Dans toute installation électrique, en plus des défauts comme les courts-circuits ou les surcharges, il existe des phénomènes de surtension susceptibles de compromettre la sécurité des équipements et des personnes. Une surtension se réfère à une élévation anormale de la tension électrique au-delà des niveaux nominaux du réseau. Cette augmentation, qui peut durer de quelques microsecondes à des périodes prolongées, est capable de causer de graves dommages aux installations et aux appareils électriques si elle n’est pas correctement contrôlée.
Nous allons expliquer en détail ce qu’est une surtension, ses types, ses causes fréquentes, les conséquences qu’elle provoque et comment la prévenir efficacement, en insistant sur l’importance de la sécurité électrique conformément aux normes en vigueur (par exemple la NF C 15-100 en France ou la CEI 60364 en Europe).
Qu’est-ce qu’une surtension ?
Une surtension est une augmentation de la tension du réseau électrique au-delà de la valeur nominale établie. Dans les systèmes domestiques basse tension (230 V monophasé en France), on considère qu’il y a surtension pour toute hausse significative dépassant la marge de tolérance (environ 10 % au-dessus de 230 V). En d’autres termes, cela se produit lorsque la tension dépasse anormalement les niveaux pour lesquels les équipements sont conçus. Les surtensions peuvent être transitoires (de très courte durée, communément appelées pics ou impulsions de tension) ou permanentes (plus prolongées ou quasi continues). Chaque type a des origines et des caractéristiques différentes, mais tous deux représentent un risque pour l’intégrité d’une installation électrique et des appareils qui y sont connectés.
Surtensions transitoires (pics de tension brefs)
Les surtensions transitoires sont des augmentations soudaines de la tension d’une durée très brève, typiquement de l’ordre de la microseconde à la milliseconde. Malgré leur brièveté, elles peuvent atteindre des amplitudes extrêmement élevées (de centaines ou milliers de volts au-dessus de la normale). Leur origine la plus destructrice provient généralement des décharges atmosphériques, c’est-à-dire de la foudre qui tombe à proximité des lignes électriques ou sur le réseau lui-même. Un impact de foudre induit une impulsion électromagnétique qui se propage dans le réseau et peut arriver jusqu’à nos prises sous la forme d’un pic de tension.
D’autres causes de surtensions transitoires sont les manœuvres de commutation sur le réseau électrique : par exemple, des déconnexions ou reconnexions brutales de charges très inductives (moteurs, transformateurs) ou capacitives, ainsi que des manœuvres dans les postes de transformation ou les sous-stations. Même un court-circuit ou une défaillance soudaine sur un circuit voisin peut engendrer une impulsion transitoire qui se transmet à travers le système électrique.
En raison de sa nature instantanée, une surtension transitoire peut endommager des composants électroniques sensibles en un clin d’œil. Les semi-conducteurs, les circuits imprimés et les isolants internes des équipements peuvent subir des perforations ou une dégradation sous l’effet d’une tension excessive. Même si le pic ne dure que quelques microsecondes, l’énergie libérée durant cet instant peut suffire à griller un circuit intégré, détériorer des alimentations ou bloquer le fonctionnement de systèmes de contrôle. En outre, des surtensions transitoires répétées (même de magnitude moins élevée) fatiguent l’isolement des composants et réduisent la durée de vie des appareils. Il est donc essentiel de protéger les dispositifs connectés – en particulier les plus sensibles comme les ordinateurs, les équipements audiovisuels ou les systèmes de communication – contre ce type de surtensions.
Surtensions permanentes (survoltages de longue durée)
Les surtensions permanentes (également appelées surtensions temporaires à fréquence industrielle) sont des élévations de tension qui se maintiennent pendant plusieurs cycles de courant alternatif ou même de façon continue jusqu’à élimination de la cause. Contrairement aux pics transitoires, ici la tension s’élève de manière soutenue à un niveau anormal (par exemple de l’ordre de 20 à 50 % au-dessus de la tension nominale) et persiste ainsi pendant des secondes, des minutes ou plus, jusqu’à ce qu’un dispositif de protection intervienne ou que le défaut soit corrigé. La cause la plus courante d’une surtension permanente est une défaillance du conducteur neutre dans l’installation ou sur le réseau de distribution.
