Chapitre 4 – Signaux électriques alternatifs | 2nde Bac Pro MAMA | Physique-Chimie | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, format manuel scolaire
Hugo, technicien de maintenance dans une entreprise de fabrication de menuiseries à Cholet, doit vérifier le bon fonctionnement de l'onduleur qui prend le relais en cas de coupure EDF. Pour cela, il branche un oscilloscope à la sortie de l'onduleur et capture l'oscillogramme. Il doit confirmer que le signal est bien sinusoïdal, à 50 Hz et 230 V efficace, comme le secteur.
Sur l'écran : 1 division horizontale = 5 ms, 1 division verticale = 100 V. La courbe jaune = la tension u(t) en sortie de l'onduleur.
a) Quelle est la différence entre un courant continu et un courant alternatif ?
b) Quelle forme caractéristique a le signal du secteur EDF ?
c) Quelle est la fréquence légale du secteur en France ?
a) Continu (DC) : la tension reste constante au cours du temps. Alternatif (AC) : la tension varie périodiquement, alternativement positive puis négative.
b) Le secteur a une forme sinusoïdale.
c) La fréquence légale du secteur EDF est de 50 Hz (50 cycles par seconde).
D'après l'oscillogramme, lire :
a) La tension maximale U_max (en V).
b) La période T (durée d'un cycle complet, en ms puis en s).
a) Le maximum est à +325 V (3,25 carreaux × 100 V/div). Donc U_max = 325 V.
b) 1 période = 4 carreaux × 5 ms/div = 20 ms = 0,020 s.
Calculer la fréquence du signal à partir de la période.
\(f = \dfrac{1}{T}\)
Comparer à la fréquence du secteur EDF (50 Hz).
\(f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{0{,}020} = \mathbf{50 \text{ Hz}}\)
Le signal de l'onduleur est bien à 50 Hz, exactement comme le secteur EDF. ✔
La valeur efficace d'une tension sinusoïdale s'obtient par : \(U_\text{eff} = \dfrac{U_\text{max}}{\sqrt{2}}\).
Calculer la valeur efficace de la tension de l'onduleur.
\(U_\text{eff} = \dfrac{325}{\sqrt{2}} = \dfrac{325}{1{,}414} \approx \mathbf{230 \text{ V}}\)
L'onduleur restitue bien une tension efficace de 230 V. ✔
L'onduleur produit donc un signal sinusoïdal à 50 Hz et 230 V efficace, identique au secteur EDF.
a) Pourquoi indique-t-on toujours « 230 V » sur les appareils alors que la tension va en réalité jusqu'à 325 V au maximum ?
b) En quoi la valeur efficace est-elle physiquement plus utile que la valeur maximale ?
a) La valeur efficace est la tension équivalente en continu qui produirait la même puissance moyenne dissipée dans une résistance. C'est la valeur utile pour calculer la chaleur produite par un radiateur, l'éclairement d'une lampe, etc.
b) Avec U_eff = 230 V, on calcule directement la puissance dissipée par effet Joule : \(P = U_\text{eff}^2 / R\). Avec U_max = 325 V, on aurait une formule plus compliquée car U(t) varie avec le temps.
Hugo branche un radiateur de résistance R = 53 Ω sur l'onduleur (donc sous 230 V efficace).
a) Calculer l'intensité efficace I_eff = U_eff / R.
b) Calculer la puissance dissipée P = U_eff × I_eff.
a) \(I_\text{eff} = \dfrac{230}{53} \approx \mathbf{4{,}34 \text{ A}}\)
b) \(P = 230 \times 4{,}34 \approx \mathbf{998 \text{ W}}\) ≈ 1 kW.
C'est un radiateur 1000 W classique. La formule \(P = U_\text{eff} \times I_\text{eff}\) fonctionne directement avec les valeurs efficaces.
Hugo regarde un autre oscillogramme issu d'un onduleur bas de gamme : la courbe a une forme rectangulaire (signal carré) au lieu d'être sinusoïdale.
a) Le signal est-il toujours alternatif ? Toujours périodique ?
b) Pourquoi un onduleur de qualité doit-il restituer un signal sinusoïdal et non carré ?
a) Oui, un signal carré reste alternatif (alterne + et −) et périodique. Mais il n'est pas sinusoïdal.
b) Beaucoup d'appareils (moteurs, alimentations électroniques, lampes à LED) sont conçus pour un signal sinusoïdal. Un signal carré peut provoquer :
Pour un atelier équipé de machines (scies, ponceuses), il faut impérativement un onduleur « pure sine » (sinusoïde pure).
Hugo doit rédiger une fiche de contrôle pour valider l'onduleur. Compléter en 4 lignes : forme du signal, période, fréquence, tension efficace, conformité.
Fiche de contrôle onduleur — Atelier Cholet
• Forme du signal : sinusoïdale (pure sine)
• Période mesurée : T = 20 ms
• Fréquence calculée : f = 1/T = 50 Hz ✔
• Tension max : U_max = 325 V → U_eff = 325/√2 ≈ 230 V ✔
Conclusion : onduleur conforme aux spécifications du secteur EDF (230 V – 50 Hz).
Aux États-Unis, le secteur est à 120 V – 60 Hz. Calculer la tension maximale (U_max) d'un signal sinusoïdal américain. Pourquoi est-il dangereux de brancher un appareil français (230 V) sur une prise américaine ?
\(U_\text{max} = U_\text{eff} \times \sqrt{2} = 120 \times 1{,}414 \approx 170 \text{ V}\)
Brancher un appareil 230 V sur 120 V : il fonctionnera mais à puissance réduite (les LED clignotent, les moteurs tournent au ralenti, les radiateurs chauffent moitié moins). Inversement, un appareil 120 V branché sur 230 V grille immédiatement car la tension est presque doublée. Toujours utiliser un transformateur d'adaptation lors des voyages.
📚 Cette activité s'appuie sur §2 (Le signal sinusoïdal), §3 (Le secteur en France), §4 (L'oscilloscope) et §5 (La valeur efficace) de la leçon Ch04.