Varistance

Dans le domaine de l’électricité et de l’électrotechnique, la varistance est un composant essentiel pour la protection des circuits contre les surtensions. Ce glossaire complet vous propose une analyse approfondie de la varistance, avec sa définition, ses principes de fonctionnement, ses applications, ainsi que ses normes associées et ses avantages et inconvénients. Que vous soyez bricoleur averti, professionnel ou étudiant en électrotechnique, cette fiche vous apportera des connaissances techniques et pratiques indispensables.

Définition claire et concise

La varistance est un composant électronique non linéaire, principalement utilisé pour limiter ou supprimer les surtensions dans un circuit électrique. Elle fonctionne en modifiant sa résistance en fonction de la tension appliquée, permettant ainsi de protéger les équipements sensibles contre les pics de tension soudains. On parle également de dispositif de protection contre les surcharges transitoires.

À quoi ça sert ?

La principale fonction de la varistance est de protéger les circuits électriques et électroniques. En absorbant l’énergie des surtensions, elle empêche les dommages aux composants délicats tels que les microprocesseurs, les dispositifs de commande et autres composants électroniques. Ainsi, dans un système électrique ou électronique, la varistance assure la continuité du fonctionnement tout en garantissant la sécurité des appareils connectés.

Plus précisément, la varistance sert à :

• Protéger les équipements contre les surtensions et les transitoires.
• Réduire les risques de défaillance des circuits.
• Améliorer la durée de vie des systèmes électriques.
• Assurer une meilleure stabilité dans des environnements à forte variabilité de tension (orages, commutations de réseaux, etc.).

Comment ça fonctionne ?

Le fonctionnement d’une varistance repose sur ses propriétés non linéaires vis-à-vis de la tension appliquée. En conditions normales, lorsque la tension reste inférieure à un seuil critique, son comportement est similaire à celui d’un isolant ou d’une résistance élevée, ce qui signifie qu’elle ne laisse passer que très peu de courant. Cependant, dès que la tension dépasse un seuil défini (appelé tension nominale ou « clamping voltage »), la résistance chute brusquement, permettant ainsi au courant en excès de circuler à travers le dispositif.

Cette transition rapide permet de dévier les surtensions dangereuses, réduisant ainsi le risque de dommages pour les autres composants sensibles du circuit. En somme, la varistance joue le rôle de soupape de sécurité en absorbant et en limitant l’énergie excédentaire engendrée par des variations de tension soudaines.

Principe de fonctionnement de la varistance

À l’échelle microscopique, la varistance est généralement composée d’un mélange d’oxydes métalliques, avec principalement de l’oxyde de zinc (ZnO), qui définit ses caractéristiques non linéaires. Ce matériau est transformé en une céramique qui, une fois mis en tension, exhibe des propriétés de conduction optimisées par la structure granulaire de ses particules.

Lorsqu’une surtension se produit, la disparition rapide de la résistivité interne permet un court-circuit temporaire, canalisant ainsi la surtension vers la terre ou la source de moindre potentiel. Cette réaction dynamique assure que l’énergie excédentaire ne soit pas transmise aux composants en aval, prévenant ainsi les défaillances électriques.

Exemples d’utilisation

La varistance trouve une application très répandue dans divers secteurs. Voici quelques exemples concrets d’utilisation :

• Protection des équipements électroniques : Les dispositifs comme les téléviseurs, ordinateurs et consoles de jeux intègrent souvent des varistances dans leur alimentation pour prévenir les dommages dus aux surtensions.
• Systèmes industriels : Dans les installations industrielles, ces composants protègent les machines et les systèmes de contrôle contre les impulsions de tension qui peuvent provenir de moteurs lourds ou d’installations à courant fort.
• Réseaux de distribution électrique : Dans les réseaux de distribution, les varistances assurent une protection additionnelle aux équipements de mesure et de contrôle, en cas de perturbations dues à la foudre ou à d’autres anomalies.
• Dispositifs de télécommunications : Pour garantir la continuité du service dans les réseaux télécom, la varistance est utilisée pour contrebalancer les fluctuations de tension qui pourraient sinon endommager les équipements de transmission.