Lorsqu’un neutre se rompt ou se déconnecte dans un système triphasé à charges déséquilibrées (cas typique sur les réseaux basse tension), les phases perdent leur référence commune équilibrée. Cela provoque que certaines lignes monophasées se retrouvent soumises à la tension entre phases (au lieu de phase-neutre), doublant approximativement le voltage reçu par les équipements domestiques (passant d’environ 230 V à environ 400 V). Ce survoltage prolongé impose aux appareils un stress électrique énorme pour lequel ils n’ont pas été conçus.
D’autres situations pouvant générer des surtensions permanentes incluent un régulateur défaillant dans un poste de transformation (qui pourrait envoyer une tension incorrecte durant un certain temps) ou des connexions erronées (par exemple, alimenter par mégarde un circuit en 230 V avec une ligne de tension supérieure). Quelle qu’en soit la source, l’effet est que tous les équipements branchés reçoivent une tension anormalement haute de façon prolongée.
En général, cela provoque une surchauffe des transformateurs, des moteurs et des alimentations des dispositifs, entraînant une augmentation du courant absorbé et de la dissipation de chaleur. Si la surtension n’est pas coupée à temps, les enroulements peuvent brûler, des condensateurs électrolytiques peuvent exploser, et de manière générale des pannes catastrophiques peuvent survenir dans les appareils. Il est même possible que des incendies se déclarent en raison de la chaleur générée dans les conducteurs ou les équipements soumis à une tension excessive.
| Aspect | Surtension transitoire | Surtension permanente |
|---|---|---|
| Durée typique | Microsecondes à millisecondes (impulsion brève) | Secondes, minutes ou jusqu’à correction du défaut |
| Amplitude de la surtension | Pics très élevés (plusieurs kV possibles) | Augmentation modérée mais soutenue (10 % à 100 % au-dessus du nominal) |
| Causes fréquentes | Foudre (impacts de la foudre), manœuvres de commutation, démarrage/arrêt de charges inductives | Rupture du neutre, erreurs de branchement, régulateur défectueux, défaut prolongé sur le réseau |
| Effets principaux | Dommage instantané aux composants électroniques sensibles, dégradations cumulatives, redémarrages intempestifs des équipements | Surchauffe des appareils, destruction d’équipements électroménagers, risque élevé d’incendie |
| Protection adaptée | SPD (parafoudres) Type 1, Type 2 et multiprises parasurtensions Type 3 (ex. série L'ION) | Dispositifs de protection surtension permanente (dits POP) qui coupent l’alimentation |
| Localisation du protecteur | Tableau principal, sous-tableaux secondaires et blocs multiprises spéciaux (par ex. modèles de la série L'ION) | Tableau général, en amont des interrupteurs différentiels |
| Normes clés | NF C 15-100 / CEI 60364 (obligation d’un parafoudre selon l’exposition aux risques de foudre) | NF C 15-100 et guides pratiques (recommandation de protéger contre les sur- et sous-tensions du réseau) |
| Risque sans protection | Panne subite des cartes électroniques, perte de données | Destruction massive d’appareils électroménagers, possible départ d’incendie |
Causes fréquentes des surtensions
En résumé de ce qui précède, les surtensions en basse tension proviennent généralement de trois causes principales, liées à des facteurs atmosphériques ou à des opérations sur le réseau électrique :
- Foudre et phénomènes atmosphériques : La chute d’un éclair à proximité des lignes électriques, sur des antennes ou sur un paratonnerre connecté au réseau induit une onde de surtension transitoire qui parcourt l’installation. C’est l’une des causes les plus dangereuses, car les pics dus à la foudre atteignent des valeurs très élevées en un laps de temps très court.
