Chauffage électrique, fil pilote et chauffe-eau : cours et exercices

Un pavillon tout électrique, c'est facilement 8 000 W de radiateurs et un ballon de 200 litres : à eux seuls, ces deux postes pèsent plus lourd que tout le reste du tableau. L'électricien qui les câble doit donc savoir trois choses : répartir la puissance sur des circuits correctement dimensionnés, raccorder la commande (fil pilote, programmateur, contacteur jour/nuit) sans la mélanger avec la puissance, et expliquer au client comment tout cela se pilote. C'est aussi un sujet fréquent à l'épreuve pratique du CAP électricien, où l'on vous demande de câbler un contacteur heures creuses ou un départ chauffage avec son fil pilote.

Ce cours s'appuie sur la NF C 15-100 dans sa version 2024, dont la partie 10 traite des logements. Il complète le cours sur le tableau électrique d'un logement, qui présente l'ensemble des circuits : on se concentre ici sur le chauffage et l'eau chaude.

Circuits de chauffage électrique : sections et calibres

Un radiateur électrique est une résistance : il absorbe sa puissance nominale tant que son thermostat demande de la chaleur, parfois pendant des heures. On ne le branche donc jamais sur un circuit de prises. La norme range l'« appareil de chauffage électrique » parmi les usages qui exigent un circuit spécialisé, c'est-à-dire un circuit qui ne sert qu'à cela, avec son disjoncteur au tableau.

Plusieurs radiateurs peuvent partager un même circuit de chauffage. Ce qui est limité, c'est la puissance totale raccordée, en fonction de la section des conducteurs et du calibre du disjoncteur (article 10.1.7.7.2 de la NF C 15-100-10).

La dernière colonne n'est pas dans la norme : c'est le calcul I = P / U qui permet de comprendre le tableau. Pour 4 500 W sous 230 V, I = 4 500 / 230 = 19,6 A, juste sous les 20 A du disjoncteur. Un radiateur étant résistif, son cos φ vaut 1 et la formule s'applique sans correction. Ces valeurs concernent les convecteurs et panneaux rayonnants en 230 V ; les planchers chauffants ont leur propre ligne dans le tableau de la norme, avec des puissances plus faibles à section égale.

Sur chantier, on retient presque toujours le circuit en 2,5 mm² sous 20 A, et on en crée autant qu'il faut. Pour un logement de 7 500 W de radiateurs, 7 500 / 4 500 = 1,67 : il faut deux circuits. On les découpe par zone de vie, par exemple un circuit « jour » pour le séjour et la cuisine, un circuit « nuit » pour les chambres, ce qui prépare la programmation. Le dimensionnement se vérifie ensuite en chute de tension si le radiateur est loin du tableau ; la méthode est dans le cours sur les sections de câble et la chute de tension. Pour le choix du calibre radiateur par radiateur, voyez aussi notre article Quel disjoncteur pour un radiateur électrique ?

Côté protection différentielle, les circuits de chauffage sont, comme tous les circuits terminaux du logement, en aval d'un dispositif différentiel 30 mA, de type A ou AC. Deux règles leur sont propres. D'abord, pour choisir le calibre de l'interrupteur différentiel par la méthode dite « par l'aval » (son calibre doit être au moins égal à la somme pondérée des calibres des disjoncteurs qu'il alimente), les disjoncteurs du chauffage direct et de l'eau chaude comptent pour 1 fois leur calibre (comme ceux d'une borne de recharge), contre 0,5 pour les autres usages : ces appareils fonctionnent longtemps et en même temps. Ensuite, lorsque les radiateurs sont commandés par fil pilote, tous les circuits de chauffage d'une même zone de pilotage, fil pilote compris, sont placés sous le même différentiel.

Raccorder un radiateur électrique

Un radiateur fixe se raccorde sur une sortie de câble, pas sur une prise de courant. Son cordon comporte en général trois conducteurs : la phase (marron), le neutre (bleu ou gris) et le fil pilote (noir). Beaucoup de radiateurs sont de classe II, repérée par le double carré : ils n'ont pas de conducteur de protection. Le vert-et-jaune arrive tout de même dans la boîte, où il reste en attente, isolé, car le circuit doit pouvoir recevoir un jour un appareil de classe I.

Deux pièges guettent le débutant. Le fil noir du radiateur n'est pas une terre : relié à la borne de terre, il met le fil pilote en défaut et fait déclencher le différentiel dès qu'un ordre est envoyé. Et si l'installation n'a pas de fil pilote, le fil noir ne se raccorde à rien : on l'isole dans une borne, et le radiateur fonctionne en mode confort, piloté par son seul thermostat.

