SCHMITT Mathieu Compte rendu du prosit Ne vendons pas la peau

SCHMITT Mathieu
Compte rendu du prosit
Ne vendons pas la peau de l’ours
Objectifs de ce Prosit :
- Connaître le rapport entre les électrons et la chaleur.
- Connaître les formules et calculs permettant de connaître la consommation d’un PC.
- Savoir relier les appareils électroniques à un disjoncteur.
- Savoir gérer un réseau en fonction de la consommation.
- Connaître les variations de consommation d’énergie d’un PC.
- Connaître et savoir maîtriser les pertes d’énergie (fuite et perte de chaleur)
- Connaître les différents constituants d’un montage (système) électrique.
Définitions des mos clés :
Disjoncteur :
Un disjoncteur est un organe électromécanique, voire électronique, de protection, dont la fonction est
d'interrompre le courant électrique en cas d'incident sur un circuit électrique. Il est capable d'interrompre un
courant de surcharge ou un courant de court-circuit dans une installation. Suivant sa conception, il peut surveiller un
ou plusieurs paramètres d'une ligne électrique. Sa principale caractéristique par rapport au fusible est qu'il est
réarmable (il est prévu pour ne subir aucune avarie lors de son fonctionnement).
Câble terre :
La terre électrique est un concept qui représente le sol (la masse terreuse, d'où le nom de "terre") tout en le
considérant comme conducteur et, par convention, au potentiel zéro volt. Le câble terre permet d’évacuer l’énergie
lors d’une surtension et ainsi éviter tout dommages éventuels.
Puissance réactive :

Il s'agit de la puissance utilisée par certains appareils pour créer un champ électromagnétique. Elle s'exprime
en VAr ou VAR, abréviation de "volt-ampère-réactif".
Les réseaux électriques à courant alternatif fournissent l'énergie apparente qui correspond à la puissance apparente
(ou puissance appelée). Cette énergie se décompose en deux formes d'énergie :
- l'énergie active, transformée en énergie mécanique (travail) et en chaleur (pertes),
- l'énergie réactive, utilisée pour créer des champs magnétiques.
mA, A, V, W :
- A : Ampère, exprime l’intensité I dans un circuit (unité du système international).
- mA : 10-3 Ampère
- V : Volt, exprime la tension dans un circuit (unité du système international).
- W : Le watt est une unité de puissance. On peut trouver sa valeur grâce a cette formule :
P(t) – puissance en fonction de t - (Watt).
U(t) – tension électrique en fonction de t - (Volt).
I(t) – courant électrique en fonction de t - (Ampère).
Chaleur :
Le flux d’électricité qui circule dans les semi-conducteurs est toujours accompagné par une perte d’énergie,
laquelle se transforme ensuite en chaleur (effet joule). Lorsque les conditions climatiques sont défavorables, cette
variation de température dans les composants, peut augmenter de manière significative.
Crête de démarrage :
Temps (sec)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 3 6 9
12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57
Démarrage
Fonctionnement
Mise
en
veille
Redémarrage
des
disques
Consommation d'une UC (220V alt.)
Intensité (mA)

Lorsqu’un ordinateur démarre, on observe un pic de l’intensité, celui-ci fait une crête et revient à la normal
très rapidement. (2.6 fois la valeur nominale) Lorsqu’un périphérique sort de veille, on observe aussi une crête, on
peut donc en déduire que ce dernier utilise un maximum de puissance dès qu’il est sollicité et démarre. (P= U*I où U
est une constante = 220 Volts)
Fuite :
Une fuite de courant peut être occasionnée par un défaut d’isolation d’un conducteur qui se met à toucher
un élément en contact avec la terre (soit naturellement comme un vieux mur de pierres, soit relié électriquement à
un fil de terre lui même en contact avec un pieu métallique enfoncé dans le sol).
Dès qu’il y a une fuite de courant, une partie du courant sera déviée par la terre (flèche verte) et l’intensité qui va
traverser le fil neutre (flèche bleue) sera différente de celle qui traverse le fil de phase (flèche rouge).
Un exemple typique de fuite de courant est un fil de machine à laver qui se met à toucher la
carcasse métallique. A cause des mouvements de la machine, l’isolant du fil s’use et un jour, le fil à
nu entre en contact avec la carrosserie.
 Comment alimenter 152 PC sans faire sauter le disjoncteur ?
Axe de travail
- La consommation réelle d’un PC
TP : Mesure de la consommation d’un ordinateur dans divers cas de figure (en charge, au repos, au démarrage)
Nous avons utilisés le mutimètre pour mesurer l’intensité du courant pour alimenter l’alimentation 400 W de nos
chères ordinateurs ! ;)
Au repos, nous obtenons :
 P = U*I = 220*0.7= 154 Watts
En charge, avec Firefox, Windows Media Player et un bench (3dmark2006) de lancés, nous obtenons :
 P = U*I = 220*1.6 = 352 Watts
Nous observons par le biais de cette expérience que la consommation en watts d’un PC varie au cours du temps,
cependant nous n’avons malheureusement pas été en mesure d’observer la crête de démarrage (Multimètre peu
efficace ???)