- Manœuvres du réseau et commutations : Des opérations de connexion ou de déconnexion brusque dans le système électrique (par exemple, le démarrage ou l’arrêt de moteurs puissants, la commutation de batteries de condensateurs de compensation du facteur de puissance, ou des changements de topologie du réseau de distribution) génèrent des surtensions transitoires par effets électromagnétiques transitoires. De même, des défauts tels que des courts-circuits ou des ouvertures soudaines de circuits sous charge produisent des pics de tension qui se propagent dans l’installation.
- Rupture ou mauvais raccordement du neutre : C’est la cause typique des surtensions permanentes. Une perte du neutre dans un système polyphasé provoque un déséquilibre des tensions, élevant la tension de phase dans certains circuits bien au-dessus de la normale. De même, des défauts dans les transformateurs ou des erreurs de câblage peuvent entraîner une augmentation soutenue de la tension tant que le problème n’est pas corrigé.
Conséquences des surtensions
Les conséquences d’une surtension non contrôlée peuvent être très graves tant pour les équipements électriques que pour l’installation elle-même et même pour les personnes qui en dépendent. Parmi les principaux effets néfastes des surtensions (qu’elles soient transitoires ou permanentes), on peut citer :
- Dommages instantanés aux appareils électriques et électroniques : Un pic de tension peut détruire instantanément des composants sensibles. Par exemple, des circuits intégrés, des alimentations, des chargeurs, des moteurs électriques ou des appareils électroménagers peuvent être rendus hors d’usage à la suite d’une surtension intense.
- Réduction de la durée de vie et pannes latentes : Même lorsqu’une surtension ne brûle pas un équipement sur le coup, elle peut en dégrader les composants internes. Les isolants soumis à des stress électriques répétés s’affaiblissent, les composants électroniques subissent un vieillissement accéléré, ce qui conduit à des défaillances anticipées quelques semaines ou mois plus tard.
- Incendies et dégâts matériels : Tant les surtensions transitoires de forte amplitude que les surtensions permanentes peuvent provoquer des incendies. Un pic violent peut induire des étincelles ou brûler des isolants, tandis qu’un survoltage permanent génère une surchauffe dans les câbles et les appareils. Cela augmente le risque d’incendie dans les tableaux électriques, les électroménagers ou les multiprises, compromettant la sécurité des personnes et des biens.
- Interruptions de l’alimentation et coupures : Lorsqu’une surtension sévère se produit, il est possible que les dispositifs de protection (tels que les fusibles, les disjoncteurs différentiels ou les parafoudres) se déclenchent pour déconnecter l’installation et éviter des dommages plus graves. Cela se traduit par des coupures de courant ou des redémarrages imprévus d’équipements. Dans les environnements industriels, ces arrêts peuvent entraîner d’importantes pertes de production ou endommager des processus sensibles.
- Perte de données ou dysfonctionnements informatiques : À l’ère de la numérisation, une surtension peut affecter des serveurs, des ordinateurs et des systèmes de stockage, provoquant la perte d’informations non sauvegardées ou même la corruption de données. Les systèmes informatiques et de communication sont généralement très sensibles aux variations brusques de tension, si bien qu’un pic peut rendre inopérants des réseaux, routeurs, alarmes et autres équipements critiques.
En somme, une surtension peut engendrer aussi bien la contrainte de devoir remplacer un appareil endommagé que des situations catastrophiques comme des incendies dans les installations électriques. C’est pourquoi comprendre ses causes et ses effets nous amène à l’étape la plus importante : la prévention.
Comment prévenir les surtensions et protéger l’installation ?
