Distribuer et protéger l'électricité : tableaux électriques, fusibles, sections de câbles

Deux questions, déterminantes pour la sécurité et le fonctionnement, se posent entre la batterie et le consommateur : quelle doit être la section du câble, et que se passe-t-il en cas de dommage ? Les deux peuvent être calculées. Ce domaine spécialisé mène de la section du câble à la protection par fusible, jusqu'à la planification complète du tableau électrique.

La section dépend de la longueur, pas de la fiche

Un câble présente une résistance. Lorsque le courant le traverse, une chute de tension se produit, et le consommateur reçoit moins d'énergie que ce que délivre la batterie. À 230 volts, cela passe presque inaperçu. À 12 volts, c'est le facteur déterminant de toute la conception : une perte d'un volt représente ici plus de huit pour cent de la tension de bord.

Le second point, régulièrement oublié : c'est le trajet aller-retour qui compte. Le courant circule par le câble positif et revient par le câble négatif, et les deux segments génèrent une chute de tension. Un consommateur situé à cinq mètres de la distribution implique dix mètres de conducteur.

Il en découle une règle contre-intuitive : ce n'est pas le consommateur qui détermine la section, mais la combinaison du courant et de la distance. Le même guindeau à la proue nécessite un câble nettement plus épais que s'il était installé à côté de la batterie.

Le calcul

FormuleSection en mm² = (2 × longueur du câble en m × courant en A × 0,0175) ÷ chute de tension admissible en V

Le facteur 0,0175 est la résistivité du cuivre en ohm par millimètre carré par mètre. Elle s'applique à température ambiante ; les câbles chauds dans le compartiment moteur ont une résistance légèrement supérieure, ce qui rend le calcul un peu conservateur — ce qui est intentionnel.

Reste la question de la chute de tension admissible. La norme ISO 13297:2020 fixe deux valeurs : 10 pour cent de la tension nominale pour les circuits ordinaires, 3 pour cent pour ceux liés à la sécurité — feux de navigation, extracteurs de cale, pompe de cale. À 12 volts, cela correspond respectivement à 1,2 et 0,36 volt.

La différence est considérable. Pour 20 A sur une distance de 5 mètres, le calcul à 3 pour cent nécessite 10 mm², tandis que le calcul à 10 pour cent n'en demande que 4 mm². Les deux peuvent être corrects — tout dépend de ce qui se trouve au bout du câble.

12 V, 3 pour cent de chute de tension

Distance mesurée simplement, doublée dans le calcul. Valeurs arrondies à la taille standard supérieure. Pour les consommateurs non critiques avec une limite de 10 pour cent, le besoin est d'environ un tiers.

24 V, 3 pour cent de chute de tension

À courant égal, la section est divisée par deux par rapport au 12 V. À puissance égale, le courant est également divisé par deux — le besoin est alors d'un quart. C'est l'argument principal en faveur du 24 V sur les grands navires.

Protection : le fusible protège le câble

L'erreur de raisonnement la plus courante en matière de protection est de considérer le fusible comme une protection pour l'appareil. C'est une protection pour le câble. Sa fonction est d'empêcher qu'un câble ne devienne si chaud en cas de défaillance que son isolation fonde — avec toutes les conséquences que cela implique dans une coque de bateau.

Il en découle la seule règle stricte de la protection : le courant nominal du fusible ne doit jamais dépasser la capacité de charge du câble protégé. La limite supérieure est ainsi fixée. Vers le bas, c'est le consommateur qui décide : le fusible doit supporter le courant de fonctionnement, y compris les pointes de démarrage, sans disjoncter.

Les courants de démarrage sont gérés par la caractéristique du fusible, et non par une valeur nominale plus élevée. Un fusible temporisé encaisse le courant d'appel d'une pompe ; augmenter la valeur nominale, en revanche, annule la protection du câble.

Il faut également noter que la capacité de charge d'un câble ne dépend pas seulement de sa section, mais aussi de son environnement. Un même câble supporte moins dans un compartiment moteur que dans une armoire bien ventilée, et moins s'il est groupé que s'il est posé individuellement.

