Chapitre 2 – Le réseau triphasé

Terminale Bac Pro – Groupement 2 | Physique – Électricité | Tensions triphasées, couplages étoile et triangle

Objectifs du chapitre

Distinguer un réseau monophasé d'un réseau triphasé
Identifier les conducteurs d'un réseau triphasé et leur code couleur
Savoir que les trois tensions sont déphasées de 120°
Distinguer couplage étoile et couplage triangle
Appliquer la relation entre tension simple et tension composée : \(U = \sqrt{3} \times V\)
Distinguer courant de ligne et courant de branche

Situation professionnelle

Karim, apprenti électrotechnicien, intervient sur l'armoire électrique d'un atelier de menuiserie industrielle. L'atelier est alimenté en triphasé 400 V pour faire fonctionner des machines-outils (scie à panneaux, toupie, dégauchisseuse). Son tuteur lui demande de vérifier les tensions et de raccorder un moteur qui peut fonctionner en étoile ou en triangle.

Karim se pose les questions suivantes :

Quelle est la différence entre les 230 V des prises domestiques et les 400 V de l'atelier ?
Pourquoi y a-t-il 5 fils dans le câble d'alimentation triphasée ?
Comment choisir entre couplage étoile et couplage triangle ?

Ce chapitre apportera toutes les réponses.

1. Réseau monophasé et réseau triphasé

1.1 Le réseau monophasé

Définition Un réseau monophasé est constitué de deux conducteurs :

un conducteur de phase (L) — fil de couleur marron, noir ou gris
un conducteur de neutre (N) — fil de couleur bleu

La tension entre la phase et le neutre est de 230 V en France (valeur efficace, fréquence 50 Hz).

C'est le réseau utilisé dans les prises domestiques classiques. On y ajoute toujours un fil de terre (vert-jaune) pour la sécurité.

1.2 Le réseau triphasé

Définition Un réseau triphasé est constitué de trois conducteurs de phase (L1, L2, L3) et éventuellement d'un conducteur de neutre (N). Il transporte trois tensions alternatives sinusoïdales de même fréquence et de même amplitude, mais déphasées de 120° les unes par rapport aux autres.

1.3 Code couleur des conducteurs

Conducteur	Symbole	Couleur (norme NF C 15-100)
Phase 1	L1	Marron
Phase 2	L2	Noir
Phase 3	L3	Gris
Neutre	N	Bleu
Terre	PE	Vert-Jaune

Attention Un câble triphasé avec neutre et terre contient 5 fils (3 phases + neutre + terre). Sans neutre, il contient 4 fils (3 phases + terre). Il est interdit d'utiliser le fil vert-jaune comme phase ou neutre.

Avantages du triphasé par rapport au monophasé :

Transport de puissance plus efficace : pour la même puissance, les câbles sont de section plus faible
Alimentation de moteurs puissants : les machines-outils, compresseurs et pompes industrielles fonctionnent en triphasé
Puissance constante : en triphasé équilibré, la puissance instantanée est constante (pas de pulsation)

2. Les tensions dans un réseau triphasé

2.1 Tensions simples et tensions composées

Définition

La tension simple \(V\) est la tension mesurée entre une phase et le neutre : \(V_{1N}\), \(V_{2N}\), \(V_{3N}\).
La tension composée \(U\) est la tension mesurée entre deux phases : \(U_{12}\), \(U_{23}\), \(U_{31}\).

En France :

Tension simple : \(V = 230\;\text{V}\) (entre phase et neutre)
Tension composée : \(U = 400\;\text{V}\) (entre deux phases)

2.2 Relation entre tension simple et tension composée

Propriété Dans un réseau triphasé équilibré, la relation entre la tension composée \(U\) et la tension simple \(V\) est : \[U = \sqrt{3} \times V\] avec \(\sqrt{3} \approx 1{,}732\).

Formule fondamentale :

\[U = \sqrt{3} \times V \qquad \Leftrightarrow \qquad V = \frac{U}{\sqrt{3}}\]

\(U\) : tension composée (V) | \(V\) : tension simple (V)

Exemple 1 — Vérification : En France, \(V = 230\;\text{V}\).

\(U = \sqrt{3} \times V = 1{,}732 \times 230 \approx 400\;\text{V}\) ✓

Exemple 2 : Une installation industrielle est alimentée sous une tension composée de 690 V. Quelle est la tension simple ?

\(V = \dfrac{U}{\sqrt{3}} = \dfrac{690}{1{,}732} \approx 400\;\text{V}\)

2.3 Déphasage de 120°

Propriété Les trois tensions simples sont des fonctions sinusoïdales de même amplitude et de même fréquence, mais décalées de 120° (soit un tiers de période) : \[v_1(t) = V_{\max} \sin(\omega t)\] \[v_2(t) = V_{\max} \sin\!\left(\omega t - \frac{2\pi}{3}\right)\] \[v_3(t) = V_{\max} \sin\!\left(\omega t - \frac{4\pi}{3}\right)\]

À retenir

À chaque instant, la somme des trois tensions simples est nulle : \(v_1 + v_2 + v_3 = 0\). C'est pourquoi le courant dans le neutre est nul lorsque le réseau est équilibré.

3. Couplages étoile et triangle

3.1 Couplage étoile (Y)

Définition En couplage étoile (noté Y), chaque récepteur (ou enroulement de moteur) est branché entre une phase et le neutre. Chaque récepteur est donc soumis à la tension simple \(V\).

