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Activité 10 – TP : mesurer P, Q, S à l'oscilloscope TP EXPÉRIMENTAL

Ch01 – Puissance consommée | Terminale ICCER | ⏱ 1 h (TP) | Binôme

Dernière mise à jour : 2 juin 2026

Ce que tu vas apprendre :

🤔 Avant de commencer

Comment mesurer le déphasage entre u(t) et i(t) sur un oscilloscope numérique ?

2 méthodes : (1) Mesure de Δt entre les zéros (ou maxima) de u et i, puis Δφ = 2π × f × Δt. (2) Mode XY : affichage de i en fonction de u → forme une ellipse. Le déphasage se déduit de la forme de l'ellipse (cercle = 90°, droite = 0° ou 180°, ellipse intermédiaire). Méthode (1) plus simple en pratique, (2) plus visuelle pour comprendre.

Objectif du TP

Pour 3 charges différentes (résistance pure, bobine, charge mixte), mesurer u(t), i(t), Δφ à l'oscilloscope. En déduire cos φ, P, Q, S. Comparer aux valeurs du wattmètre.

🧰 Matériel

⚠️ Sécurité : travail sur secteur 230 V. Encadrement enseignant obligatoire. Coupure systématique entre branchements.

Oscilloscope — u(t) bleu et i(t) rouge déphasées u(t) i(t) déphasée Δt

📖 Vocabulaire

Déphasage φ
Décalage entre u(t) et i(t). Mesuré en radians ou degrés. Δφ = 2π × f × Δt = 360° × f × Δt.
cos φ
Cosinus du déphasage. Ratio P/S. Adimensionnel. Pour résistance pure : 1. Inductif : 0 (90°). Capacitif : 0 (−90°).
Valeur efficace
U_eff = U_max / √2. I_eff = I_max / √2. Mesurée par multimètre TrueRMS. Les wattmètres utilisent ces valeurs.

Protocole — Partie A : charge résistive (radiateur)

  1. Brancher le radiateur sur secteur via wattmètre.
  2. Oscilloscope : voie 1 = U (via sonde HT/100), voie 2 = I (via shunt 0,1 Ω).
  3. Régler base de temps : 5 ms/division (voir 1-2 périodes à 50 Hz).
  4. Mesurer U_max, I_max, Δt entre les zéros u(t) et i(t).
  5. Relever sur wattmètre : P, U, I, cos φ.

Q1 APP — Tableau Partie A (résistive)

GrandeurMesure oscilloWattmètre
U_eff (V)U_max / √2 = ......
I_eff (A)I_max / √2 = ......
Δt (ms)...—
φ (degrés)360 × 50 × Δt = ...—
cos φcos(φ) = ......
P (W) calculéU·I·cos φ = ......

Résistance pure : Δt ≈ 0 ms → φ ≈ 0° → cos φ ≈ 1.

P_calculé ≈ U × I (cos φ = 1).

Pour radiateur 100 W : U = 230 V, I = 0,43 A, P = 100 W. cos φ = 1. ✓ Cohérent.

Partie B — Charge inductive (ventilateur petit moteur)

Refaire les mesures avec un ventilateur AC à moteur.

Q2 REA — Tableau Partie B (inductive)

Ventilateur 60 W : U = 230 V, I = 0,40 A. S = 92 VA. cos φ ≈ 0,65 (moteur asynchrone à vide ou faible charge).

Δt mesuré ≈ 2,8 ms → φ = 360 × 50 × 2,8 × 10⁻³ = 50,4°. cos 50,4° ≈ 0,64.

P_calculé = 230 × 0,40 × 0,64 = 58,9 W ≈ 60 W annoncés ✓.

Le courant est en retard sur la tension (φ > 0) → charge inductive.

Partie C — Charge capacitive ou mixte (lampe LED)

Refaire avec une lampe LED (driver électronique).

Q3 ANA

Que mesure-t-on pour une LED ? cos φ < 1 typique.

LED 9 W : U = 230 V, I = 0,07 A. S = 16 VA. P utile = 9 W. cos φ apparent ≈ 0,56.

