Régime de neutre TT, TN, IT et prise de terre : cours et exercices

Un lave-linge dont un fil de phase frotte contre la cuve, un moteur de portail noyé par l'orage : le défaut d'isolement est la panne la plus banale, et la plus dangereuse, parce qu'une carcasse métallique que l'on touche sans méfiance se retrouve sous tension. La prise de terre et le régime de neutre sont les deux réponses à ce problème. La première donne un chemin au courant de défaut ; le second décide de ce qui se passe ensuite.

Ce cours part du chantier, avec la prise de terre et sa mesure, puis remonte vers les schémas TT, TN et IT tels qu'on les étudie du CAP au BTS électrotechnique.

Pourquoi relier les masses à la terre

On appelle masse toute partie conductrice d'un matériel que l'on peut toucher et qui n'est pas sous tension en temps normal : la carcasse d'un four, le châssis d'un moteur, la cuve d'un chauffe-eau. Quand l'isolant qui sépare un conducteur actif de cette masse cède, la masse prend un potentiel dangereux. Une personne qui la touche en ayant les pieds au sol ferme le circuit : c'est le contact indirect, par opposition au contact direct avec un conducteur nu.

Relier la masse à la terre par un conducteur de protection (PE, vert et jaune) a deux effets. Le courant de défaut dispose d'un chemin bien moins résistant que le corps humain, et surtout il devient détectable par un appareil de protection, qui peut couper l'alimentation. La terre seule ne protège pas : c'est le couple mise à la terre des masses + coupure automatique qui protège.

L'équipotentialité complète le dispositif : relier entre elles masses et canalisations métalliques limite la tension entre deux éléments touchés en même temps. Ce point fait l'objet du cours sur la liaison équipotentielle.

Réaliser une prise de terre, du piquet au tableau

L'électrode : boucle à fond de fouille ou piquet

Sur une maison neuve, la solution de référence est la boucle à fond de fouille : un câble de cuivre nu de 25 mm² posé au fond des tranchées de fondation, en contact direct avec la terre, sur le périmètre du bâtiment, avant le coulage du béton. Elle donne en général de bonnes valeurs, mais elle ne se rattrape pas : si l'électricien n'est pas passé le jour où le maçon ouvre les fouilles, elle n'existera jamais.

En rénovation, ou quand la boucle n'a pas été posée, on enfonce un piquet de terre d'au moins 2 m, en acier cuivré ou galvanisé, dans une zone de terre végétale humide, à l'écart des remblais, des fondations et des réseaux enterrés (branchement électrique, eau, gaz, évacuations), que l'on fait repérer avant de planter. La connexion sur le piquet reste accessible dans un regard de visite. Si la valeur reste trop élevée, on ajoute des piquets en parallèle, assez espacés pour ne pas se gêner (l'usage est de les écarter au moins de leur longueur), ou l'on enfouit un conducteur en tranchée. Le terrain rocheux ou sableux est la vraie difficulté ; notre article sur la mise à la terre quand le terrain pose problème détaille les solutions.

Conducteur de terre, barrette et borne principale

L'électrode est reliée à l'installation par le conducteur de terre, en cuivre nu de 25 mm², ou d'une section plus faible s'il est isolé et donc protégé contre la corrosion (16 mm² dans la pratique courante). Il aboutit à la barrette de coupure, un petit bornier démontable à l'outil. En l'ouvrant, on isole l'électrode du reste de l'installation, ce qui permet de mesurer la prise de terre seule. Elle doit rester accessible, en général dans la gaine technique du logement, à côté du tableau. Voir aussi notre article sur la barrette de terre pour les détails de pose.

De la barrette, on rejoint la borne principale de terre, où arrivent aussi les conducteurs de la liaison équipotentielle principale (canalisations d'eau et de gaz, structure métallique). Le conducteur principal de protection part de cette borne vers le répartiteur de terre du tableau, d'où chaque circuit reçoit son PE. Règle simple pour les circuits : jusqu'à 16 mm², le PE a la même section que les conducteurs de phase ; un circuit de prises en 2,5 mm² a un PE en 2,5 mm².

