Chapitre 4 – Signaux électriques alternatifs | 2nde Bac Pro | Physique-Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 11:55
Les panneaux solaires posés sur un toit produisent-ils directement le « 230 V » des prises de la maison ? À ton avis, faut-il ajouter un appareil entre les panneaux et les prises ?
Non. Les panneaux fournissent un courant continu (comme une grosse pile) : la tension ne change pas de sens. Les prises de la maison, elles, fonctionnent en courant alternatif 230 V / 50 Hz. Il faut donc un appareil, l'onduleur, pour transformer le continu en alternatif.
Karim, installateur de panneaux photovoltaïques, vient de poser 12 panneaux solaires sur le toit d'une maison. Avant la mise en service, il vérifie au branchement de l'onduleur que la tension envoyée dans la maison est bien identique à celle du réseau électrique : une tension alternative de 230 V à 50 Hz. Pour cela, il relie un oscilloscope à l'entrée (côté panneaux) et à la sortie (côté maison) de l'onduleur.
Le courant suit toujours le même trajet : panneaux → onduleur → maison / réseau.
Oscillogramme relevé par l'installateur. En haut, la voie 1 (panneaux) est une ligne droite : courant continu. Au centre, la voie 2 (sortie de l'onduleur) est une sinusoïde : courant alternatif. Les deux voies sont décalées verticalement pour être distinguées.
Les panneaux produisent un courant dont le sens ne change pas ; le réseau de la maison fournit un courant dont le sens change périodiquement (50 allers-retours par seconde). Nomme le type de courant dans chaque cas.
Panneaux : courant continu (le sens et la valeur de la tension ne changent pas).
Réseau / sortie de l'onduleur : courant alternatif (sinusoïdal), car son sens change régulièrement au cours du temps.
Sur l'oscillogramme ci-dessus, deux tracés sont affichés. Lequel correspond aux panneaux (courant continu) et lequel à la sortie de l'onduleur (courant alternatif) ? Justifie en t'appuyant sur la forme de chaque tracé.
La ligne droite horizontale (voie 1) correspond aux panneaux : la tension est constante, c'est la signature d'un courant continu.
La sinusoïde (voie 2) correspond à la sortie de l'onduleur : la tension monte et descend régulièrement autour de zéro, c'est la signature d'un courant alternatif.
La base de temps est réglée sur 5 ms par division et la sinusoïde effectue une période complète en 4 divisions. Calcule la période T de la tension de sortie, en millisecondes puis en secondes.
\( T = 4 \text{ div} \times 5 \text{ ms/div} = \mathbf{20\ ms} \).
En secondes : \( T = 20 \text{ ms} = \mathbf{0{,}020\ s} \).
À partir de la période \( T = 0{,}020 \) s, calcule la fréquence f de la tension de sortie de l'onduleur (utilise \( f = \frac{1}{T} \)).
\( f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{0{,}020} = \mathbf{50\ Hz} \).
Le réseau électrique français a une fréquence de 50 Hz. La tension produite par l'onduleur est-elle compatible avec le réseau ? Explique pourquoi c'est important.
La fréquence trouvée est \( f = 50 \) Hz, exactement celle du réseau : la tension de l'onduleur est donc compatible.
C'est indispensable : pour alimenter les appareils de la maison et éventuellement renvoyer l'électricité sur le réseau, l'onduleur doit produire une tension de même fréquence (50 Hz) et de même valeur efficace (230 V) que le réseau, sinon la connexion serait impossible.
La valeur efficace de la tension de sortie est U = 230 V. Calcule la valeur maximale (amplitude) \( U_{\max} \) de cette tension sinusoïdale, avec \( U_{\max} = U \times \sqrt{2} \) et \( \sqrt{2} \approx 1{,}414 \).
\( U_{\max} = U \times \sqrt{2} = 230 \times 1{,}414 \approx \mathbf{325\ V} \).
À chaque sommet, la tension atteint donc environ 325 V, bien qu'on parle couramment d'une tension de « 230 V » (la valeur efficace).
Explique en une ou deux phrases le rôle de l'onduleur. Pourquoi le tracé des panneaux est-il une ligne droite alors que celui envoyé dans la maison est une sinusoïde ?
Les panneaux fournissent une tension constante (courant continu) : à l'oscilloscope, cela donne une ligne droite. L'onduleur convertit ce courant continu en courant alternatif sinusoïdal 230 V / 50 Hz : la tension oscille désormais régulièrement, ce qui donne une sinusoïde identique à celle du réseau. Sans onduleur, on ne pourrait pas alimenter la maison ni injecter sur le réseau.
Rédige l'explication que Karim donne au client : d'où vient le courant continu, ce que fait l'onduleur, et pourquoi la tension de sortie (230 V, 50 Hz) est identique à celle du réseau.
« Vos panneaux solaires produisent un courant continu d'environ 350 V : la tension y est constante, comme celle d'une grosse batterie. Ce courant continu ne peut pas alimenter directement vos prises. L'onduleur le transforme en courant alternatif sinusoïdal. On l'a vérifié à l'oscilloscope : la sortie fait une période en 4 divisions de 5 ms, soit T = 20 ms, ce qui donne une fréquence f = 1/0,020 = 50 Hz. Sa valeur efficace est de 230 V (valeur maximale ≈ 325 V). Cette tension est donc exactement celle du réseau (230 V – 50 Hz) : votre installation peut alimenter la maison et renvoyer le surplus sur le réseau en toute sécurité. »
La valeur maximale calculée (≈ 325 V) est bien plus grande que les 230 V annoncés. Pourquoi n'y a-t-il pas d'erreur ? Que représente chacune de ces deux valeurs ?
Les deux valeurs décrivent le même signal : 230 V est la valeur efficace (celle qu'affiche un voltmètre, la valeur « utile » équivalente à du continu), tandis que 325 V est la valeur maximale (crête) atteinte à chaque sommet de la sinusoïde. Elles sont reliées par \( U_{\max} = U \times \sqrt{2} \). Il n'y a donc pas de contradiction.
📚 §1, §4 et §5 de la leçon Ch04 (courant continu / alternatif, oscilloscope, valeur efficace).