Prévenir les effets destructeurs des surtensions repose sur deux stratégies fondamentales : d’une part, concevoir l’installation avec des dispositifs de protection appropriés, et d’autre part, adopter de bonnes pratiques d’utilisation et de maintenance. Ci-après sont décrites les mesures les plus efficaces pour protéger une installation électrique contre les pics de tension transitoires et les survoltages permanents :
- Installation de parafoudres contre les surtensions transitoires : Ce sont des dispositifs communément appelés SPD (Surge Protective Devices) ou parasurtenseurs, qui se connectent en parallèle sur le réseau et dévient les pointes de tension vers la terre. Il en existe différents types selon leur capacité : les SPD de Type 1 (également appelés déchargeurs de courant de foudre) s’installent généralement à l’entrée principale de l’installation lorsqu’il existe un risque élevé de décharges atmosphériques (par exemple, s’il y a un paratonnerre sur le bâtiment ou une ligne d’alimentation aérienne exposée aux orages). Les SPD de Type 2 se placent dans les tableaux électriques principaux des habitations et locaux, et agissent contre les surtensions transitoires d’origine externe comme interne; ils sont pratiquement obligatoires dans toute installation neuve ou rénovée selon la réglementation en vigueur. Enfin, les SPD de Type 3 (intégrés dans des multiprises parasurtensions ou des modules enfichables) se situent au plus près des équipements sensibles, en complément, pour absorber les pics résiduels qui pourraient subsister après l’action des types précédents. Cette coordination en cascade (Types 1, 2 et 3) garantit un niveau de protection optimal, réduisant graduellement l’énergie de la surtension et protégeant même les appareils les plus délicats.
- Utilisation de dispositifs contre les surtensions permanentes : Pour faire face aux survoltages de longue durée, on emploie des appareils qui coupent l’alimentation de l’installation en cas de surtension soutenue. Ces protecteurs surveillent la tension du réseau et agissent sur un dispositif de coupure (par exemple un relais ou un déclencheur qui ouvre le circuit) lorsqu’ils détectent que la tension dépasse un seuil prédéfini pendant un court laps de temps (par exemple plus de 265 V pendant quelques dixièmes de seconde, dans un système 230 V). En isolant ainsi l’installation interne du réseau, ils empêchent la surtension permanente d’endommager les équipements ou de provoquer un incendie. Certains modèles de protecteurs de surtension permanente incluent une fonction de réarmement automatique, de sorte qu’ils reconnectent le courant une fois les valeurs normales rétablies, ce qui est utile pour éviter des coupures prolongées de l’alimentation (par exemple pour les réfrigérateurs ou les équipements sensibles) sans intervention manuelle.
- Prises de courant et multiprises à protection intégrée : En plus des protections au niveau du tableau général, il est recommandé de protéger individuellement les équipements coûteux ou les appareils électroniques sensibles. Pour cela, il existe des multiprises avec protection contre les surtensions, comme la série L'ION de Solera, qui servent de blocs multiprises où brancher ordinateurs, téléviseurs, équipements audio, etc. Ces blocs spéciaux incorporent des varistances ou d’autres composants qui absorbent les pics de tension et, dans de nombreux cas, comportent aussi des fusibles ou des disjoncteurs thermiques contre les surcharges, offrant une défense supplémentaire directement au point de connexion de l’appareil. Leur utilisation est une bonne pratique pour les bureaux et les foyers dotés de nombreux équipements électroniques sensibles.
- Mise à la terre et équipotentialité : Un système de mise à la terre adéquat est indispensable pour que les parasurtenseurs fonctionnent efficacement. La prise de terre doit présenter une résistance basse et être conforme à la réglementation, car les SPD dévient l’énergie du pic vers le conducteur de protection (terre). De même, il est important d’interconnecter les masses métalliques de l’installation (conducteurs de protection, paratonnerres, antennes, canalisations métalliques) au moyen d’un réseau d’équipotentialité, de sorte qu’en cas de décharge tout le système monte et descend en tension de manière uniforme, minimisant les différences dangereuses.