Dans la salle de bains, le sèche-serviettes est lui aussi alimenté par un circuit spécialisé de chauffage, et son emplacement dépend des volumes : un appareil de chauffage n'est admis en volume 2 que s'il est de classe II, jamais en volume 1. Les règles sont détaillées dans le cours sur les volumes de la salle de bains.

Le fil pilote et ses six ordres

Le fil pilote est un conducteur de commande, en 1,5 mm², qui part d'un programmateur ou d'un gestionnaire d'énergie placé au tableau et relie tous les radiateurs d'une zone. Il ne transporte pas de puissance : il porte un signal, fabriqué à partir de la tension du secteur, que l'électronique de chaque radiateur décode. Selon le signal, le radiateur garde sa consigne, l'abaisse ou s'arrête. Le thermostat du radiateur continue de réguler ; le fil pilote ne fait que déplacer la consigne.

Les quatre premiers ordres sont les plus anciens : on parle de fil pilote « 4 ordres ». Les deux abaissements légers sont venus ensuite et donnent le fil pilote « 6 ordres », que tous les radiateurs récents savent lire. Un radiateur 4 ordres relié à un programmateur 6 ordres ne comprend pas les ordres confort − 1 et confort − 2 ; il faut alors se limiter aux quatre ordres de base.

Pour retenir le tableau, pensez à la logique de sécurité : pas de signal, c'est le confort. Si le fil pilote est coupé ou débranché, le logement reste chauffé. C'est aussi ce qui explique la panne la plus courante en sens inverse : un radiateur qui reste bloqué en éco ou en hors gel reçoit un signal qu'il ne devrait pas recevoir, souvent parce que le programmateur est resté sur une position forcée.

Protection et sécurité du fil pilote

Le circuit du fil pilote, comme tout circuit d'asservissement tarifaire ou de gestionnaire d'énergie, se câble en 1,5 mm² et se protège par un disjoncteur de 2 A. Cela crée une situation que l'apprenti doit avoir en tête à chaque intervention : quand on coupe le disjoncteur 20 A d'un circuit de chauffage, la phase et le neutre du radiateur sont hors tension, mais le fil pilote peut encore être à 230 V, puisqu'il dépend d'un autre disjoncteur. Avant d'ouvrir une boîte de raccordement, on coupe aussi le disjoncteur du programmateur, puis on vérifie l'absence de tension sur les trois conducteurs. La bonne pratique consiste à repérer cette particularité au tableau et dans les boîtes.

Programmation, gestionnaire d'énergie et délestage

Trois appareils modulaires se partagent le pilotage du chauffage, du plus simple au plus complet.

Le programmateur fil pilote envoie les ordres selon un horaire : confort le matin et le soir, éco la journée et la nuit, hors gel pendant les vacances. Il gère une, deux ou trois zones ; chaque zone a son fil pilote et, comme on l'a vu, ses circuits regroupés sous un même différentiel.

Le délesteur surveille le courant total de l'installation, avec un tore placé sur l'arrivée ou grâce aux informations du compteur. La puissance souscrite fixe la limite : dans la convention du distributeur, 30 A pour 6 kVA, 45 A pour 9 kVA, 60 A pour 12 kVA en monophasé (voir le cours sur le comptage et la puissance souscrite). Si le four, la plaque, le chauffe-eau et les radiateurs fonctionnent ensemble, cette limite est dépassée : le disjoncteur de branchement, ou le compteur communicant lui-même, coupe, et tout le logement se retrouve dans le noir. Le délesteur évite cela : dès que le courant approche du seuil, il coupe pendant quelques minutes les circuits déclarés non prioritaires, typiquement une zone de chauffage, puis les remet en service quand la pointe est passée. Avec des radiateurs à fil pilote, il n'ouvre pas le circuit de puissance : il envoie simplement l'ordre arrêt. Le principe et les schémas de câblage sont développés dans notre article sur le délesteur électrique.

Le gestionnaire d'énergie réunit les deux fonctions et en ajoute une troisième : il programme par zone, il déleste, et il tient compte du tarif en cours. Il reçoit pour cela la télé-information client (TIC) du compteur, une liaison sur laquelle le compteur émet la consommation et la période tarifaire en cours. Certains modèles comportent aussi une sortie pour commander le chauffe-eau en heures creuses.