Propriété En couplage étoile :

La tension aux bornes de chaque récepteur est la tension simple : \(V\)
Le courant de ligne \(I_L\) est égal au courant de branche \(I_B\) : \(I_L = I_B\)

3.2 Couplage triangle (Δ)

Définition En couplage triangle (noté Δ), chaque récepteur est branché entre deux phases. Chaque récepteur est donc soumis à la tension composée \(U\).

Propriété En couplage triangle :

La tension aux bornes de chaque récepteur est la tension composée : \(U\)
Le courant de ligne \(I_L\) et le courant de branche \(I_B\) sont liés par : \(I_L = \sqrt{3} \times I_B\)

3.3 Tableau récapitulatif

Grandeur	Couplage étoile (Y)	Couplage triangle (Δ)
Tension aux bornes du récepteur	\(V\) (tension simple)	\(U\) (tension composée)
Relation \(U / V\)	\(U = \sqrt{3} \times V\)
Courant de ligne / courant de branche	\(I_L = I_B\)	\(I_L = \sqrt{3} \times I_B\)

Attention Le choix du couplage dépend de la tension nominale du récepteur et de la tension du réseau. Un moteur prévu pour 230 V par enroulement doit être couplé en triangle sur un réseau 230/400 V (chaque enroulement reçoit \(U = 400\;\text{V}\)... Non ! Il reçoit \(V = 230\;\text{V}\) en étoile). Attention à bien vérifier la plaque signalétique.

Méthode Choisir le couplage d'un moteur :

Lire la plaque signalétique du moteur : elle indique deux tensions, par exemple 230 V / 400 V.
La plus petite tension est la tension nominale d'un enroulement.
Comparer avec le réseau :
- Si la tension simple du réseau = tension nominale de l'enroulement → couplage étoile (Y)
- Si la tension composée du réseau = tension nominale de l'enroulement → couplage triangle (Δ)

Exemple 3 : Un moteur porte l'indication Δ 230 V / Y 400 V. Le réseau de l'atelier est en 230/400 V.

Tension nominale d'un enroulement = 230 V (la plus petite).
En étoile : chaque enroulement reçoit la tension simple \(V = 230\;\text{V}\) ✓
En triangle : chaque enroulement recevrait la tension composée \(U = 400\;\text{V}\) ✗ (surtension !)

Couplage correct : étoile (Y)

Exemple 4 : Un autre moteur porte l'indication Δ 400 V / Y 690 V. Sur le réseau 230/400 V :

Tension nominale d'un enroulement = 400 V.
En triangle : chaque enroulement reçoit \(U = 400\;\text{V}\) ✓
En étoile : chaque enroulement recevrait \(V = 230\;\text{V}\) (sous-tension).

Couplage correct : triangle (Δ)

4. Courants de ligne et courants de branche

Définition

Le courant de ligne \(I_L\) est le courant qui circule dans chaque fil de phase (conducteur d'alimentation).
Le courant de branche \(I_B\) est le courant qui circule dans chaque récepteur (enroulement du moteur ou charge).

Relations :

Couplage étoile : \(\quad I_L = I_B\)

Couplage triangle : \(\quad I_L = \sqrt{3} \times I_B \quad \Leftrightarrow \quad I_B = \dfrac{I_L}{\sqrt{3}}\)

Exemple 5 : Un moteur couplé en étoile absorbe un courant de ligne de 12 A. Quel est le courant dans chaque enroulement ?

En étoile : \(I_B = I_L = 12\;\text{A}\)

Exemple 6 : Un moteur couplé en triangle absorbe un courant de ligne de 20 A. Quel est le courant dans chaque enroulement ?

\(I_B = \dfrac{I_L}{\sqrt{3}} = \dfrac{20}{1{,}732} \approx 11{,}5\;\text{A}\)

5. Applications professionnelles

5.1 Retour à la situation professionnelle

Réponses aux questions de Karim :

Différence entre 230 V et 400 V :
230 V est la tension simple (entre une phase et le neutre), utilisée pour les prises domestiques. 400 V est la tension composée (entre deux phases), utilisée pour les machines industrielles. La relation est \(U = \sqrt{3} \times V\).
Pourquoi 5 fils ?
Le câble contient 3 phases (L1, L2, L3) + le neutre (N) + la terre (PE). Le neutre permet d'obtenir du 230 V pour les prises classiques à partir du réseau triphasé.
Choix du couplage :
Il faut lire la plaque signalétique du moteur et comparer la tension nominale d'un enroulement avec les tensions du réseau. Si l'enroulement est prévu pour 230 V → étoile ; si pour 400 V → triangle.

5.2 Le triphasé dans les installations électriques

Le réseau triphasé est utilisé partout en électrotechnique :

Ateliers et usines : alimentation des machines-outils, compresseurs, fours industriels
Bâtiments tertiaires : alimentation des climatiseurs, ascenseurs, groupes de ventilation
Distribution électrique : le réseau EDF transporte l'électricité en triphasé haute tension puis la transforme en 230/400 V pour la distribution
Production d'énergie : les alternateurs des centrales produisent directement du triphasé

6. L'essentiel du chapitre

À retenir

Un réseau triphasé comporte 3 phases (L1, L2, L3), un neutre (N) et une terre (PE).
Les 3 tensions sont déphasées de 120°.
Tension simple \(V\) = entre phase et neutre | Tension composée \(U\) = entre deux phases.
Relation : \(U = \sqrt{3} \times V\) (en France : 230 V / 400 V).
Couplage étoile (Y) : chaque récepteur reçoit \(V\), et \(I_L = I_B\).
Couplage triangle (Δ) : chaque récepteur reçoit \(U\), et \(I_L = \sqrt{3} \times I_B\).
Le choix du couplage dépend de la plaque signalétique du moteur et des tensions du réseau.