- Bonnes pratiques d’utilisation et de maintenance : Les installateurs et les techniciens doivent suivre les indications du Réglementation Électrique applicable (telle que la NF C 15-100 et ses guides) en ce qui concerne la protection contre les surtensions. Cela inclut de dimensionner et sélectionner les protecteurs adéquats en fonction du type d’installation, de sa localisation géographique et du niveau d’exposition (une maison en zone urbaine dense n’a pas le même risque qu’une habitation isolée en zone orageuse). Il est essentiel d’utiliser des dispositifs certifiés conformes aux normes internationales (comme la norme NF EN 61643-11 pour les parasurtenseurs transitoires et la NF EN 50550 pour les protecteurs de surtension permanente) et de les installer en respectant les instructions du fabricant, en veillant à leur coordination entre eux et à leur compatibilité avec les autres éléments de protection (par exemple, les coordonner avec les disjoncteurs et différentiels pour éviter des déclenchements intempestifs). Après un fort orage ou une surtension significative, il est recommandé de vérifier l’état des protecteurs – beaucoup incluent des indicateurs visuels signalant s’ils ont joué ou doivent être remplacés. De plus, dans les installations critiques, il convient de programmer des vérifications périodiques des systèmes de protection.
Normes applicables et obligations
La réglementation française renforce l’importance de protéger les installations contre les surtensions. La norme NF C 15-100 (qui régit les installations électriques basse tension en France), dans ses chapitres relatifs à la protection contre la foudre et les surtensions, prévoit l’obligation d’intégrer des dispositifs de protection contre les surtensions dans de nombreuses installations domestiques et tertiaires, afin d’assurer la sécurité des personnes et des équipements connectés. Par exemple, la section 443 de la norme CEI 60364 (transposée en NF C 15-100) impose l’installation de parafoudres dans les bâtiments neufs situés en zone à forte densité de foudroiement ou équipés d’un paratonnerre. En pratique, toute habitation neuve ou toute rénovation électrique complète devrait inclure tant des parafoudres contre les surtensions transitoires (typiquement un SPD de Type 2 au tableau général) que des dispositifs contre les surtensions permanentes, assurant ainsi une protection complète. Les électriciens professionnels sont tenus de suivre ces directives lors de la conception et de la réalisation des installations, non seulement pour respecter la norme mais aussi pour garantir la continuité de l’alimentation et la préservation des appareils des utilisateurs.
En plus de la réglementation nationale, il existe des standards européens et internationaux qui guident la fabrication et l’utilisation de ces protecteurs. Par exemple, la norme EN 61643 (ainsi que son équivalent CEI 61643) définit les catégories et essais pour les parasurtenseurs de Type 1, 2 et 3, et la norme EN 50550 spécifie les dispositifs de protection contre les surtensions temporaires à fréquence industrielle (dits POP – Power frequency Overvoltage Protectors). Utiliser des dispositifs conformes à ces normes garantit un niveau de qualité et de performance adéquat. En résumé, la norme l’exige et la technique le préconise : il ne faut pas lésiner sur l’installation de protections contre les surtensions, car leur coût est minime comparé aux ravages qu’elles permettent d’éviter.
Conclusion : sécurité électrique face aux surtensions
Comprendre ce qu’est une surtension et ce qui la provoque est la première étape pour prendre conscience des risques électriques présents dans nos foyers et nos lieux de travail. Les surtensions – qu’elles soient brèves et intenses ou prolongées – peuvent avoir des impacts dévastateurs sur nos équipements et sur l’installation elle-même si nous ne disposons pas des défenses adéquates. Heureusement, nous disposons de technologies et de normes qui, bien appliquées, permettent de minimiser ces risques. L’installation de protecteurs contre les surtensions en cascade, une prise de terre correctement réalisée et le respect strict des normes (telles que la NF C 15-100) sont des actions clés que tout installateur et utilisateur se doit de considérer.
En définitive, investir dans la protection contre les surtensions, c’est investir dans la tranquillité d’esprit. Qu’il s’agisse d’éviter la panne d’un appareil coûteux ou de prévenir un incendie, les systèmes de protection préservent tant l’économie que la sécurité des personnes. Il est donc vivement recommandé de faire appel à des professionnels de l’électricité pour examiner l’état de votre installation : est-elle conforme aux normes actuelles et équipée des dispositifs adéquats ? Au moindre indice de problèmes de tension (lumières qui varient d’intensité, appareils qui s’abîment sans raison apparente), il est important d’agir. Avec les mesures préventives appropriées, nous ferons en sorte que les surtensions restent de simples anecdotes et non des désastres électriques.