Dialogue homme-machine : couleurs des boutons, voyants et IHM

Devant une machine, l'opérateur ne voit ni l'automate ni le programme. Il voit une porte d'armoire ou un pupitre : quelques boutons, deux ou trois voyants, souvent un écran. Tous les ordres et toutes les informations passent par là, et beaucoup d'erreurs de conduite s'y jouent.

Ce chapitre s'adresse aux élèves de bac pro MELEC et sert aussi de base en BTS. Il va des boutons et des voyants, avec leur code des couleurs, jusqu'au pupitre à écran tactile, ses pages et ses alarmes. L'automate lui-même est traité dans le cours sur le grafcet et l'automate programmable ; ici, on reste du côté de la porte de l'armoire.

Dialogue homme-machine : de quoi parle-t-on ?

On appelle dialogue homme-machine, ou interface homme-machine (IHM), l'ensemble des constituants par lesquels une personne et un système automatisé échangent. Dans un sens, l'opérateur donne des consignes : mettre en marche, arrêter, choisir un mode, régler une valeur, acquitter un défaut. Dans l'autre, la machine rend des comptes rendus : elle est sous tension, elle tourne, elle attend une action, elle est en défaut.

Un bouton-poussoir est une entrée de la partie commande, au même titre qu'un détecteur (voir le cours sur les capteurs et détecteurs), à ceci près qu'une personne l'actionne. Trois familles de matériel cohabitent sur les machines. Les auxiliaires de commande et de signalisation, d'abord : boutons, commutateurs, voyants, câblés fil à fil. Les terminaux de dialogue, ensuite : afficheurs et écrans tactiles reliés à l'automate par un réseau. La supervision, enfin, qui surveille tout un atelier depuis un poste informatique et que présente le cours sur les réseaux industriels et la supervision.

Boutons-poussoirs et commutateurs : les organes de commande

Une tête, un corps, des contacts

Un bouton d'armoire industrielle s'assemble en trois parties. La tête est la partie visible : elle traverse la porte par un perçage rond, le plus souvent de 22 mm de diamètre. Le corps, ou embase, se clipse derrière la porte. Les blocs de contacts se fixent sur le corps : on en met un, deux ou davantage selon le schéma.

Chaque bloc porte un contact à fermeture, noté NO (ou « F »), ouvert au repos, ou un contact à ouverture, noté NF ou NC (ou « O »), fermé au repos. Le repérage des bornes suit la règle vue pour les contacts auxiliaires dans le cours sur le contacteur et le schéma de commande : le chiffre des unités vaut 3 et 4 pour un contact à fermeture (13-14, 23-24), 1 et 2 pour un contact à ouverture (11-12, 21-22).

La tête fixe le comportement. Un bouton à impulsion revient seul à sa position de repos quand on le relâche. Un bouton à accrochage reste enfoncé jusqu'à l'action suivante. Une tête affleurante ou protégée par une collerette limite les appuis involontaires, ce qu'on recherche pour un ordre de marche ; une tête dépassante ou en forme de champignon se frappe facilement, ce qu'on recherche pour un arrêt. Pour les bases, voir l'article sur le bouton-poussoir et l'interrupteur.

Commutateurs et sélecteurs

Le commutateur, ou bouton tournant, possède deux ou trois positions, fixes (il reste là où on le met) ou à rappel (il revient au centre). On l'emploie pour choisir un mode, « auto » ou « manu », un sens, une vitesse. Le commutateur à clé réserve une position aux personnes autorisées, celle du mode de réglage par exemple.

Le sens d'un contact n'est pas un détail

Une règle de sécurité traverse tous les schémas : l'ordre de marche se donne par un contact à fermeture, l'ordre d'arrêt par un contact à ouverture. Avec un arrêt à ouverture, le fil coupé produit le même effet que l'appui sur le bouton : la machine s'arrête. Avec un arrêt à fermeture, le fil coupé rend le bouton muet, et personne ne s'en aperçoit.

