Loi de Joule
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La loi de Joule, du nom de James Prescott Joule qui a découvert cet effet en 1840, quantifie la puissance dissipée sous forme de chaleur lorsqu’un courant traverse un conducteur résistif : P = R × I² = U × I = U²/R. L’énergie dissipée sur une durée t est W = P × t (en joules).
Applications pratiques de la loi de Joule
| Cas concret | Calcul | Résultat / impact |
|---|---|---|
| Résistance de chauffage 2 kW sous 230 V | R = U²/P = 230²/2000 = 26,45 Ω → I = U/R = 8,7 A | 8,7 A : le guide Legrand 2024 prévoit pour le chauffage un circuit dédié en 2,5 mm² sous disjoncteur 20 A, par tranche de 4 500 W |
| Câble 2,5 mm² Cu, 10 m, parcouru de 16 A | P_perte = (ρ × L / S) × I² = (0,0172 × 10 / 2,5) × 256 | ≈ 17,6 W dissipés dans le câble (aller simple) |
| Connexion desserrée (résistance de contact 0,1 Ω) à 20 A | P = R × I² = 0,1 × 400 | 40 W → point chaud, risque d’incendie |
| Fusible | P = R × I² dans l’élément fusible | En surintensité, l’échauffement croît avec le carré du courant jusqu’à la fusion de l’élément |
| Radiateur électrique à inertie 1 500 W / 230 V | I = P/U = 1500/230 ≈ 6,5 A → R = U²/P = 35,3 Ω | 1 h de fonctionnement = 1 500 Wh = 5 400 kJ |
Contrôle thermique en installation réelle
En installation, la loi de Joule explique deux phénomènes critiques : les pertes par effet Joule dans les câbles (qui imposent le calcul de la chute de tension selon la NF C 15-100) et l’échauffement des connexions défaillantes.
Une connexion desserrée ou oxydée présente une résistance de contact anormale. Même faible, elle dissipe de la chaleur à pleine charge. Sur un circuit parcouru par 20 A, 0,1 Ω génère 40 W concentrés en un point — de quoi carboniser un bornier ou déclencher un départ de feu.
La thermographie infrarouge est la méthode de diagnostic employée par les professionnels : une caméra IR relève les points chauds anormaux sur les tableaux électriques sous charge. Un écart de température net entre deux connexions identiques et également chargées signale une résistance de contact excessive à corriger. Cette technique est utilisée lors des contrôles préventifs dans les installations tertiaires et industrielles.
Un câble enroulé dissipe sa chaleur moins efficacement qu’un câble déroulé. La résistance thermique augmente et la température du conducteur monte. Pour une rallonge utilisée enroulée à forte charge, l’échauffement peut dépasser ce que l’isolant supporte : l’enrouleur indique d’ailleurs une puissance maximale enroulé, plus faible que déroulé. Déroulez toujours complètement une rallonge avant utilisation à pleine charge.
Loi de Joule et dimensionnement des câbles
La résistance linéique d’un câble cuivre est r = ρ/S, avec ρ = 0,0172 Ω·mm²/m à 20 °C. Pour un circuit aller-retour de longueur L, la résistance totale est R = 2 × ρ × L / S. La perte de puissance est P = R × I², et la chute de tension ΔU = R × I. La NF C 15-100 limite la chute de tension à 3 % sur les circuits d’éclairage et 5 % sur les circuits de force, ce qui conditionne directement la section minimale des conducteurs sur les grandes longueurs.
FAQ — Loi de Joule en pratique
Pourquoi un câble sous-dimensionné chauffe-t-il même sans défaut ?
Parce que la puissance dissipée P = R × I² croît avec le carré du courant. Un câble 1,5 mm² parcouru de 20 A (au lieu des 16 A nominaux) dissipe (20/16)² = 1,56 fois plus de chaleur — soit un échauffement supérieur à celui pour lequel l’isolant est prévu. C’est pour cela que le calibre du disjoncteur est limité selon la section : 16 A au plus en 1,5 mm².
Comment vérifier qu’une connexion chauffe anormalement sans caméra IR ?
Sans ouvrir le tableau, certains signes alertent : odeur de chaud, plastique jauni ou déformé, appareillage tiède au toucher de sa face avant, disjoncteur qui déclenche sans raison apparente. Aucune mesure n’est à faire sur des bornes sous tension, et un ohmmètre ne se branche jamais sur un circuit alimenté. Le contrôle (resserrage hors tension, thermographie sous charge) revient à l’électricien.
L’effet Joule dans un câble est-il récupérable ?
Non. La chaleur dissipée par un câble est une perte sèche, non récupérable dans le circuit électrique. C’est pourquoi on cherche à minimiser la résistance des conducteurs (grandes sections, connexions soignées, raccourcissement des parcours) pour maximiser l’énergie utile transmise à la charge.
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