Les mesures en électricité : multimètre, isolement, terre et exercices

On ne voit ni la tension, ni le courant, ni un isolant qui a pris l'humidité : tout ce que l'électricien sait de son installation, il le sait parce qu'il l'a mesuré. Encore faut-il brancher correctement l'appareil et interpréter ce qu'il affiche. Un multimètre mal branché peut provoquer un court-circuit ; une mesure de terre mal faite peut valider une terre qui ne protège personne. Ce cours de mesures électriques part des gestes du CAP et va jusqu'aux essais de mise en service pratiqués en bac pro MELEC et en BTS, avec des exercices corrigés à la fin.

Utiliser un multimètre : tension, intensité, résistance

Le multimètre rassemble un voltmètre, un ampèremètre et un ohmmètre. La règle de branchement change de l'un à l'autre, et c'est là que se produisent la plupart des accidents de débutant.

Mesurer une tension

La tension est une différence de potentiel entre deux points : on la mesure en parallèle, circuit sous tension, cordons dans les bornes COM et V/Ω, sélecteur sur V~ (alternatif) ou V= (continu). C'est une mesure sous tension : l'apprenti la fait sous la surveillance d'une personne habilitée, avec des cordons en bon état à pointes protégées et, dès que des pièces nues sous tension sont accessibles (tableau ouvert), les protections prévues (gants isolants, écran facial). Sur une prise, on lit environ 230 V entre phase et neutre et entre phase et terre, presque rien entre neutre et terre ; en triphasé 230/400 V, 400 V entre deux phases.

La résistance interne très élevée du voltmètre, de l'ordre de 10 MΩ, lui fait parfois afficher des dizaines de volts sur un conducteur déconnecté qui longe un câble sous tension : c'est une « tension fantôme », sans énergie, que la position basse impédance (LoZ) fait disparaître.

Mesurer une intensité

Pour mesurer un courant au multimètre, il faut qu'il traverse l'appareil : l'ampèremètre se branche en série. On coupe, on ouvre le circuit, on insère l'appareil, on remet sous tension. Les cordons passent dans la borne A, souvent limitée à 10 A, et c'est là le danger : l'ampèremètre a une résistance interne quasi nulle. Oublier les cordons dans la borne A puis poser les pointes entre phase et neutre, c'est provoquer un court-circuit franc à travers l'appareil. Sur une installation, on préfère presque toujours la pince ampèremétrique.

Mesurer une résistance et une continuité

L'ohmmètre injecte son propre petit courant et mesure la tension qui en résulte : c'est la loi d'Ohm, R = U / I. Une tension extérieure fausse le résultat et peut détruire l'appareil : une résistance se mesure hors tension, après consignation, en déconnectant au moins une extrémité du composant pour ne pas mesurer aussi tout ce qui est en parallèle.

La continuité est une mesure de résistance simplifiée. Un bip et une valeur proche de 0 Ω : le conducteur est continu. « OL » (ou « 1 ») : la résistance dépasse la plage de mesure, le conducteur est coupé. Pour les essais d'une installation, la continuité des conducteurs de protection se mesure au contrôleur d'installation, avec un courant d'au moins 200 mA : un brin à moitié arraché peut faire biper un multimètre, il ne passe pas ce test.

Catégories de mesure CAT II, CAT III, CAT IV

Le marquage « CAT III 600 V » d'un multimètre, d'une pince ou d'un VAT n'indique pas seulement une tension maximale : il dit quelles surtensions transitoires (foudre, manœuvres sur le réseau) l'appareil encaisse sans exploser, selon l'endroit où l'on mesure. Ces catégories sont définies par la norme NF EN 61010.

La CAT IV couvre l'origine de l'installation : branchement, compteur, disjoncteur de branchement. La CAT III couvre l'installation fixe : tableau, disjoncteurs, canalisations, moteurs raccordés en fixe. La CAT II couvre les prises de courant et les appareils qui s'y branchent. Un électricien qui ouvre des tableaux travaille donc au minimum en CAT III, et en CAT IV pour une mesure aux bornes du disjoncteur de branchement ou du compteur, partie qui reste sous tension et sur laquelle seul le distributeur intervient. Un appareil « CAT III 600 V / CAT IV 300 V » n'est sûr en CAT IV que jusqu'à 300 V, et un ensemble ne vaut que son maillon le plus faible : un multimètre CAT IV avec des cordons CAT II ne vaut qu'un appareil CAT II.