Les couleurs des boutons-poussoirs selon la NF EN 60204-1

La couleur d'un bouton ne se choisit pas par habitude d'atelier. La norme NF EN 60204-1, qui traite de l'équipement électrique des machines, consacre son article 10 aux organes de commande et aux voyants. L'édition en vigueur date de 2018 ; un amendement A1 l'a complétée en 2025. Elle s'appuie sur une norme plus générale, la CEI 60073, qui fixe les principes du codage des informations par les couleurs et par des moyens complémentaires comme la forme, la position ou le clignotement.

Pour les boutons, la norme raisonne d'abord par fonction :

• Marche (départ, mise sous tension) : blanc, gris ou noir, avec une préférence pour le blanc. Le vert est admis. Le rouge est interdit.
• Arrêt (mise hors tension) : noir, gris ou blanc, avec une préférence pour le noir. Le vert est interdit. Le rouge est admis, mais il est recommandé de ne pas l'employer à proximité d'un organe d'arrêt d'urgence.
• Arrêt d'urgence et coupure d'urgence : tête rouge. Quand un fond entoure la tête, ce fond est jaune.
• Bouton qui fait alternativement marche et arrêt : blanc, gris ou noir ; le rouge, le jaune et le vert sont exclus.
• Commande à action maintenue (le mouvement dure tant qu'on appuie, comme une marche par à-coups) : blanc, gris ou noir ; le rouge, le jaune et le vert sont exclus.
• Réarmement : bleu, blanc, gris ou noir. Si le même bouton sert aussi d'arrêt, on préfère le noir, et le vert reste interdit.

Elle donne ensuite la signification de chaque couleur, pour les fonctions qui ne sont ni une marche ni un arrêt.

Deux remarques. Le couple « vert pour marche, rouge pour arrêt », très répandu, n'est pas interdit, mais ce n'est pas la préférence de la norme, qui veut réserver le rouge à l'urgence : un arrêt noir à côté d'un arrêt d'urgence rouge se lit mieux que deux boutons rouges côte à côte. Et puisque blanc, gris et noir peuvent servir à des fonctions différentes, la couleur ne suffit pas. Chaque bouton porte un marquage, sur la tête ou sur une étiquette placée à côté : un texte en français (« Marche », « Arrêt », « Réarmement ») ou un symbole normalisé, « I » pour la marche et « O » pour l'arrêt.

L'arrêt d'urgence obéit à des règles qui dépassent la couleur (accrochage, déverrouillage volontaire, catégorie d'arrêt, relais de sécurité), développées dans le cours sur la sécurité des machines et l'arrêt d'urgence. Retenez ici que la tête rouge sur fond jaune est réservée aux fonctions d'urgence.

Voyants lumineux : couleurs normalisées et signification

Un voyant ne commande rien : il informe. Il a deux rôles : l'indication, qui attire l'attention de l'opérateur ou lui demande une action, et la confirmation, qui atteste qu'un ordre a été pris en compte ou qu'un état est atteint.

Sur une armoire classique, cela donne : un voyant blanc « sous tension », un vert « en marche », un jaune pour un niveau bas ou un magasin presque vide, un bleu « réarmement attendu », un rouge pour une situation dangereuse.

Un cas fait hésiter : le défaut ordinaire, par exemple le déclenchement d'un relais thermique. La norme ne dresse pas la liste des défauts couleur par couleur : elle définit le rouge par une condition dangereuse qui exige une action immédiate, et le jaune par une condition anormale ou un état critique imminent, qui demande une surveillance ou une intervention. Un moteur arrêté par son relais thermique ne met personne en danger : d'après ces définitions, le voyant est jaune. Le voyant de défaut rouge, qu'on rencontre sur beaucoup d'armoires, relève de l'usage et non de la norme ; il ne se justifie que si le défaut crée lui-même un danger. À l'examen, répondez jaune et justifiez par la signification de la couleur ; sur un chantier, suivez le cahier des charges et restez cohérent sur toute la machine.

Le clignotement ajoute un niveau d'information. On le réserve aux cas où il faut attirer l'attention, demander une action immédiate, signaler un écart entre l'ordre donné et l'état réel, ou montrer qu'un changement d'état est en cours.