Bonnes pratiques

• Toujours dimensionner la varistance selon la tension nominale du réseau (230 V, 400 V).
• Prévoir une marge de sécurité de 10 à 15 % au-dessus de la tension de service.
• Associer la varistance à un disjoncteur ou fusible pour éviter les risques en cas de défaillance.
• Remplacer systématiquement une varistance après un choc de surtension majeur.

Erreurs fréquentes

1. Utiliser une varistance sous-dimensionnée (elle grillera dès la première surtension).
2. Croire qu’une varistance seule suffit : elle doit être intégrée dans une chaîne de protection (disjoncteurs, filtres, parafoudres).
3. Oublier le vieillissement : une varistance doit être contrôlée et remplacée périodiquement.
4. Ne pas respecter les normes IEC/UL lors du choix du composant.

Varistance / Diode transil / Parafoudre : que faut-il choisir ? 

Dans le domaine de la protection contre les surtensions, il est essentiel de comprendre que la varistance n’est pas le seul dispositif disponible. Elle coexiste avec d’autres composants tels que la diode transil (ou TVS) et le parafoudre, chacun présentant des caractéristiques propres. La varistance se distingue par sa capacité d’absorption moyenne et son coût abordable, ce qui en fait une solution polyvalente pour les alimentations d’appareils. La diode transil, quant à elle, offre une vitesse de réaction extrêmement rapide, idéale pour protéger les circuits électroniques sensibles, mais avec une capacité énergétique limitée. Le parafoudre, plus massif, est conçu pour absorber d’importantes énergies, notamment celles générées par la foudre, et constitue la protection de choix pour les installations électriques complètes. Ce tableau comparatif permet donc de visualiser rapidement les forces et limites de chaque solution afin de mieux choisir le dispositif adapté à son installation.

Normes ou mesures associées

La performance d’une varistance est souvent régie par plusieurs normes internationales et tests de mesure. Les principales caractéristiques que l’on contrôle incluent :

• Tension nominale (VRMS) : La tension à partir de laquelle le comportement non linéaire est amorcé.
• Capacité d’absorption énergétique : La quantité d’énergie que la varistance peut dissiper sans subir de dommages irréversibles.
• Courant de déviation (clamping current) : Le courant maximum que la varistance peut supporter lors d’une surtension avant que sa performance ne se dégrade.
• Normes : Les varistances doivent souvent se conformer à des normes telles que IEC 60747-18 et UL 1449, qui définissent respectivement les exigences de performance pour les composants électroniques et les dispositifs de protection contre les surtensions.

Avantages et inconvénients

Comme tout composant, la varistance présente des points forts et des limites qu’il faut considérer lors de sa mise en œuvre.

Avantages de la varistance

• Protection efficace contre les surtensions : Elle est extrêmement utile pour limiter les hausses de tension inattendues et protéger les circuits.
• Réaction rapide : Le temps de réponse de la varistance est très court, ce qui permet une réactivité immédiate en cas de surtension.
• Durabilité : Lorsqu’elle est utilisée dans des conditions adéquates, une varistance peut avoir une longue durée de vie.
• Coût modéré : Par rapport à d’autres dispositifs de protection, elle offre un excellent rapport qualité-prix pour la plupart des applications.

Inconvénients de la varistance

• Sensitivity au vieillissement : Les varistances peuvent se détériorer après une exposition répétée à des surtensions, même si chaque surtension échappe des dommages instantanés.
• Capacité énergétique limitée : Dans certains cas, l’énergie fournie par une surtension peut excéder la capacité d’absorption de la varistance, menant à une défaillance.
• Non réutilisation après endommagement : Une varistance endommagée doit être remplacée, ce qui peut engendrer des coûts de maintenance supplémentaires.

Équipements ou composants liés

Dans un système de protection contre les surtensions, la varistance fonctionne souvent en complément d’autres dispositifs et composants. Parmi ces équipements, on retrouve :

• Disjoncteurs : Ils protègent contre les surcharges et les courts-circuits.
• Filtres d’ondes : Utilisés pour atténuer les interférences haute fréquence qui peuvent se superposer aux surtensions.
• Diodes transil : Elles offrent également une protection contre les surtensions, souvent en parallèle avec la varistance dans certaines applications avancées.
• Parafoudres : Similaires aux varistances dans leur fonction, ces composants sont mis en œuvre pour rediriger l’énergie de la foudre.