Quelle valeur de prise de terre viser

La valeur de la prise de terre découle du différentiel qui protège l'installation. En régime TT, la condition à respecter est :

RA × IΔn ≤ UL

où RA est la résistance de la prise de terre des masses (en Ω), IΔn le courant différentiel-résiduel assigné du dispositif (en A), et UL la tension limite conventionnelle de contact, fixée à 50 V dans les conditions normales.

Dans un logement, le disjoncteur de branchement placé en tête (l'AGCP) est différentiel, avec une sensibilité de 500 mA. D'où le calcul que tout apprenti doit savoir poser :

RA max = UL / IΔn = 50 / 0,5 = 100 Ω

C'est l'origine des « 100 Ω au plus » que l'on lit partout. Avec 30 mA, la formule donnerait environ 1 667 Ω, mais une terre élevée signale souvent une électrode dégradée ; Promotelec rappelle qu'au-delà de 500 Ω, il convient de choisir un différentiel de 30 mA au plus. En pratique, on vise une valeur aussi basse que possible.

Mesurer la prise de terre

La méthode de référence utilise un telluromètre et deux piquets auxiliaires. On coupe l'installation au disjoncteur de branchement, puis on ouvre la barrette de coupure pour isoler l'électrode. On plante un piquet de courant loin de la prise à mesurer, à une vingtaine de mètres ou plus, puis un piquet de tension entre les deux, vers les deux tiers de la distance (les notices des telluromètres parlent de méthode des 62 %). L'appareil injecte un courant, mesure une tension et affiche le rapport U / I, soit la résistance de terre. En déplaçant ce piquet de quelques mètres, la valeur doit peu bouger. On referme la barrette avant de remettre sous tension : une barrette restée ouverte, c'est une installation sans terre.

Faute de place pour les piquets, on utilise souvent la mesure de boucle : un contrôleur d'installation branché entre phase et terre mesure toute la boucle de défaut, terre du neutre comprise. Le résultat surestime légèrement RA, ce qui va dans le sens de la sécurité. Cette mesure se fait sous tension, barrette fermée ; on choisit sur l'appareil le mode qui ne fait pas déclencher les différentiels 30 mA. Le cours sur les mesures électriques détaille ces appareils.

Les régimes de neutre : lire les lettres TT, TN, IT

Un schéma de liaison à la terre (SLT) se désigne par deux lettres, parfois suivies d'une troisième. La première lettre indique la situation du neutre de la source, en pratique du transformateur : T s'il est relié à la terre, I s'il est isolé ou relié à travers une impédance élevée. La deuxième lettre indique la situation des masses : T si elles sont reliées à une prise de terre, N si elles sont reliées au neutre. En TN, une troisième lettre précise si le neutre et le conducteur de protection sont confondus en un seul conducteur, le PEN (C, pour combiné), ou séparés (S).

Un logement ou un petit commerce alimenté en basse tension par le réseau public est en TT : le distributeur relie le neutre à la terre au poste, et l'installation a sa propre prise de terre. Une usine ou un grand bâtiment qui possède son propre transformateur HTA/BT peut, lui, choisir entre TT, TN et IT selon ses priorités : coût, continuité de service, risque d'incendie.

Le schéma TT : le régime de neutre des logements

En TT, le neutre est relié à la terre au transformateur (résistance RB), et les masses de l'installation sont reliées à la prise de terre locale (résistance RA).

Prenons un chauffe-eau en défaut, avec RA = 30 Ω et RB = 10 Ω, sous U0 = 230 V entre phase et terre. En négligeant la résistance des câbles, très faible devant celle des terres :

Id = U0 / (RA + RB) = 230 / (30 + 10) = 5,75 A

La carcasse du chauffe-eau prend alors, par rapport à la terre lointaine, la tension :

Uc = RA × Id = 30 × 5,75 = 172,5 V

Cette tension est largement mortelle, et le disjoncteur de 20 A du circuit ne réagit pas : 5,75 A, c'est moins que son calibre. Voilà pourquoi le TT exige un dispositif différentiel, qui compare le courant aller par la phase et le courant retour par le neutre : ici, 5,75 A manquent, bien au-delà de son seuil, et il coupe. C'est aussi pourquoi un différentiel peut sauter sans que le disjoncteur bouge, comme l'explique l'article pourquoi le différentiel saute et pas le disjoncteur.