Boutons lumineux et colonnes lumineuses

Le bouton-poussoir lumineux réunit dans la même tête un bouton et un voyant. Il suit les deux tableaux à la fois ; quand le choix n'est pas évident, on prend le blanc.

La colonne lumineuse, appelée aussi balise ou verrine à étages, empile plusieurs éléments de couleur au sommet de la machine. Elle se voit de loin : c'est l'information destinée au technicien qui traverse l'atelier. Les couleurs gardent le sens du tableau des voyants, et la norme recommande de les empiler dans cet ordre, de haut en bas : rouge, jaune, bleu, vert, blanc. Une colonne ne porte que les couleurs utiles, souvent trois : rouge, jaune, vert.

Repérage sur le schéma et sur la porte

Dans les dossiers courants, la lettre S désigne les boutons et commutateurs (S1, S2), la lettre H les voyants et avertisseurs (H1, H2). Comme dans le cours sur le contacteur, S1 est ici le bouton d'arrêt et S2 le bouton de marche. Les bornes d'un voyant sont repérées X1 et X2. Le même repère se retrouve sur le schéma, sur une étiquette derrière la porte et dans la nomenclature. Les conventions de lecture sont celles du cours sur la lecture d'un schéma électrique.

Côté opérateur, ce repère technique ne sert à rien : la face avant porte le nom de la fonction, en clair et en français. « Marche convoyeur » se comprend ; « S3 » ne se comprend pas.

Câbler un bouton et un voyant sur un automate

Avec un automate programmable, le bouton et le voyant ne sont plus reliés entre eux : le bouton arrive sur une entrée, le voyant part d'une sortie, et c'est le programme qui fait le lien. On travaille presque toujours en 24 V continu, fourni par une alimentation en très basse tension : l'opérateur qui touche le pupitre n'a que du 24 V sous les doigts.

Le bouton sur une entrée

En logique positive, la plus courante en Europe, le commun des entrées est relié au 0 V. Le +24 V est distribué sur une borne de chaque bouton, et l'autre borne rejoint l'entrée. Quand le contact se ferme, un courant de quelques milliampères traverse l'entrée, sa diode témoin s'allume et le programme lit un 1.

Le bouton de marche S2, à fermeture, donne 0 au repos et 1 quand on appuie. Le bouton d'arrêt S1, à ouverture, donne 1 au repos et 0 quand on appuie. Le programme doit en tenir compte : l'auto-maintien de la marche reste vrai tant que l'entrée de S1 est à 1. Si le fil de S1 se coupe, l'entrée tombe à 0 et la machine s'arrête, exactement comme en logique câblée. Câbler l'arrêt avec un contact à fermeture et « inverser dans le programme » fait perdre cette propriété.

Le voyant sur une sortie

Le voyant H1 se raccorde entre la sortie et le 0 V : borne X1 sur la sortie, borne X2 sur le 0 V. Quand le programme met la sortie à 1, celle-ci délivre le +24 V et le voyant s'allume. On vérifie deux choses sur la notice : la tension du voyant, qui doit correspondre à celle de la sortie (un voyant 230 V ne s'allume pas en 24 V), et le courant que la sortie peut fournir, par voie et pour l'ensemble du module. Un voyant à LED ne consomme que quelques dizaines de milliampères ; une colonne lumineuse avec avertisseur sonore en demande davantage.

L'automate facilite deux fonctions. Le test des lampes : un bouton allume tous les voyants pendant quelques secondes, pour repérer celui qui est hors service. Le clignotement : le programme fait battre la sortie à partir d'un bit d'horloge, sans relais clignoteur.

Ce qui ne passe pas par l'automate

L'arrêt d'urgence ne se contente jamais d'une entrée d'automate standard. Ses contacts à ouverture agissent sur un circuit câblé, relais de sécurité ou coupure directe de l'alimentation des préactionneurs, et l'automate n'en reçoit qu'une information pour afficher le défaut et remettre le cycle en ordre.