La pince ampèremétrique

La pince ampèremétrique mesure le courant sans ouvrir le circuit, en captant le champ magnétique autour du conducteur. On la referme autour d'un seul conducteur : si l'on pince un câble entier, phase et neutre ensemble, les deux courants sont égaux et de sens opposés, leurs champs s'annulent et la pince affiche zéro.

Cette propriété sert à chercher une fuite à la terre : en pinçant tous les conducteurs actifs d'un circuit, on mesure le courant qui ne revient pas par le neutre, exactement ce que surveille un différentiel. Les pinces de fuite mesurent ces milliampères et désignent le circuit qui fait déclencher un différentiel. Enfin, avec des récepteurs électroniques (variateurs, LED, alimentations à découpage), le courant n'est plus sinusoïdal : seule une pince « True RMS » affiche alors une valeur juste.

VAT ou multimètre : deux appareils, deux usages

La vérification d'absence de tension se fait avec un vérificateur d'absence de tension (VAT), appareil conçu pour cet usage (norme NF EN 61243-3, celle que cite par exemple la notice du détecteur Catu MS-917), jamais avec un appareil de mesure : l'INRS le rappelle, voltmètres et tournevis testeurs ne sont pas des VAT. Un multimètre mal réglé, au fusible grillé ou à la pile faible peut afficher 0 V sur un conducteur sous tension ; le VAT n'a pas de sélecteur et dispose d'un auto-test.

La méthode, détaillée dans le cours sur l'habilitation électrique et la consignation : tester le VAT, vérifier entre tous les conducteurs actifs et entre chacun et la terre, tester à nouveau le VAT. Voir aussi l'article faire une VAT avec un multimètre : attention danger.

La mesure d'isolement au mégohmmètre

La mesure d'isolement vérifie que la résistance entre les conducteurs actifs et la terre est très élevée. Elle se fait au mégohmmètre, qui applique une tension continue de 500 V pour une installation 230/400 V, et non au multimètre, dont l'ohmmètre travaille sous quelques volts.

L'installation est hors tension et consignée. On mesure entre les conducteurs actifs et la terre, souvent phase et neutre reliés ensemble face au PE, ce qui évite d'appliquer 500 V entre phase et neutre aux appareils raccordés. On déconnecte au préalable parafoudres et récepteurs électroniques, on prévient les personnes présentes (pendant l'essai, personne ne touche aux conducteurs), on attend que la valeur se stabilise, puis le circuit est déchargé, automatiquement sur la plupart des appareils.

Pour le minimum admissible, méfiez-vous des vieux mémentos : 0,5 MΩ était le minimum de l'édition 2002 de la NF C 15-100, alors que la norme internationale CEI 60364-6 retient 1 MΩ pour les circuits jusqu'à 500 V. Visez donc au moins 1 MΩ. Les circuits en très basse tension (TBTS, TBTP) s'essaient sous une tension plus faible et ceux de plus de 500 V sous une tension plus élevée : le contrôleur propose les calibres correspondants.

Ce minimum n'est pas l'objectif : une installation neuve et sèche affiche couramment plusieurs centaines de mégohms. Quelques mégohms sur un circuit neuf doivent faire chercher une boîte humide ou un isolant blessé au tirage. Si la mesure globale est faible, on mesure les circuits un par un pour localiser le défaut.

La mesure de prise de terre

En schéma TT, celui des logements, la protection contre les contacts indirects repose sur le couple prise de terre et différentiel. Lors d'un défaut, la carcasse monte à R_A × I_d, où R_A est la résistance de la prise de terre et I_d le courant de défaut. Le différentiel coupe dès que ce courant atteint sa sensibilité I_Δn : pour rester sous la tension limite de 50 V, il faut donc R_A × I_Δn ≤ 50 V. Avec le disjoncteur de branchement différentiel 500 mA d'un logement, on obtient R_A ≤ 50 / 0,5 = 100 Ω : c'est l'origine de la valeur de 100 Ω que tout électricien connaît. Le principe est détaillé dans le cours sur la prise de terre et les régimes de neutre.