L'intérêt du délestage est concret pour le client : un logement dont la somme des puissances dépasse largement 9 kVA peut souvent conserver un abonnement de 9 kVA, parce que tous les appareils ne tournent jamais ensemble très longtemps et que l'inertie thermique du logement masque une coupure de chauffage de quelques minutes.

Le chauffe-eau électrique : circuit et raccordement

Le chauffe-eau à accumulation est une cuve isolée dans laquelle une résistance chauffe l'eau, sous le contrôle d'un thermostat. Un ballon domestique de 200 litres a une puissance de l'ordre de 2 200 W, soit I = 2 200 / 230 = 9,6 A. La norme lui attribue un circuit spécialisé en 2,5 mm² protégé par un disjoncteur de 20 A, quelle que soit sa puissance dans cette gamme : la section est imposée par le tableau de la norme, pas par le seul calcul du courant.

Où le poser dans une salle d'eau

La règle de base est simple : un chauffe-eau à accumulation s'installe hors volume. Si les dimensions de la pièce ne le permettent pas, la norme l'admet dans le volume 2, et même dans le volume 1 à condition qu'il soit de type horizontal et placé le plus haut possible. Un chauffe-eau instantané peut être installé dans les volumes 1 et 2 s'il est alimenté directement par un câble, sans boîte de connexion dans ces volumes.

Le raccordement électrique

Le chauffe-eau à accumulation est alimenté par l'intermédiaire d'une boîte de connexion accessible, dont l'indice de protection correspond au volume où elle se trouve ; la liaison entre la boîte et l'appareil doit être la plus courte possible. On raccorde trois conducteurs sous le capot : la phase et le neutre sur le bornier du thermostat, le conducteur de protection vert-et-jaune sur la borne de terre de la cuve. Ce dernier n'est jamais facultatif : le chauffe-eau est un appareil de classe I dont la cuve métallique est pleine d'eau. On ne ferme le disjoncteur qu'une fois la cuve pleine, robinet d'eau chaude ouvert jusqu'à ce que l'eau coule sans air : une résistance alimentée à sec est détruite.

Le thermostat assure deux fonctions. La régulation coupe la résistance quand l'eau atteint la consigne. La sécurité thermique, à réarmement manuel, coupe définitivement en cas de surchauffe : si un client n'a plus d'eau chaude alors que le circuit est sous tension, c'est l'un des premiers points à contrôler, après avoir consigné. On ne baisse pas le réglage d'usine du thermostat : une eau stockée tiède favorise le développement des légionelles.

Enfin, la résistance se contrôle à l'ohmmètre, circuit consigné, directement sur ses bornes et un fil débranché : R = U² / P. Pour 2 200 W, R = 230² / 2 200 ≈ 24 Ω. Une valeur infinie signale une résistance coupée ; un isolement faible entre la résistance et la cuve, mesuré au contrôleur d'isolement, explique un différentiel qui déclenche. Ces diagnostics sont décrits dans notre article Chauffe-eau qui fait disjoncter : causes et solutions, et les mesures elles-mêmes dans le cours sur les mesures en électricité.

Contacteur jour/nuit et heures creuses

Avec une option tarifaire heures pleines / heures creuses, le client paie son kilowattheure moins cher pendant 8 heures par jour. Un ballon d'eau chaude se prête parfaitement à ce décalage : il stocke. Il suffit de ne l'autoriser à chauffer que pendant les heures creuses, et c'est le rôle du contacteur heures creuses, appelé aussi contacteur jour/nuit.

Le compteur fournit l'information. Il possède un contact sec, entre deux bornes repérées C1 et C2, qui se ferme pendant les heures creuses et s'ouvre pendant les heures pleines. Ce contact, protégé par un petit fusible dans le compteur, n'est pas fait pour alimenter un chauffe-eau : il ne commande que la bobine du contacteur. C'est le contacteur, avec ses contacts de puissance, qui établit et coupe les 9,6 A du ballon.

Le câblage se lit en deux circuits distincts.

Le circuit de commande. Un disjoncteur de 2 A alimente la bobine en 1,5 mm². La phase part du disjoncteur vers la borne C1 du compteur ; elle revient de la borne C2 vers la borne A1 de la bobine. Le neutre va directement du disjoncteur à la borne A2. Quand le compteur ferme son contact, la bobine est sous 230 V et le contacteur colle.