Pupitre et terminal de dialogue : l'écran tactile

Dès qu'une machine a beaucoup d'informations à échanger, le pupitre à boutons devient une forêt de voyants. On le remplace, ou on le complète, par un terminal de dialogue : un afficheur à touches sur les petites machines, un écran tactile sur la plupart des équipements actuels.

Le terminal n'a presque pas de câblage : une alimentation 24 V et un câble de communication vers l'automate, le plus souvent en Ethernet, parfois en liaison série. Tout le reste est du paramétrage. Le technicien dessine des pages et relie chaque objet affiché à une variable de l'automate : un bit pour un bouton ou un voyant, un mot pour une valeur numérique. Appuyer sur le bouton « Marche » de l'écran revient à écrire un 1 dans un bit de l'automate.

Cette souplesse a un prix. Un bouton d'écran passe par un logiciel, un réseau et un programme : il convient pour conduire la machine, pas pour la mettre en sécurité. On garde donc en dur, à côté de l'écran, l'arrêt d'urgence, souvent le réarmement et les commandes qu'on doit trouver sans regarder. Autre limite : selon la technologie de la dalle, l'écran réagit plus ou moins bien avec des gants, ce qui se vérifie avant de choisir le matériel.

Pages et alarmes : organiser l'écran

Des pages qui se ressemblent

Une application de pupitre se découpe en pages, aussi appelées vues ou écrans. On retrouve presque toujours les mêmes : une page d'accueil, une page de conduite avec le synoptique de la machine et les commandes de production, une page de mode manuel où chaque actionneur se pilote séparément, une page de réglages (consignes, temporisations, recettes), une page d'alarmes et une page de maintenance qui montre l'état des entrées et des sorties.

La règle d'or est la constance. Le bandeau du haut affiche sur toutes les pages le nom de la page, le mode de marche, la date et l'heure, et la dernière alarme active. La barre de navigation reste au même endroit, et l'on revient à la conduite en un appui depuis n'importe quelle page.

Les pages de réglages et de maintenance sont protégées par des niveaux d'accès : l'opérateur conduit, le régleur modifie les consignes, le technicien de maintenance force une sortie ou change un paramètre de fond. Chaque niveau s'ouvre par un mot de passe. Les champs de saisie sont bornés, pour refuser une consigne hors de la plage de la machine.

Un paramétrage guidé enchaîne des pages qui posent une question à la fois, par exemple pour un changement de format : on évite qu'un opérateur oublie une étape dans une procédure qu'il exécute rarement.

Les alarmes : trois états, pas un de moins

Une alarme est un message déclenché par un bit de l'automate, qui signale un événement auquel quelqu'un doit réagir. Elle vit en trois temps, tous horodatés : elle apparaît quand le défaut survient, elle est acquittée quand l'opérateur indique qu'il l'a vue, elle disparaît quand la cause est supprimée. Acquitter ne répare rien : une alarme acquittée dont la cause est toujours présente reste affichée, simplement elle ne clignote plus. L'historique conserve la liste des alarmes passées avec leurs trois horodatages : c'est la première chose que consulte le technicien (voir le cours sur la méthode de dépannage).

On classe les messages par gravité en reprenant les couleurs des voyants. Une alarme d'urgence, qui signale un danger et demande une action immédiate, s'affiche en rouge. Un avertissement, qui signale un état anormal à traiter (niveau bas, filtre à changer), s'affiche en jaune. Une simple information (fin de lot, porte de magasin ouverte en mode manuel) reste en blanc ou en bleu et ne demande pas d'acquittement.

Un bon message dit quoi, où et que faire. « Défaut 27 » oblige à chercher le classeur ; « Défaut thermique moteur convoyeur M2 : vérifier le bourrage, réarmer F2 dans l'armoire » fait gagner dix minutes. Et l'on ne déclare en alarme que ce qui appelle une action : avec trente lignes au moindre arrêt, l'opérateur ne lit plus rien.