La LED a un driver à découpage qui crée un déphasage et surtout de gros harmoniques. Le signal i(t) n'est plus sinusoïdal pur ! Difficile à mesurer simplement.

Conclusion : cos φ ≈ 0,55 pour LED grand public. Pour LED professionnelles « PF ≥ 0,9 » : driver corrigé harmoniquement.

Q4 ANA

Calculer Q et S pour les 3 charges. Vérifier S² = P² + Q².

Résistance : P=100, Q=0, S=100. S² = P² + Q² ✓.

Ventilateur : P=60, Q = P·tan(50,4°) ≈ 72 var, S = √(60² + 72²) ≈ 94 VA. Confirme S = U×I = 92 VA. ✓

LED : P=9, Q ≈ 13 var, S = √(9² + 13²) ≈ 16 VA ✓.

Loi vérifiée. Mais pour la LED, Q n'est pas que « réactif inductif » : c'est surtout dû aux harmoniques. Distinction subtile.

Q5 ANA

Tracer les diagrammes phaseurs (vecteurs U et I) pour les 3 charges.

Résistive : U et I alignés (déphasage 0).

Inductive : I en retard de φ sur U (rotation horaire dans plan complexe).

Capacitive : I en avance sur U (rotation anti-horaire).

Cette représentation est utilisée en BTS électrotechnique pour l'analyse des circuits AC. À l'aise dès maintenant.

Q6 ANA

Sources d'erreur du TP ?

  • Précision du shunt : 0,1 Ω avec tolérance ± 5 %.
  • Lecture Δt : ± 0,1 ms = ± 1,8° d'erreur sur φ.
  • Bande passante oscillo : harmoniques tronquées si BP < 1 MHz.
  • Capacité parasite de la sonde HT/100.
  • Charges non purement sinusoïdales (LED) : i(t) non-sinusoïdal, formule cos φ devient approximative.

Q7 VAL

Comparer mesures oscilloscope vs wattmètre. Écart ?

Pour charge résistive ou inductive sinusoïdale : écart < 5 % typique. Cohérent.

Pour charge non-linéaire (LED) : le wattmètre TrueRMS intègre les harmoniques correctement, l'oscillo + calcul manuel sous-estime souvent le cos φ vrai.

Conclusion : pour mesure pro, le wattmètre TrueRMS est préférable. Pour comprendre le phénomène, l'oscillo est pédagogiquement supérieur.

Q8 COM — Compte-rendu (10 lignes)

TP — Mesure P, Q, S à l'oscilloscope — [Nom, Prénom, classe, date]
Objectif : mesurer u(t), i(t), φ pour 3 charges. Vérifier P = U·I·cos φ.
Matériel : oscilloscope, sonde HT/100, shunt 0,1 Ω, wattmètre, 3 charges.
Résultats : Résistive φ=0°, cos φ=1, P=100 W. Inductive φ=50°, cos φ=0,64, P=60 W. LED φ apparent 56°, cos φ apparent 0,56, P=9 W.
Vérification : S² = P² + Q² confirmé sur les 3 charges. Loi cos φ = P/S validée.
Conclusion : oscilloscope permet de visualiser le déphasage. Wattmètre TrueRMS plus pratique pour mesures pro. LED : charge non-linéaire, harmoniques importants, distinguer cos φ apparent vs déplacement.

✅ Auto-évaluation

Bonus — Comprendre l'harmonique 3 sur LED

Une LED grand public a un driver électronique qui « hache » le courant pour ajuster la tension à 30-40 V DC (LED). Ce hachage crée des harmoniques de courant : 50, 150, 250, 350... Hz.

L'harmonique 3 (150 Hz) est particulièrement gênante car les 3 phases en triphasé s'additionnent dans le neutre (et pas s'annulent comme les fondamentales).

Pour réduire : « driver à correction de facteur de puissance (PFC) » → cos φ > 0,9 et harmoniques < 10 %. Norme EN 61000-3-2 oblige les LED > 25 W à intégrer un PFC. Les petites LED de salon (5-15 W) restent souvent sans PFC → cos φ faible.

À retenir

📚 TP de fin de chapitre Ch01.