Le fusible principal doit être placé à la batterie

Un fusible ne protège que ce qui se trouve après lui. Le câble avant lui est non protégé — et entre la batterie et le tableau électrique, il s'agit précisément du câble le plus épais du bateau, avec le courant de court-circuit le plus élevé possible. S'il s'use par frottement, aucun fusible sur le tableau ne pourra intervenir, car il ne se trouve pas sur le circuit défectueux.

C'est pourquoi le fusible principal doit être placé aussi près que possible de la borne positive. La norme ABYC E-11.12.1.1.1 fixe cette limite à 7 pouces, soit 17,8 cm du point de connexion, et philippi l'applique sans exception, même si le câble passe dans un fourreau de protection. Seuls les câbles allant vers le démarreur sont exemptés — le courant de démarrage ferait sauter n'importe quel fusible raisonnable.

AvertissementUn fusible doit non seulement détecter le courant de court-circuit, mais aussi être capable de l'interrompre. Cette valeur s'appelle le pouvoir de coupure. Les fusibles ANL et MRBF se situent à environ 10 000 A en 12 V, la Class T jusqu'à 20 000 A — et cette valeur est divisée par environ deux si la tension est doublée. Pour les parcs de batteries au lithium avec une résistance interne très faible, ce n'est pas qu'un point théorique.

Planifier le tableau électrique

Un tableau électrique est l'endroit où les erreurs de conception se paient le plus cher, car il est fixé durablement. La planification se déroule en quatre étapes : regrouper les consommateurs, prévoir un circuit par groupe, déterminer la section et le fusible par circuit, prévoir une marge de réserve.

Les consommateurs liés à la sécurité bénéficient toujours d'un circuit séparé — la pompe de cale, les feux de navigation et la radio ne doivent pas être coupés si un fusible saute ailleurs. Pour la même raison, ils ne sont idéalement pas placés derrière une gestion de batterie capable de déconnecter complètement le parc de batteries en cas de défaillance.

Il est recommandé de prévoir 20 à 30 pour cent de circuits libres en réserve. Les modifications ultérieures sont complexes sur des tableaux fixes, et il y a presque toujours de nouveaux besoins.

Erreurs typiques

• Calculer sur la longueur de câble simple au lieu du double. Résulte en une section divisée par deux et une chute de tension doublée.
• Dimensionner uniquement selon la capacité de charge. Sur de longues distances, la chute de tension est le critère le plus strict, souvent de plusieurs fois.
• Choisir le fusible en fonction de l'appareil. Il protège le câble ; la valeur nominale ne doit jamais dépasser sa capacité de charge.
• Fusible principal dans le tableau plutôt qu'à la batterie. Le câble le plus dangereux reste alors non protégé.
• Ignorer le pouvoir de coupure. Un fusible incapable d'interrompre le courant de court-circuit risque de se souder.
• Interrupteur principal avant le fusible. Le tronçon de câble le plus épais reste alors non protégé.
• Absence de circuits de réserve. La partie la plus économique de la planification si elle est prévue dès le départ.

Normes et règlements

La norme ISO 13297:2020 fait autorité ; depuis cette version, elle couvre les installations en courant continu jusqu'à 50 V et les installations en courant alternatif monophasé jusqu'à 250 V. Elle exige au point 5.5 une chute de tension calculée d'au plus 10 pour cent de la tension nominale et autorise, au point 5.6, 3 pour cent pour les équipements liés à la sécurité. Le point 5.3 impose des dispositifs de protection à la source de courant, capables d'interrompre les surcharges avant que l'isolation ne soit endommagée. L'ISO 10133, précédemment en charge du côté courant continu, a été retirée fin 2020.

En Amérique du Nord, la norme ABYC E-11 régit les mêmes questions de manière plus détaillée et est souvent utilisée comme référence en Europe — notamment pour les règles de distance du fusible principal et pour les tableaux de capacité de charge, qui distinguent les poses à l'intérieur et à l'extérieur des compartiments moteurs. La section minimale y est de 16 AWG, soit environ 1,3 mm².