Ergonomie et sécurité du poste de conduite

La grille de l'INRS pour la réception des machines neuves résume l'exigence : les organes de service sont clairement visibles et identifiables, par des couleurs, des formes, des pictogrammes ou des indications en langue française ; ils sont accessibles et faciles à manœuvrer ; ils sont cohérents avec l'action à réaliser ; ils sont conçus pour éviter les manœuvres involontaires. Les normes de la série NF EN 894 détaillent ces exigences ergonomiques pour les dispositifs de signalisation et les organes de service.

En pratique :

• Grouper par fonction et dans l'ordre d'utilisation : le bouton d'arrêt à côté du bouton de marche qui lui correspond.
• Respecter le sens naturel : un bouton « montée » au-dessus du bouton « descente », un voyant au-dessus du bouton qu'il concerne.
• Voir ce qu'on commande : depuis le poste, l'opérateur s'assure que personne ne se trouve dans la zone dangereuse ; sinon, un signal sonore ou lumineux précède la mise en marche.
• Protéger la marche, dégager l'arrêt : tête affleurante ou collerette pour l'ordre de marche, tête dépassante pour l'arrêt.
• Ne pas compter sur la couleur seule : une partie des opérateurs distingue mal le rouge du vert. La position, la forme, le texte et le clignotement doublent l'information.

Trois principes de sécurité s'y ajoutent. La mise en marche ne résulte que d'une action volontaire sur l'organe prévu : ni le retour du courant, ni le réarmement, ni le déverrouillage d'un arrêt d'urgence ne font repartir la machine. L'ordre d'arrêt est prioritaire sur l'ordre de marche. Et chaque poste de travail dispose d'un organe qui permet d'arrêter la machine en sécurité.

Derrière la porte, les fils passent par une gaine souple, avec une boucle assez longue pour que la porte s'ouvre en grand sans tirer sur les bornes, et la porte métallique est reliée au conducteur de protection. C'est le métier présenté dans notre article sur le tableautier, câbleur d'armoires électriques.

Pour aller plus loin (BTS)

Dimensionner l'alimentation du pupitre. L'alimentation 24 V se calcule par un bilan des courants : automate, entrées actives, voyants, colonne, écran. On les additionne dans le cas le plus défavorable (test des lampes), on ajoute une marge, puis on retient le calibre supérieur. La notice de l'écran donne une puissance, qu'on convertit par I = P / U.

Pupitre déporté et chute de tension. À plusieurs dizaines de mètres de l'armoire, la chute de tension sur l'aller-retour en 24 V devient sensible : ΔU = R × I avec R = ρ × 2L / S, en prenant ρ = 0,023 Ω·mm²/m pour le cuivre, comme dans le cours sur les sections de câble et la chute de tension. Un volt perdu en 24 V, c'est déjà plus de 4 %. On compare la tension restante à la plage d'alimentation indiquée par la notice de l'écran.

Variables, adresses et rafraîchissement. Chaque objet de l'écran est lié à une variable définie par un nom, un type et une adresse dans l'automate. Le terminal interroge l'automate de façon cyclique : plus la page contient de variables, plus le rafraîchissement est lent. Tout l'automatisme reste dans l'automate : si l'écran tombe en panne ou si la liaison se coupe, la machine doit rester dans un état sûr. Un bit de « vie » échangé entre l'écran et l'automate permet de détecter la perte de communication.

Les erreurs qui reviennent

La première : choisir les couleurs à l'habitude. Un bouton de marche rouge est interdit, un bouton d'arrêt vert aussi. Et l'on ne mélange pas le tableau des boutons avec celui des voyants.

La deuxième : câbler l'arrêt avec un contact à fermeture sur l'entrée de l'automate. Le jour où le fil se débranche, le bouton ne fait plus rien.

La troisième : dessiner un arrêt d'urgence sur l'écran tactile, ou faire passer le vrai par une simple entrée d'automate. L'arrêt d'urgence est un organe câblé, rouge sur fond jaune, qui agit sans le programme.

La quatrième : oublier le marquage. Trois boutons noirs sans étiquette sont conformes pour la couleur et inutilisables pour l'opérateur.