Le circuit de puissance. Le disjoncteur de 20 A alimente les bornes amont des contacts (1 et 3) ; les bornes aval (2 et 4) partent vers le chauffe-eau en 2,5 mm², avec le conducteur de protection qui, lui, ne passe pas par le contacteur. Le contacteur est bipolaire : il coupe la phase et le neutre.

En façade, une manette à trois positions donne la main à l'occupant : 0 (arrêt, pour une absence prolongée), Auto (fonctionnement en heures creuses) et I (marche forcée, quand la cuve est vide en fin de journée). Sur la plupart des modèles, la marche forcée retombe d'elle-même en automatique au passage suivant en heures creuses. L'usage est décrit dans notre article Comment passer un chauffe-eau en marche forcée ?, et le fonctionnement complet du composant dans Le contacteur jour/nuit, tout savoir.

Un point d'actualité à connaître : les plages d'heures creuses évoluent. Depuis novembre 2025, et progressivement jusqu'à fin 2027, les clients gardent 8 heures creuses par jour, dont au moins 5 heures consécutives la nuit, le reste pouvant être placé l'après-midi, entre 11 h et 17 h, pour profiter de la production solaire. Pour l'électricien, rien ne change dans le câblage : le contact du compteur suit les nouvelles plages. En revanche, un ballon peut désormais chauffer en deux fois, et il faut en tenir compte quand on calcule son temps de chauffe.

Pour aller plus loin (bac pro et BTS)

Énergie et temps de chauffe d'un ballon. L'énergie nécessaire pour chauffer un volume d'eau V (en litres) d'un écart de température Δθ (en °C) vaut E = 1,163 × V × Δθ, en wattheures. Le coefficient vient de la capacité thermique massique de l'eau, 4 186 J/(kg·°C), divisée par 3 600. Pour 200 L de 15 °C à 65 °C : E = 1,163 × 200 × 50 = 11 630 Wh, soit 11,63 kWh. Avec une résistance de 2 200 W, le temps de chauffe est t = E / P = 11,63 / 2,2 ≈ 5,3 h, hors pertes de la cuve. On comprend pourquoi les fabricants associent puissance et capacité : le ballon doit se recharger entièrement pendant les heures creuses.

Chauffe-eau triphasé. Les gros ballons existent en triphasé 400 V, avec trois résistances identiques. Le courant en ligne vaut I = P / (√3 × U). Pour 3 000 W : I = 3 000 / (1,732 × 400) ≈ 4,3 A par phase, contre 13 A en monophasé. La charge est répartie sur les trois phases et le neutre ne transporte aucun courant. Beaucoup de modèles sont « tous courants » : des barrettes sur le bornier permettent de coupler les résistances pour le 230 V monophasé ou le 400 V triphasé. Les relations sont celles du cours sur le monophasé et le triphasé.

La forme des signaux du fil pilote. Les ordres hors gel et arrêt s'obtiennent en ne laissant passer qu'une demi-alternance de la tension du secteur, ce que fait une simple diode. La valeur efficace d'une sinusoïde redressée en simple alternance vaut Û / 2, soit 325 / 2 ≈ 163 V, et sa valeur moyenne Û / π ≈ 103,5 V. Un multimètre ne sait pas distinguer l'alternance positive de la négative : en position alternatif, il indique une tension intermédiaire, nettement inférieure à 230 V, qui dépend de sa technologie. Pour identifier l'ordre avec certitude, il faut un oscilloscope ou un testeur de fil pilote.

Plancher rayonnant électrique. Pour les planchers chauffants, la norme impose une protection par dispositif différentiel 30 mA, prévue pour une puissance assignée des éléments chauffants au plus égale à 7,5 kW en 230 V ou 13 kW en 400 V par différentiel. Au-delà, on répartit les trames sur plusieurs différentiels.

Réglementation thermique. Dans le neuf, la RE2020 demande que l'installation de chauffage comporte un ou plusieurs dispositifs d'arrêt manuel et de réglage automatique en fonction de la température intérieure du local, et que les occupants soient informés de leur consommation par usage (chauffage, eau chaude sanitaire, prises, etc.). Le gestionnaire d'énergie et les tores de mesure au tableau répondent à ces deux exigences. La partie 8-1 de la NF C 15-100, consacrée à l'efficacité énergétique, cite d'ailleurs le gestionnaire d'énergie parmi les mesures simples.

Les erreurs qui reviennent

Relier le fil pilote à la terre, ou le laisser dénudé dans la boîte. Le fil noir est un conducteur actif : il se raccorde au fil pilote de l'installation, ou s'isole s'il n'est pas utilisé.

