Résistance d'un conducteur
L'édition de Wire Wisdom « Conducteurs – L'autoroute de l'électron » traitait des différents diamètres de conducteurs et des raisons de leur existence. L'une des principales raisons d'avoir différents diamètres de conducteurs est due à la résistance. La résistance se définit comme l'opposition à la circulation du courant électrique à travers un conducteur. Il est important de noter que la conductivité et la résistivité (les propriétés déterminant la résistance finale) sont inversement proportionnelles. Plus un élément est conductif, moins sa résistance sera élevée. Ce numéro de Wire Wisdom examine l'incidence de la résistance sur les fils et câbles.
Les meilleurs conducteurs du monde, à l'exception des supraconducteurs, ont une certaine résistance. Bien que la plupart des gens pensent que l'or est le meilleur conducteur en raison de son utilisation courante dans les produits de grande consommation haut de gamme, c'est en réalité l'argent qui l'est (l'or est utilisé dans ces produits pour sa résistance à la corrosion qui lui permet de rester sur une étagère sans traitement pendant des mois ou des années). L'électricité peut également circuler à travers les matériaux non métalliques (par ex. le bois, le plastique, le caoutchouc et le verre), mais la résistance est bien moins élevée dans les métaux comme l'argent ou l'or. Même si l'or et l'argent présentent de faibles résistances, ils sont généralement trop chers pour être utilisés sous une autre forme que le placage.
À la fin des années 1700, le cuivre s'est révélé être un choix plus économique que l'argent. Sa faible résistance, sa grande disponibilité et son coût relativement bas l'ont propulsé en tête de liste des conducteurs préférés. La quantité de cuivre consommée aux États-Unis l'année dernière pourrait permettre de fabriquer un fil 12 AWG assez long pour faire 140 allers-retours vers la lune.
L'aluminium est un autre matériau largement utilisé pour conduire l'électricité. Avec une conductivité de 62 pour cent de celle du cuivre, il présente une résistance légèrement supérieure à celle de l'or, mais un poids relativement faible étant donné son niveau de résistance. Il est également moins cher que le cuivre : à poids égal, son prix est actuellement inférieur à celui du cuivre. Cependant, il faut un volume de conducteur supérieur à celui nécessaire pour le cuivre, ce qui signifie qu'il n'est pas aussi intéressant pour les applications avec des contraintes d'espace.
La résistance représente l'opposition à la circulation du courant électrique, et plus spécifiquement du courant constant (c.-à-d. le courant continu (CC)). L'impédance représente l'opposition à la circulation du courant variable (c.-à-d. le courant alternatif (CA)). Ces deux notions sont parfois utilisées l'une pour l'autre par les personnes non averties, et pour beaucoup d'applications, elles conduisent aux mêmes résultats. En fait, elles ont la même unité : l'ohm.
Parce que la valeur en ohms représente la résistance qu'un fil ou un câble va avoir, il est généralement souhaitable que cette valeur soit la plus faible possible. La principale raison à cela concerne l'efficacité. Dans la plupart des applications, une résistance plus faible signifie que moins de puissance est convertie en chaleur et perdue dans l'environnement immédiat et qu'une plus grande partie de la puissance fournie atteint la destination voulue. Cela veut également dire que le fil ou le câble s'échauffera moins et que la source d'alimentation pourra être plus petite pour une charge donnée. La chaleur pouvant provoquer des pannes catastrophiques ou réduire la durée de vie d'un fil ou d'un câble, il est bon de minimiser la quantité de chaleur produite par la résistance du câble. Du fait du coût élevé de production de l'énergie électrique, dans les applications à énergie renouvelable, utilisant des génératrices portatives ou des alternateurs, il est toujours souhaitable d'optimiser la consommation d'énergie dans les conducteurs.
Mis à part le choix d'un matériau efficace, comme le cuivre, il existe d'autres façons simples de réduire la résistance d'un conducteur. Les conducteurs présentent une résistance inférieure à basse température. Maintenir un conducteur à basse température va permettre de conserver une résistance faible et de réduire la puissance perdue par échauffement du conducteur. L'installation d'un conducteur dans un endroit soumis à une circulation d'air de refroidissement va contribuer à le rendre plus efficace en maintenant sa résistance à une valeur plus faible (cela aidera également à prévenir un vieillissement prématuré des matériaux de l'isolant et de la gaine)
L'approche la plus simple peut encore consister à choisir un conducteur de diamètre supérieur. Pour les applications où le produit est utilisé en permanence, un conducteur de diamètre supérieur peut souvent être amorti. Dans des circonstances favorables, le coût supplémentaire d'un conducteur de plus grand diamètre peut être amorti en aussi peu que trois mois[1]. Le conducteur de diamètre supérieur présentera une résistance plus faible grâce à l'augmentation du volume du matériau conductif. La résistance étant déterminée par le matériau et la résistivité volumique du matériau (résistance par unité de volume), plus le volume du matériau est important, plus la résistance sera faible. Imaginez qu'il s'agisse d'une autoroute : plus vous avez de voies, moins vous aurez de résistance aux heures de pointe.
La résistance est un élément important des caractéristiques électriques d'un fil ou d'un câble. Les valeurs de résistances pour les diamètres courants de conducteurs sont publiées dans un large éventail de documents de l'industrie, et notamment dans le manuel technique d'Anixter. Ces valeurs sont généralement données pour 20° C et varient selon la température.
Remarque : La résistance peut également influer sur le courant et la chute de tension admissibles d'un conducteur. Ces sujets sont abordés plus spécifiquement dans d'autres numéros de Wire Wisdom.
À propos du cuivre. Électrique. Copper Development Association. Web 20 déc. 2011.
