Chapitre 4 – Signaux électriques alternatifs | 2nde Bac Pro (famille bâtiment) | Physique – Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 11:55
Un chantier tout neuf n'est pas encore branché au réseau électrique. Pour faire tourner les outils, on utilise un groupe électrogène (un moteur qui produit de l'électricité). Le courant qu'il fournit aux perceuses et aux scies est-il du courant continu (comme une pile) ou du courant alternatif (comme une prise) ?
Du courant alternatif ! Un groupe électrogène est conçu pour imiter le secteur : il fournit une tension alternative sinusoïdale de 230 V efficace à 50 Hz. On peut ainsi y brancher directement les outils prévus pour une prise ordinaire.
Karim, chef d'équipe électricien, démarre un chantier de construction en zone isolée, non encore raccordée au réseau. En attendant le branchement définitif, tous les outils sont alimentés par un groupe électrogène de chantier. Avant de laisser brancher les perceuses et les scies, Karim doit vérifier que ce groupe fournit bien une tension conforme au secteur : sinon, les outils risqueraient d'être endommagés.
Le réseau électrique n'arrive pas encore sur le chantier : c'est le groupe électrogène qui produit l'électricité et l'envoie, par le tableau de chantier, jusqu'aux outils.
Chaque appareil porte une petite étiquette métallique — la plaque signalétique — qui donne ses caractéristiques. Voici celle du groupe utilisé sur le chantier de Karim :
| Type de courant produit | alternatif monophasé (~) |
|---|---|
| Tension nominale | 230 V |
| Fréquence | 50 Hz |
| Puissance | 5,0 kVA |
| Intensité maximale | 22 A |
| Régime moteur | 3000 tr/min |
| Carburant / réservoir | essence / 12 L |
| Masse | 85 kg |
| Niveau sonore | 96 dB(A) |
Karim branche un oscilloscope à la sortie du groupe et observe le signal affiché à l'écran :
Réglages de l'oscilloscope : base de temps 5 ms / division ; sensibilité verticale 100 V / division. La grille comporte 8 divisions horizontales et 8 verticales ; l'axe zéro est la ligne médiane.
Ce que Karim lit à l'écran :
Sur ce chantier isolé, le groupe électrogène remplace le réseau. Le courant qu'il fournit aux outils est-il continu ou alternatif ? Justifie à l'aide de la plaque (Doc 1), puis rappelle la différence entre courant continu et courant alternatif.
C'est du courant alternatif : la plaque indique « courant alternatif ~ ».
• En courant continu (pile, batterie), la tension garde toujours le même sens.
• En courant alternatif (secteur, et ici le groupe), la tension change de sens périodiquement.
Le groupe imite le secteur pour pouvoir alimenter des outils prévus pour une prise 230 V / 50 Hz.
La plaque (Doc 1) contient beaucoup d'informations. Relève uniquement les deux grandeurs utiles pour vérifier la conformité au secteur, avec leur valeur et leur unité. Cite ensuite deux informations de la plaque qui ne servent PAS à cette vérification.
Grandeurs utiles :
• Tension nominale = 230 V (c'est la valeur efficace) ;
• Fréquence = 50 Hz.
Informations non utiles ici (deux au choix) : la puissance (5,0 kVA), l'intensité (22 A), le régime moteur (3000 tr/min), le réservoir (12 L), la masse (85 kg) ou le niveau sonore (96 dB). Ces données décrivent la machine, mais ne servent pas à vérifier que la tension et la fréquence sont celles du secteur.
À partir de l'oscillogramme (Doc 2), détermine la période T du signal. On rappelle : une période occupe 4 divisions et la base de temps vaut 5 ms / division. Donne T en millisecondes, puis convertis-la en secondes.
\(T = 4 \times 5 = \mathbf{20\ ms}\), soit \(T = \mathbf{0{,}020\ s}\).
Calcule la fréquence f du signal avec la relation \(f = \dfrac{1}{T}\) (T en secondes).
\(f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{0{,}020} = \mathbf{50\ Hz}\).
Compare la fréquence que tu viens de calculer à celle inscrite sur la plaque (Doc 1). Le groupe respecte-t-il la fréquence du secteur français ?
La fréquence mesurée est f = 50 Hz, exactement égale à celle inscrite sur la plaque (50 Hz), qui est aussi la fréquence du secteur français. Le groupe respecte la fréquence du secteur. ✔
L'oscillogramme montre que la tension atteint au maximum Umax = 325 V. Calcule la valeur efficace avec \(U_{\text{eff}} = \dfrac{U_{\max}}{\sqrt{2}}\), puis compare-la à la tension inscrite sur la plaque.
\(U_{\text{eff}} = \dfrac{325}{\sqrt{2}} = \dfrac{325}{1{,}414} \approx \mathbf{230\ V}\).
Cette valeur est égale aux 230 V de la plaque : la tension efficace du groupe est bien celle du secteur. ✔
La plaque annonce « 230 V », mais l'oscillogramme montre que la tension monte jusqu'à 325 V. Explique cette différence. Pourquoi peut-on tout de même brancher sur ce groupe des outils prévus pour le secteur 230 V ?
230 V est la valeur efficace (valeur « utile », équivalente à une tension continue pour l'échauffement). 325 V est la valeur maximale (crête), atteinte un très bref instant à chaque cycle. Les appareils électriques sont conçus pour une valeur efficace de 230 V : comme le groupe fournit exactement 230 V efficace à 50 Hz, les outils fonctionnent normalement, comme sur une prise du secteur. On retrouve d'ailleurs \(U_{\max} = U_{\text{eff}} \times \sqrt{2} \approx 230 \times 1{,}414 \approx 325\ V\).
Rédige la note de mise en service que Karim inscrit sur sa fiche de chantier : type de courant, période, fréquence, valeur efficace, et conclusion (peut-on brancher les outils sans risque ?).
Note de mise en service — groupe électrogène GE-5000
Type de courant : alternatif sinusoïdal (comme le secteur).
Période : T = 4 × 5 = 20 ms = 0,020 s → fréquence f = 1/T = 50 Hz.
Tension maximale : Umax = 325 V → valeur efficace ≈ 325/1,414 ≈ 230 V.
Conclusion : le groupe fournit bien 230 V efficace à 50 Hz, conforme au secteur. Les outils du chantier peuvent être branchés sans risque.
Plus tard dans la journée, le moteur du groupe fatigue et ralentit un peu. Un nouveau relevé donne une période T′ = 25 ms. Calcule la nouvelle fréquence f′. Le groupe est-il encore conforme au secteur ? Quel risque pour les outils ?
\(f' = \dfrac{1}{T'} = \dfrac{1}{0{,}025} = \mathbf{40\ Hz}\).
40 Hz < 50 Hz : le groupe n'est plus conforme au secteur. Contrairement au réseau (très stable à 50 Hz), un groupe électrogène dont le moteur ralentit fait chuter la fréquence. Les moteurs des outils tournent alors moins vite et peuvent chauffer ou manquer de puissance : il faut régler le régime du groupe pour revenir à 50 Hz.
Réponse à la problématique : l'oscillogramme donne T = 20 ms donc f = 1/T = 50 Hz, et Umax = 325 V donc Ueff ≈ 230 V. Ces valeurs correspondent à la plaque et au secteur : le groupe est conforme, les outils peuvent être branchés.
📚 Cette activité s'appuie sur §3 (le secteur), §4 (l'oscilloscope) et §5 (la valeur efficace) de la leçon Ch04.