Oublier que le fil pilote reste sous tension quand on a coupé le seul disjoncteur du circuit de chauffage. On coupe aussi le 2 A du programmateur et on vérifie l'absence de tension.

Surcharger un circuit. Remplacer deux radiateurs de 1 000 W par deux de 2 000 W sur un circuit qui en alimente déjà un troisième fait vite dépasser 4 500 W. On refait la somme des puissances à chaque modification.

Faire passer la puissance du chauffe-eau par le contact du compteur, ou alimenter la bobine du contacteur depuis le disjoncteur 20 A. Commande et puissance sont deux circuits, avec chacun sa protection : avant de toucher au contacteur, on coupe les deux disjoncteurs et on vérifie l'absence de tension sur la bobine comme sur les contacts.

Répartir les radiateurs d'une même zone de fil pilote sous deux différentiels. Le signal du fil pilote se referme par le neutre : s'il part d'un différentiel et revient par un autre, chacun voit un courant de fuite et des déclenchements intempestifs apparaissent. C'est la raison de la règle « une zone de pilotage, un différentiel ».

Oublier la terre du chauffe-eau ou le brancher sur une prise. C'est un appareil de classe I, sur circuit spécialisé, raccordé par une boîte de connexion.

Exercices corrigés

Les quatre premiers exercices sont du niveau CAP, les deux suivants du niveau bac pro, l'exercice 7 du niveau BTS, le dernier du niveau bac pro et BP. Cherchez avant d'ouvrir le corrigé.

Exercice 1. Un circuit de chauffage alimente trois panneaux rayonnants de 1 000 W, 1 500 W et 1 500 W. Calculez le courant à pleine charge, puis choisissez la section et le disjoncteur.

Exercice 2. Un appartement est chauffé par 7 500 W de radiateurs. Combien de circuits en 2,5 mm² sous 20 A faut-il au minimum, et quel courant parcourt chacun si la puissance est répartie également ?

Exercice 3. Sur le bornier d'un radiateur, vous mesurez 230 V en permanence entre le fil pilote et le neutre. Quel ordre le radiateur reçoit-il ? Que se passe-t-il si vous débranchez le fil pilote ?

Exercice 4. Un chauffe-eau de 200 L porte la plaque 2 200 W, 230 V. Calculez son courant et la valeur de sa résistance, puis indiquez la section et le calibre de son circuit.

Exercice 5 (bac pro). Le même ballon de 200 L doit passer de 15 °C à 65 °C. Calculez l'énergie nécessaire et le temps de chauffe avec la résistance de 2 200 W, pertes négligées.

Exercice 6 (bac pro). Un logement a un abonnement de 9 kVA en monophasé. Un soir d'hiver fonctionnent en même temps : 6 000 W de chauffage, le chauffe-eau de 2 200 W en marche forcée, une plaque de cuisson qui absorbe 4 000 W et un four de 2 500 W. L'alimentation va-t-elle être coupée ? Que fait un délesteur réglé sur la zone de chauffage ?

Exercice 7 (BTS). L'ordre hors gel est une demi-alternance du secteur 230 V, 50 Hz. Calculez la valeur maximale, la valeur efficace et la valeur moyenne (en valeur absolue) de ce signal.

Exercice 8 (bac pro et BP). Un tableau comporte trois circuits de chauffage direct protégés chacun par un disjoncteur de 20 A, un circuit chauffe-eau de 20 A et deux circuits de prises de 16 A. On voudrait les placer sous un seul interrupteur différentiel de 63 A. Vérifiez par la méthode « par l'aval » et proposez une répartition.

Sources

• Hager, Installation électrique dans l'habitat, guide réglementaire et normatif (mise à jour NF C 15-100 2024) : sections et calibres par circuit, protection différentielle, chauffe-eau en salle de bains.
• Legrand, fiche technique d'un thermostat d'ambiance fil pilote : les six ordres et les abaissements de consigne associés.
• Enedis, notice d'utilisation du compteur Linky triphasé : contact sec, fusible du contact et télé-information client ; le repérage C1 et C2 des bornes vient de la note Sorties de télé-information client.
• Qubino, notice d'un module fil pilote : forme des signaux des six ordres (demi-alternances, 3 s et 7 s toutes les 5 minutes).
• Commission de régulation de l'énergie, Focus sur l'évolution du placement des heures creuses (6 février 2025) : répartition des 8 heures et calendrier de déploiement.

Tous les cours d'électricité, du CAP au BTS