La mesure de référence se fait au telluromètre, par la méthode des 62 %. Installation hors tension (disjoncteur de branchement ouvert), on ouvre la barrette de mesure, on plante un piquet d'injection H loin de la prise de terre E, puis un piquet de potentiel S sur la ligne E-H, à 62 % de la distance. L'appareil injecte un courant entre E et H, mesure la tension entre E et S et en déduit la résistance. On valide en déplaçant S de 10 % de la distance E-H de part et d'autre : trois valeurs proches, la mesure est bonne ; sinon, on éloigne H. Et on n'oublie pas de refermer la barrette.

En ville, faute de pouvoir planter des piquets, on mesure en TT l'impédance de boucle phase-PE depuis une prise, sans ouvrir la barrette, avec la fonction de mesure sans déclenchement du contrôleur (sinon le différentiel 30 mA tombe). Le résultat inclut la terre du neutre et les câbles : il est légèrement supérieur à la valeur réelle, ce qui va dans le sens de la sécurité. Gardez une marge, car la résistance d'une terre varie avec l'humidité du sol : 90 Ω en mars peut dépasser 100 Ω en août.

Tester les différentiels

Le bouton « test » d'un différentiel vérifie seulement son mécanisme, sans passer par la terre ni mesurer le seuil. Pour valider la protection, un contrôleur d'installation injecte un courant de fuite calibré entre phase et PE depuis une prise du circuit.

Trois vérifications s'enchaînent. À 0,5 I_Δn, soit 15 mA pour un 30 mA, le différentiel ne doit pas déclencher. À I_Δn, il doit déclencher, en 300 ms au plus pour un différentiel de type général. En rampe, le seuil exact doit se situer entre 0,5 et 1 I_Δn. Un 30 mA qui déclenche à 12 mA n'est pas forcément défectueux : les fuites permanentes des appareils raccordés s'ajoutent au courant d'essai, ce que l'on vérifie à la pince de fuite. Le rôle et le choix des différentiels (type AC, A, F, sélectif) sont traités dans le cours sur le disjoncteur et le différentiel.

L'ordre des essais à la mise en service

La NF C 15-100 décrit les vérifications initiales d'une installation neuve. L'ordre n'a rien d'arbitraire : on commence par les essais hors tension, qui protègent ceux qui feront les suivants.

On ne met pas sous tension une installation dont on n'a pas prouvé que les masses sont à la terre et que les isolants tiennent. Les résultats, consignés dans un rapport, servent à l'attestation de conformité et à la visite du Consuel. La procédure côté chantier est décrite dans notre article sur la mise en service de l'installation électrique.

Pour aller plus loin (bac pro)

En schéma TN, courant dans l'industrie, un défaut d'isolement devient un court-circuit phase-PE que les disjoncteurs ou fusibles doivent couper, à condition que le courant de défaut soit assez fort. On mesure donc l'impédance de boucle de défaut Z_s au point le plus éloigné du circuit et on calcule le courant de défaut I_d = U₀ / Z_s, avec U₀ = 230 V. Ce courant doit dépasser le seuil de déclenchement magnétique de la protection : 10 I_n au plus pour une courbe C, 5 I_n pour une courbe B. Si Z_s est trop élevée, on augmente la section, on passe en courbe B ou on ajoute un différentiel.

La mesure de boucle phase-neutre à l'origine d'un tableau donne le courant de court-circuit présumé, qui doit rester inférieur au pouvoir de coupure des appareils. En schéma IT, le premier défaut est signalé par le contrôleur permanent d'isolement et localisé sans coupure, avec un injecteur et des pinces de recherche. En maintenance, l'analyseur de réseau mesure harmoniques, déséquilibre et facteur de puissance, souvent à l'origine d'échauffements de neutre.

Les erreurs qui reviennent

La plus dangereuse : mesurer une tension avec les cordons dans la borne A. L'apprenti tourne le sélecteur mais oublie de déplacer le cordon rouge, pose les pointes sur un bornier, et c'est le court-circuit. Regardez les bornes avant l'écran.

