Ce qui se passe vraiment quand on branche un transformateur
Au moment précis de la mise sous tension, le transformateur peut absorber un courant bref mais très élevé. Ce pic, tout à fait normal, ne dure que quelques millisecondes, mais il peut suffire à déclencher une protection électrique mal calibrée, aussi bien dans une installation domestique que dans un environnement industriel. On compare souvent ce phénomène au démarrage d’un moteur électrique. Le résultat est similaire (un fort appel de courant), mais la cause est totalement différente. Un moteur doit vaincre une inertie mécanique. Un transformateur, lui, ne bouge pas. Tout se joue à l’intérieur, dans son circuit magnétique.
Le noyau magnétique : quand il arrive à saturation
Le cœur d’un transformateur est constitué d’un noyau magnétique, généralement en fer ou en ferrite. Son rôle est de canaliser le flux magnétique créé par le courant qui traverse l’enroulement primaire.
Pour se représenter le phénomène, on peut comparer ce noyau à un réservoir. Tant qu’il n’est pas plein, il absorbe et guide le flux sans difficulté. Mais comme tout réservoir, il a une limite. Lorsque le flux magnétique devient trop important, le matériau sature. À partir de ce moment-là, le noyau ne joue plus son rôle de régulateur. Le courant n’est alors plus limité que par la résistance du fil de cuivre… qui est très faible. Résultat : l’intensité grimpe brutalement.
On distingue donc deux situations :
- Fonctionnement normal :Le flux circule correctement dans le noyau, le courant reste modéré.
- Saturation magnétique : Le noyau est “plein”, le courant n’est plus freiné et monte en flèche : c’est le courant d’appel.
Mais cette saturation ne se produit pas au hasard. Elle dépend fortement du moment où l’on met le transformateur sous tension.
L’importance du moment exact du branchement
Le courant secteur n’est pas constant : il suit une onde sinusoïdale à 50 Hz (en Europe). Selon l’instant précis où l’on actionne l’interrupteur, le comportement du transformateur peut être radicalement différent.
Deux cas extrêmes permettent de bien comprendre :
- Branchement au sommet de la sinusoïde (tension maximale) : le flux magnétique augmente progressivement. Le noyau ne sature pas. Le démarrage est doux, sans appel de courant notable.
- Branchement au passage par zéro (tension nulle) ; c’est le scénario le plus défavorable. Le flux magnétique est contraint d’atteindre une valeur beaucoup plus élevée que la normale, ce qui provoque une saturation immédiate du noyau. Le courant peut alors atteindre 10 à 50 fois sa valeur nominale.
Les effets observés :
- Branchement à Tension maximale : Démarrage fluide, pas d’appel de courant
- Branchement au Passage par zéro : Saturation profonde, courant très élevé
Et ce n’est pas tout : le transformateur peut réagir différemment selon… son passé : l’aimantation rémanente.
L’aimantation rémanente : la mémoire du métal
Lorsqu’un transformateur est mis hors tension, le noyau ne revient pas toujours à un état parfaitement neutre. Une partie du magnétisme peut rester figé dans le matériau : c’est ce qu’on appelle l’aimantation rémanente. Ce phénomène est particulièrement marqué sur les transformateurs toriques, dont le circuit magnétique est fermé et continu.
Au redémarrage, cette “mémoire” influence fortement le courant d’appel :
- Si la nouvelle polarité renforce l’aimantation résiduelle, la saturation est atteinte très rapidement (environ 2 ms).
- Si elle la compense, le noyau met beaucoup plus de temps à saturer (jusqu’à 20 ms), ce qui réduit fortement le pic de courant.
C’est la raison pour laquelle deux mises sous tension successives peuvent produire des comportements totalement différents, sans aucun changement de charge.
Effets concrets et solutions de protection
Les conséquences du courant d’appel sont bien réelles. Un pic de 16 A peut provoquer une chute de tension d’environ 20 V sur une installation locale. Cela suffit à faire clignoter l’éclairage ou perturber des équipements électroniques sensibles. Un disjoncteur ou un fusible “rapide”, ne sont pas adaptés : il disjoncterait ou fondrait instantanément, même en l’absence de défaut du transformateur. La solution consiste à utiliser une protection temporisée, tel qu'un disjoncteur “Courbe D” ou un fusible temporisé. Ils sont conçus pour supporter un pic bref tout en restant efficace en cas de surcharge prolongée.
Deux points de vigilance pour l'utilisateur :
- La résistance du primaire est déterminante : Le courant d’appel est limité uniquement par la résistance du bobinage. Un simple multimètre en mode ohmmètre permet de l’estimer.
- Choisir la bonne protection électrique : Il faut toujours prévoir une protection laissant passer le pic du courant d’appel en amont des transformateurs, un disjoncteur “courbe D” ou un fusible retardé.