Le TT est simple, sans calcul de longueur de câble, avec un faible risque d'incendie ; en contrepartie, il coupe dès le premier défaut et dépend d'une bonne prise de terre. Le fonctionnement des différentiels est traité dans le cours sur le disjoncteur et le différentiel.

Le schéma TN : TN-C et TN-S

En TN, le neutre est relié à la terre au transformateur, et les masses sont reliées à ce même point par un conducteur de protection. Un défaut d'isolement relie donc la phase au neutre par le conducteur de protection : c'est un court-circuit, de plusieurs centaines d'ampères, que coupent les disjoncteurs ou les fusibles.

En TN-C, neutre et protection ne forment qu'un seul conducteur, le PEN. Le PEN ne doit jamais être coupé ni sectionné : s'il se rompt, toutes les masses en aval se retrouvent au potentiel de la phase à travers les récepteurs. Le TN-C n'est admis que pour des conducteurs d'au moins 10 mm² en cuivre, il est exclu des canalisations mobiles, et il est interdit dans les locaux présentant des risques d'incendie. Et un différentiel n'y fonctionne pas : le courant de défaut revient par le PEN, qui traverse son tore.

En TN-S, neutre et PE sont séparés. Le défaut se comporte de la même façon, mais un différentiel devient possible pour les circuits trop longs. Le TN-C-S combine les deux : TN-C en tête, puis séparation définitive en N et PE ; une fois séparés, ils ne se rejoignent plus.

La contrepartie du TN, c'est le calcul : sur un circuit trop long, le courant de court-circuit devient trop faible pour faire déclencher le disjoncteur à temps. On ne rallonge donc pas un câble sans refaire la vérification.

Le schéma IT : la continuité de service

En IT, le neutre du transformateur est isolé de la terre, ou relié à travers une impédance élevée, et les masses sont reliées à la terre. Au premier défaut, le courant ne se referme que par les capacités des câbles et l'impédance éventuelle : il reste très faible, la tension de contact reste sous la tension limite, et rien ne coupe.

Ce premier défaut doit pourtant être connu : un contrôleur permanent d'isolement (CPI), obligatoire en IT, surveille l'isolement du réseau et déclenche une alarme pour que le défaut soit recherché et réparé. Si un second défaut apparaît sur une autre phase avant la réparation, les deux masses se retrouvent reliées à deux phases différentes : c'est un court-circuit, et les protections doivent couper comme en TN lorsque les masses sont interconnectées, ou par différentiel lorsqu'elles ont des terres séparées.

L'IT se choisit quand une coupure coûte plus cher que la surveillance : bloc opératoire (on parle alors d'IT médical), fours et process industriels continus, réseaux de sécurité.

Comparatif des schémas de liaison à la terre

Pour les niveaux bac pro et BTS

Temps de coupure

Il faut aussi couper assez vite. Pour les circuits terminaux sous 230 V, la norme fixe un temps de coupure maximal : 0,4 s en TN et 0,2 s en TT. En TT, les différentiels tiennent largement ce délai ; en TN, c'est le déclenchement magnétique du disjoncteur qui l'assure, à condition que le courant de défaut dépasse son seuil.

Vérifier un circuit en TN : la longueur maximale

La méthode conventionnelle suppose que, pendant le défaut, la tension au départ du circuit tombe à 80 % de U0. Le courant de défaut vaut alors :

Id = 0,8 × U0 / (Rph + RPE), avec R = ρ × L / S

ρ est la résistivité du cuivre prise en service normal, soit 1,25 fois sa valeur à 20 °C : 0,023 Ω·mm²/m. La condition de coupure est Id ≥ Ia, où Ia est le courant qui assure le déclenchement magnétique : pour un disjoncteur courbe C, dont le seuil magnétique est compris entre 5 et 10 In, on retient Ia = 10 In. On en tire la longueur maximale, avec m = Sph / SPE :

Lmax = 0,8 × U0 × Sph / (ρ × (1 + m) × Ia)

Pour un circuit en 2,5 mm², PE de même section (m = 1), protégé par un disjoncteur C16 (Ia = 160 A) : Lmax = 0,8 × 230 × 2,5 / (0,023 × 2 × 160) = 460 / 7,36 ≈ 62 m. Au-delà, il faut augmenter la section, choisir une courbe B (Ia = 5 In, soit 80 A ici) ou ajouter un différentiel. Le lien avec la chute de tension est traité dans le cours sur les sections de câble.