La cinquième : ne pas vérifier la tension des voyants. Un voyant 230 V monté sur une sortie 24 V reste éteint ; un voyant 24 V branché sur du 230 V est détruit à la première mise sous tension.

Exercices corrigés

Les cinq premiers exercices sont de niveau bac pro, les deux derniers de niveau BTS. Cherchez avant d'ouvrir le corrigé.

Exercice 1. On rénove le pupitre d'un convoyeur. Il faut : un bouton de marche, un bouton d'arrêt, un bouton de réarmement, un arrêt d'urgence, un voyant « sous tension », un voyant « convoyeur en marche » et un voyant « réarmement attendu ». Proposez une couleur pour chacun en suivant les préférences de la NF EN 60204-1.

Exercice 2. Une colonne lumineuse porte trois éléments : rouge, jaune, vert. a) Dans quel ordre les monte-t-on de haut en bas ? b) Que comprend un technicien qui voit le jaune allumé et le vert allumé en même temps ? c) Et le rouge seul ?

Exercice 3. Sur un automate dont les entrées sont en logique positive, le bouton d'arrêt S1 (contact à ouverture) est câblé sur l'entrée I0.0 et le bouton de marche S2 (contact à fermeture) sur l'entrée I0.1. a) Quel est l'état des deux entrées au repos ? b) Pendant l'appui sur S1 ? c) Le fil qui relie S1 à I0.0 se débranche pendant que la machine tourne : que se passe-t-il ?

Exercice 4. Un pupitre porte 8 voyants à LED de 24 V DC ; la notice indique 18 mA par voyant. Ils sont raccordés à un module de sorties dont chaque voie peut fournir 0,5 A et l'ensemble du module 2 A. a) Calculez le courant d'un voyant en ampères et vérifiez la voie. b) Calculez le courant total pendant un test des lampes et vérifiez le module. c) Calculez la puissance correspondante.

Exercice 5. Sur l'écran d'une machine de conditionnement, l'alarme « Niveau bas colle » apparaît à 10 h 02. L'opérateur l'acquitte à 10 h 05, puis remplit le bac à 10 h 20. a) Décrivez l'état de l'alarme entre 10 h 02 et 10 h 05, entre 10 h 05 et 10 h 20, puis après 10 h 20. b) En quelle couleur l'afficher ? c) Que retrouve-t-on dans l'historique ?

Exercice 6 (BTS). On dimensionne l'alimentation 24 V DC d'un pupitre. Données des notices : automate 0,25 A ; 12 entrées à 7 mA chacune quand elles sont actives ; 6 voyants de 18 mA ; une colonne de 3 éléments à 40 mA chacun ; un écran tactile de 9 W. a) Calculez le courant total dans le cas le plus défavorable. b) Ajoutez une marge de 20 % et choisissez parmi les calibres 1 A, 2,5 A et 5 A. c) Quelle puissance l'alimentation fournit-elle dans ce cas ?

Exercice 7 (BTS). Le pupitre de l'exercice 6 est déporté à 40 m de l'armoire. Il consomme 0,94 A sous 24 V. La notice de l'écran exige une tension d'au moins 21,6 V. On prend ρ = 0,023 Ω·mm²/m. a) Calculez la chute de tension et la tension au pupitre avec un câble de 0,75 mm². b) Même question en 1,5 mm². c) Concluez.

Sources

• Fédération Wallonie-Bruxelles, circulaire n° 4287 du 31 janvier 2013, commandes des machines et équipements de travail : couleurs des boutons-poussoirs d'après la norme EN 60204-1, édition 2006 (tableau complet ; ces règles sont reprises dans l'édition actuelle).
• Schneider Electric, code des couleurs de signalisation selon la CEI 60204-1 : signification des cinq couleurs de voyants.
• INRS, ED 4450, Sécurité des machines CE neuves : grille de détection d'anomalies : exigences sur les organes de service et les dispositifs de signalisation.
• Éduscol STI, Concevoir et fabriquer une façade d'armoire de commande avec la normalisation : TD « Rénovation d'un pupitre de commande » et son corrigé, choix du matériel de dialogue d'un tour d'après la norme EN 60204-1.

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