D’autres tests réalisés sur Internet affirment nos dires.
Par ailleurs, la puissance de certains périphériques de nos ordinateurs peuvent faire varier la consommation de
manière flagrande !
L’exemple le plus approprié est celui de la carte graphique :
Rien que sur le bureau Windows, une 8800 GTX consomme 50 watts de plus qu’une X1950 Pro, cet écart
montant à 92 watts en 3D. Autant ce dernier chiffre est compréhensible, autant en 2D il semble que des efforts
soient à faire afin de limiter une consommation qui n’est pas vraiment justifiée. Le fait de passer en SLI augmente
notablement la charge et permet de déduire la consommation d’une 8800 GTX : 82 watts en 2D, 172 watts en 3D.
Par ailleurs, un autre facteur entre en jeu : Le rendement électrique.
Le rendement électrique d'une alimentation est défini par le rapport entre la puissance entrante (côté
alternatif) et la puissance fournie à la machine (côté continu). Un rendement de 100 % signifierait que tout ce qu'on
tire de la prise de courant est intégralement converti en puissance utile pour la machine. Malheureusement rien
n'est parfait, les composants ne sont pas idéaux et ils ont tendance à chauffer sous le passage d'un courant car leur
résistance électrique n'est jamais nulle. Tout engendre des pertes électriques ou magnétiques à des niveaux plus ou
moins élevés. Parmi les plus conséquentes, il y a les pertes des transistors (découpage et PFC), des diodes Schottky,
du transformateur, etc.
Une partie de ce qui est absorbé sur le réseau est donc dégradé directement en chaleur au sein de
l'alimentation. Il faut éviter les alimentations à faible rendement pour 2 raisons principales. D'une part, il faudra bien
évacuer cette chaleur inutile ce qui impose une bonne ventilation et donc potentiellement du bruit, et d'autre part,
vous payez bien évidemment cette puissance perdue. Voici un exemple typique entre 2 alimentations de rendement
différent :
Dans notre cas, si l’on considère que notre alimentation à un rendement moyen de 75 %, la consommation
demandés par la machine serait donc de :
Au repos :

Conso = P*rendement = 154*0.8 = 122 watts, ainsi 32 Watts de power sont dégradés en chaleurs !!
En charge :
Conso = P*rendement = 352*0.8 = 282 Watts, ainsi 70 Watts de power sont dégradés en chaleur !!
- Fonctionnement des électrons :
Un atome est un véritable mini-micro système planétaire, avec un soleil au centre (le noyau) et des planètes qui
gravitent autour (Les électrons). Ce système est en équilibre, ce qui signifie que les charges que représentent les
électrons (ils sont négatifs), équilibrent parfaitement celles du noyau (il est positif) le plus et le moins s'attirent, et
les électrons devraient - théoriquement - s'écraser sur le noyau (force de gravitation) mais les électrons tournent
autour du noyau, et la force centrifuge les tient éloignés. Quoi qu'il en soit, tel quel, ça marche très bien. Bien
évidemment plus un électron sera près du noyau, plus la force le retenant sur son orbite sera importante, au
contraire un électron situé à l'extrême périphérie, ne sera que faiblement lié au noyau et dans certain cas, il pourra
même s'en échapper.
L'électricité, ou courant électrique, est définie par un flux net d'électrons, d'ions ou de trous d'électrons (défauts
ponctuels des cristaux). Dans le cas d'un métal conducteur (tel qu'un fil électrique classique), le courant électrique
est constitué par le mouvement des électrons libres (charges négatives) tandis que les noyaux des atomes (charges
positives) restent fixes dans la structure du métal. Par analogie, on peut comparer le courant électrique au
déplacement de moutons (électrons) dans une direction alors que le berger (noyau atomique) reste immobile.
Ce sont les électrons qui sont la cause directe de l’effet joule :
La loi de Joule décrit le phénomène appelé l'effet Joule : l'énergie calorifique E (en joule) dégagée par un
conducteur électrique de résistance R (en ohm) traversé par un courant d'intensité I (ampère) pendant un temps t
(en seconde) est donnée par la relation suivante :
E = R x I² x t
L'énergie calorifique (ou chaleur) E dépend donc de 3 facteurs :
 L'intensité I du courant (le facteur le plus important puisqu'il est au carré)
 Le temps t pendant lequel circule le courant
 La résistance R du conducteur
Donc, lorsqu’un (ou tous) ces paramètres augmentent, E augmente ; la production de chaleur dégagé sera ainsi
plus élevé !
Maintenant, pour comprendre l'effet joule, il faut se rappeler ce qu'est exactement un courant électrique : c'est
un déplacement d'ensemble des électrons libres du circuit électrique dans lequel circule ce courant.
Le déplacement d'ensemble des électrons dans le matériau va faire vibrer les particules qui le constituent et,
comme nous l'avons vu précédemment, plus ces particules vibrent plus la température augmente !