Les erreurs qui reviennent

La première est de croire que la terre suffit. Sans différentiel en amont, une masse reliée à une terre de 80 Ω reste à plus de 150 V pendant tout le défaut.

Deuxième erreur, sur le chantier : oublier de refermer la barrette après la mesure, l'ouvrir sans avoir coupé au disjoncteur de branchement, ou mesurer barrette fermée au telluromètre. Dans les deux premiers cas, l'installation se retrouve sous tension sans terre ; dans le troisième, la valeur affichée est faussée par les liaisons équipotentielles.

Troisième erreur, en rénovation : relier la terre au neutre dans une prise parce qu'il n'y a pas de conducteur de protection. C'est un TN-C bricolé sur 1,5 mm², qui met la masse sous tension au moindre neutre coupé : dangereux et interdit.

Quatrième erreur, en examen : confondre les lettres. La première parle du neutre de la source, la seconde des masses. En IT, le I concerne le neutre ; les masses, elles, sont bien à la terre. Et dans RA × IΔn ≤ UL, IΔn s'écrit en ampères : 500 mA = 0,5 A, 30 mA = 0,03 A.

Exercices corrigés sur la prise de terre et les régimes de neutre

Les trois premiers exercices correspondent au niveau CAP, les deux suivants au bac pro, les deux derniers au bac pro et au BTS.

Exercice 1. Citez, dans l'ordre, les éléments de la mise à la terre, depuis l'électrode jusqu'à la borne de terre d'une prise, et donnez le rôle de la barrette de coupure.

Exercice 2. Un atelier est protégé en tête par un dispositif différentiel de 300 mA. Quelle résistance de terre maximale faut-il respecter ?

Exercice 3. Que signifient les lettres de TT, de TN-S et de IT ?

Exercice 4. Une maison en TT présente RA = 45 Ω ; la terre du neutre au poste vaut RB = 5 Ω. Un défaut franc apparaît sur un radiateur (U0 = 230 V). Calculez le courant de défaut et la tension de contact. Le disjoncteur de 10 A du circuit peut-il couper ?

Exercice 5. Lors d'une rénovation, le telluromètre donne 180 Ω. L'installation est protégée par un AGCP différentiel 500 mA. Est-ce acceptable ? Que proposez-vous ?

Exercice 6. En TN-S, un circuit en 4 mm² (PE en 4 mm²) de 60 m alimente une machine ; il est protégé par un disjoncteur C20. Avec ρ = 0,023 Ω·mm²/m et U0 = 230 V, la protection est-elle assurée ? Quelle est la longueur maximale ?

Exercice 7. Une clinique alimente ses salles d'opération en IT. Le neutre est relié à la terre par une impédance Z = 1 500 Ω ; la prise de terre des masses vaut RA = 20 Ω (U0 = 230 V). Calculez le courant de premier défaut et la tension de contact, puis expliquez le rôle du CPI et le risque du second défaut.

Sources

• INRS, Prévention du risque électrique : contacts indirects, mise à la terre des masses et coupure automatique, schémas de liaison à la terre.
• Promotelec, Les dispositifs différentiels résiduels suivant les régimes de neutre.
• Schneider Electric, Cahier technique n° 172, Les schémas des liaisons à la terre en BT (régimes du neutre) (édition de mars 2002), ressource diffusée par Éduscol STI.
• Legrand, Guide NF C 15-100, révision d'août 2024 : points clés : boucle à fond de fouille de 25 mm², piquet de 2 m.
• Éduscol STI, Résistance de terre, NF C 15-100 : valeurs maximales de 50, 100 et 167 Ω selon la sensibilité du différentiel.
• Schneider Electric, Guide de l'installation électrique 2017 (PDF), chapitre F, figures F8 et F10 : temps de coupure maximal des circuits terminaux jusqu'à 32 A sous 230 V, 0,4 s en TN et 0,2 s en TT (CEI 60364-4-41).
• Norme NF C 15-100, parties 4-41 (protection contre les chocs électriques) et 5-54 (mises à la terre et conducteurs de protection) ; guide UTE C 15-105 (résistivité de 0,023 Ω·mm²/m pour le calcul du courant de défaut).

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