Ensuite, mesurer une résistance sous tension ou en place : la valeur est fausse, l'appareil voit tout ce qui est en parallèle. Puis, oublier de déconnecter électronique et parafoudres avant la mesure d'isolement : valeur faible trompeuse ou équipement détruit. À l'inverse, accepter 1,2 MΩ sur une installation neuve parce que « c'est au-dessus du minimum », c'est laisser partir un défaut : du neuf doit afficher des dizaines de mégohms au moins.

Enfin, la barrette de terre oubliée ouverte après la mesure, qui laisse l'installation sans terre, et le bouton test pris pour un essai du différentiel.

Exercices corrigés

Les exercices 1 à 3, 5 et 6 sont du niveau CAP, les exercices 4, 7 et 8 du niveau bac pro. Cherchez avant d'ouvrir le corrigé. Pour le cuivre, on prend ρ = 0,017 Ω·mm²/m, valeur à 20 °C qui convient à une mesure faite à froid.

Exercice 1. On veut connaître le courant absorbé par un radiateur de 2 000 W alimenté en 230 V. Calculez-le, puis indiquez quel appareil utiliser pour le vérifier sans rien débrancher.

Exercice 2. Le conducteur de protection d'un circuit de prises est en cuivre de 2,5 mm² et mesure 20 m entre le répartiteur et la dernière prise. Quelle résistance de continuité doit-on s'attendre à mesurer ?

Exercice 3. Un collègue veut contrôler l'absence de tension sur les bornes aval d'un disjoncteur, dans un tableau de logement, avec son multimètre marqué CAT II 600 V. Qu'en pensez-vous ?

Exercice 4. Sur un tableau neuf, la mesure d'isolement globale donne 0,4 MΩ sous 500 V. En séparant les circuits, on trouve : éclairage 200 MΩ, prises 150 MΩ, chauffe-eau 0,42 MΩ, plaque de cuisson 300 MΩ. Le résultat global est-il acceptable ? Quel circuit est en cause ?

Exercice 5. Une maison en schéma TT a une prise de terre de 80 Ω. Le disjoncteur de branchement est un différentiel 500 mA. La terre est-elle acceptable ? Et si elle mesurait 150 Ω ?

Exercice 6. Au contrôleur d'installation, un interrupteur différentiel 30 mA de type général donne : pas de déclenchement à 15 mA, déclenchement en rampe à 22 mA, temps de déclenchement à 30 mA de 28 ms. Concluez.

Exercice 7. Pour une mesure de terre par la méthode des 62 %, le piquet H est planté à 40 m de la prise de terre E. Où placer S, S' et S'' ? Les mesures donnent 31 Ω, 32 Ω et 31 Ω. Que conclure ? Et si l'on avait obtenu 28 Ω, 32 Ω et 41 Ω ?

Exercice 8. Dans un atelier en schéma TN, un circuit est protégé par un disjoncteur C16. L'impédance de boucle de défaut mesurée à la prise la plus éloignée vaut Z_s = 0,9 Ω. La protection coupera-t-elle en déclenchement magnétique en cas de défaut franc phase-PE ? Quelle est la Z_s maximale admissible ?

Sources

• INRS, L'habilitation électrique (ED 6127), symboles BE Mesurage et Vérification.
• INRS, Consignations et déconsignations (ED 6109), vérification d'absence de tension : les appareils de mesurage ne sont pas des VAT.
• Éduscol STI, Guide de la mesure d'isolement (Chauvin Arnoux), édition 2010 : principe, sécurité des essais, interprétation des résultats (ses seuils sont ceux de l'ancienne édition de la NF C 15-100).
• Chauvin Arnoux, Guide de la mesure de terre, méthode des 62 %, mesure de boucle, relation entre R_A et I_Δn.
• Schneider Electric, Guide de l'installation électrique 2017 (PDF), chapitre F, figure F11 : temps de coupure maximal d'un différentiel instantané, 0,3 s à I_Δn, 0,15 s à 2 I_Δn, 0,04 s à 5 I_Δn (0,5 s à I_Δn pour un type S).
• Normes NF C 15-100 (vérifications initiales), NF C 18-510, NF EN 61010, NF EN 61243-3, NF EN 61008-1 et NF EN 61009-1 (différentiels).

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