées) : « La loi d'Ohm énonce que la tension U aux bornes d'un dipôle résistif est proportionnelle à l'intensité I qui le traverse, le facteur de proportionnalité étant la résistance R : U = R × I. » Source : eduscol.education.fr
Un radiateur électrique de 2 000 W est branché sur le réseau 230 V. Quelle intensité absorbe-t-il ?
Application : I = P / U = 2 000 / 230 ≈ 8,7 A
Conclusion : on choisira un circuit dédié protégé par disjoncteur 16 A courbe C, conducteur 2,5 mm² selon NF C 15-100.
Un câble cuivre de 20 m et section 2,5 mm² parcouru par 16 A. Quelle puissance dissipée par effet Joule ?
R = ρ × L / S = 1,7×10⁻⁸ × 20 / (2,5×10⁻⁶) = 0,136 Ω
P = R × I² = 0,136 × 16² = 34,8 W dissipés en chaleur — soit une chute de tension U = R × I = 2,18 V (acceptable, < 3 % du 230 V selon NF C 15-100).
« La somme algébrique des courants entrant dans un nœud est égale à la somme des courants sortants. » Application : conservation de l'intensité dans un boîtier de dérivation. Si 3 fils arrivent (10 A, 4 A, ?) sur un nœud et 1 fil repart, l'intensité totale est calculée par cette loi.
« La somme algébrique des tensions le long d'une maille fermée est nulle. » Permet de calculer les chutes de tension dans une boucle et de vérifier qu'elles n'excèdent pas les limites NF C 15-100 (3 % éclairage, 5 % autres usages).
| Élément | Symbole unifilaire | Repère |
|---|---|---|
| Source alternative | ~ | — |
| Conducteur de phase | L1, L2, L3 | Couleur marron, noir, gris |
| Conducteur neutre | N | Couleur bleu clair |
| Conducteur de protection | PE | Vert/jaune (exclusif) |
| Disjoncteur magnéto-thermique | cercle avec X | Q1, Q2... |
| Différentiel 30 mA | cercle avec triangle | QF |
| Interrupteur simple allumage | traits croisés | S1 |
| Va-et-vient | 2 traits, 2 positions | S2 / S3 |
| Prise 2P+T 16 A | cercle barré + flèche | X1 |
| Point lumineux | cercle avec croix | E1 |
| Moteur | M dans cercle | M1 |
| Mise à la terre | 3 traits décroissants | PE |
Selon la norme NF EN 60617 (anciennement NF C 03-201) : « Les symboles graphiques utilisés sur les schémas électriques sont normalisés pour permettre une lecture universelle, indépendante de la langue. » Source : www.afnor.org
Le schéma unifilaire représente l'ensemble des conducteurs d'un circuit par un trait unique avec barres obliques (1, 2, 3, 4 pour le nombre de fils). C'est le schéma de référence pour la conception et l'attestation Consuel. Plus lisible mais moins détaillé.
Le schéma multifilaire représente chaque conducteur par un trait distinct. Il est utilisé pour le câblage en atelier car il décrit physiquement chaque liaison.
Schéma unifilaire d'un point lumineux commandé par deux interrupteurs va-et-vient (couloir, escalier) :
Phase L → Va-et-vient S1 → 2 navettes → Va-et-vient S2 → Lampe E → Neutre N
En multifilaire : 4 fils entre les 2 va-et-vient (phase entrante + 2 navettes + retour lampe sur le second), plus le PE pour les boîtiers métalliques. Conducteur 1,5 mm², protection 10 A courbe C selon NF C 15-100.
| Section (mm²) | Intensité admissible (A) | Disjoncteur (A) | Usage type |
|---|---|---|---|
| 1,5 | 16 | 10 | Éclairage, volets |
| 2,5 | 22 | 16 ou 20 | Prises 16 A, lave-linge, sèche-linge |
| 4 | 30 | 25 | Plaque cuisson (mono), chauffe-eau |
| 6 | 38 | 32 | Plaque cuisson induction, four pyrolyse |
| 10 | 52 | 40-50 | Borne IRVE 7,4 kW, sous-tableau |
| 16 | 69 | 63 | Borne IRVE 11 kW triphasée, atelier |
La maîtrise des quatre grandeurs U, I, R, P et des trois lois fondamentales (Ohm, Joule, Kirchhoff) est le socle de l'EP1 et de l'EP3. La lecture fluide des schémas unifilaires et multifilaires avec les symboles NF EN 60617 est exigée pour traiter les dossiers techniques. Le tableau 52H de la NF C 15-100 permet de dimensionner conducteurs et protections — apprenez-le par cœur pour gagner du temps en examen.
Inscrivez-vous pour accéder aux 5 autres leçons + le quiz final.
Créer mon compteChoisis quels cookies tu acceptes — modifiable à tout moment.