Mots-clés associés

• Surtension
• Protection des circuits
• Composant électronique
• Impulsions transitoires
• Normes IEC
• Électrotechnique
• Dispositif de protection

Questions fréquentes (FAQ)

Qu’est-ce qu’une varistance et pourquoi est-elle utilisée ?

La varistance est un composant électronique non linéaire utilisé pour protéger les circuits contre les surtensions. Elle fonctionne en modifiant sa résistance lorsque la tension dépasse un seuil critique, permettant ainsi d’absorber et limiter l’énergie excessive qui pourrait endommager les autres composants électriques.

Comment choisir une varistance adaptée à mon installation ?

Pour choisir une varistance, vous devez considérer des facteurs tels que la tension nominale, la capacité énergétique, la norme à respecter (comme IEC 60747-18 ou UL 1449), et les caractéristiques spécifiques de votre installation. Une analyse détaillée du profil de surtension attendu vous aidera à sélectionner le modèle adéquat.

La varistance peut-elle être réutilisée après une surtension ?

En général, une varistance endommagée suite à une surtension excessive ne doit plus être utilisée. Même si une surtension initiale a été absorbée, l’exposition répétée aux surcharges peut dégrader progressivement ses performances, rendant son remplacement nécessaire pour continuer à assurer une protection efficace.

Quelle est la durée de vie d’une varistance dans une installation domestique ou industrielle ?

La durée de vie d’une varistance dépend de plusieurs facteurs, dont la fréquence et l’intensité des surtensions auxquelles elle est exposée. Dans une installation domestique, elle peut durer plusieurs années, tandis que dans un environnement industriel à forte variabilité de tension, un suivi régulier et son remplacement préventif s’imposent pour garantir une protection continue.

Quels autres dispositifs peuvent compléter la protection assurée par une varistance ?

Outre la varistance, il est courant de mettre en œuvre des dispositifs complémentaires tels que les disjoncteurs, filtres d’ondes, diodes transil et parafoudres. Ces équipements forment ensemble un système de protection robuste contre divers types d’anomalies électriques, assurant une stabilité et une sécurité accrues pour vos équipements.

Conclusion

La varistance est donc un composant indispensable pour assurer la protection de vos installations électriques contre les surtensions. Grâce à son principe de fonctionnement unique et à ses nombreuses applications, elle se positionne comme un acteur majeur dans la prévention des dommages potentiels causés par des fluctuations de tension. En intégrant une varistance adaptée à vos besoins, vous garantissez non seulement une meilleure sécurité pour vos équipements mais aussi une pérennité accrue de vos systèmes électriques, qu’ils soient destinés à un usage domestique ou industriel.

Glossaire

• Varistance : Composant électronique non linéaire qui protège les circuits contre les surtensions en modifiant sa résistance selon la tension appliquée.
• Surtension : Élévation brutale et momentanée de la tension électrique au-dessus de sa valeur nominale, souvent causée par la foudre, la commutation ou un défaut réseau.
• Clamping voltage (tension de claquage) : Niveau de tension au-delà duquel la varistance entre en conduction pour limiter la surtension.
• Transitoires : Impulsions électriques brèves et rapides, généralement d’origine externe (orages) ou interne (arrêt/marche de moteurs), pouvant endommager les circuits.
• Oxyde de zinc (ZnO) : Matériau semi-conducteur utilisé dans la fabrication des varistances pour ses propriétés non linéaires.
• IEC 60747-18 : Norme internationale définissant les performances et les essais des varistances à oxyde métallique.
• UL 1449 : Norme nord-américaine encadrant les dispositifs de protection contre les surtensions, incluant les varistances.
• Parafoudre : Dispositif destiné à protéger les installations électriques contre les effets directs ou indirects de la foudre.
• Diode transil (TVS) : Composant électronique similaire à la varistance, utilisé pour absorber les surtensions transitoires rapides.
• Capacité d’absorption énergétique : Quantité maximale d’énergie (en joules) qu’une varistance peut dissiper avant d’être endommagée.