Calculatrice de section de câble : mm² et AWG selon le courant, cuivre ou aluminium

Ce que fait cette calculatrice

Elle donne la section minimale d’un conducteur pour un courant donné et, si on le lui demande, vérifie que la chute de tension le long du circuit reste dans la limite. Elle le fait dans les deux systèmes de sections qui coexistent sur le marché — les sections métriques de la CEI 60228 et les calibres américains AWG et kcmil — et pour des conducteurs en cuivre et en aluminium à isolant thermoplastique (PVC, 70 °C) ou thermodurcissable (PR ou EPR, 90 °C).

Le résultat, ce sont deux nombres à lire ensemble : la section qu’exige l’échauffement (courant admissible) et celle qu’exige la chute de tension. La plus grande des deux est celle à installer.

Première condition : le courant admissible

Un câble s’échauffe par effet Joule et son isolant a une température maximale à ne pas dépasser en service continu : 70 °C pour le PVC et 90 °C pour les polymères réticulés. Le courant qui l’amène exactement à cette température est son courant admissible Iz, et il dépend de la façon dont le câble évacue la chaleur : un câble à l’air libre n’est pas un câble encastré dans une paroi isolante, et un câble seul n’est pas un câble dans un faisceau de douze.

La CEI 60364-5-52 tabule Iz pour chaque section, matériau et isolant en fonction du mode de pose de référence, désigné par une lettre :

• A1 et A2 : conducteurs isolés ou câble multiconducteur dans un conduit encastré dans une paroi thermiquement isolante. Le pire cas.
• B1 et B2 : idem, avec le conduit en montage apparent ou en goulotte.
• C : câble multiconducteur fixé directement au mur ou sur chemin de câbles non perforé.
• D1 et D2 : câble dans un conduit enterré ou enterré directement. La température de référence est ici celle du sol, 20 °C.
• E : câble multiconducteur à l’air libre ou sur chemin de câbles perforé, avec circulation d’air.

Les valeurs des tableaux sont données à 30 °C de température ambiante (20 °C enterré) et pour un seul circuit. Quand la réalité diffère, on applique des facteurs de correction : celui de température (tableaux B.52.14 et B.52.15, de 1,22 à 10 °C jusqu’à 0,50 à 60 °C pour le PVC) et celui de groupement (tableau B.52.17 : 0,80 pour deux circuits jointifs, 0,70 pour trois, 0,50 pour neuf). La calculatrice utilise la ligne des câbles groupés à l’air ou encastrés, la plus conservatrice ; si votre disposition est en une seule couche sur chemin de câbles, les facteurs sont un peu plus favorables et la différence peut être saisie dans la case « autre facteur de correction ».

La condition vérifiée est Ib ≤ Iz × kT × kG : le courant d’emploi ne peut pas dépasser le courant admissible corrigé.

Le NEC 310.16 fait de même avec les calibres américains et trois colonnes de température (60, 75 et 90 °C) selon le type d’isolant (TW ; THW/THWN/XHHW ; THHN/XHHW-2). La correction de température ambiante se calcule avec la formule de 310.15(B)(1) et l’ajustement pour plus de trois conducteurs porteurs dans la même canalisation avec le tableau 310.15(C)(1). Une règle que la calculatrice rappelle quand c’est utile : pour 14, 12 et 10 AWG, la protection est limitée à 15, 20 et 30 A même si le tableau permet davantage (240.4(D)).

Deuxième condition : la chute de tension

Un conducteur long peut rester froid et pourtant délivrer au récepteur moins de tension qu’il n’en a besoin. La chute se calcule avec l’impédance du conducteur à sa température de service :

ΔU = k × Ib × L × (R·cos φ + X·sin φ)

avec k = 2 en monophasé et en continu et k = √3 en triphasé ; R est la résistance par mètre (résistivité du matériau à 70 °C ou 90 °C divisée par la section) et X la réactance, qui dans les câbles basse tension vaut environ 0,08 Ω/km et ne pèse que sur les grosses sections à faible facteur de puissance. La calculatrice cherche la plus petite section qui maintient ΔU sous le pourcentage admissible de la tension nominale.

Métrique et AWG

Les deux systèmes ne sont pas interchangeables un pour un. Dans la CEI 60228 les sections nominales suivent une progression de 1,5 à 300 mm² (et jusqu’à 1000 mm² pour les gros conducteurs). L’American Wire Gauge définit des diamètres en progression géométrique dans laquelle la section double tous les trois calibres : 10 AWG font 5,26 mm², 7 AWG feraient 10,5 mm². Au-dessus de 4/0 AWG (107 mm²), la section s’exprime en kcmil, milliers de circular mils, où 1 kcmil = 0,5067 mm².

Ce qui compte en pratique : la calculatrice résout les deux tableaux séparément et, à côté de chaque résultat, indique l’équivalent dans l’autre système. Qu’une section métrique « équivaille » à un calibre AWG signifie seulement que sa surface est égale ou supérieure ; le courant admissible reste celui du tableau correspondant.

Exemple résolu

Moteur triphasé sous 400 V avec un courant d’emploi de 63 A et cos φ = 0,85. Câble en cuivre isolé PR, fixé directement au mur (mode C), 30 °C, sans autre circuit à proximité. Longueur 120 m, chute maximale admissible 3 %.

• Par courant admissible : le tableau B.52.3 donne 71 A pour 10 mm² avec trois conducteurs chargés, et 71 ≥ 63. Section minimale 10 mm². En NEC, colonne 90 °C : 6 AWG admet 75 A.
• Par chute de tension : à 90 °C la résistivité du cuivre est de 0,02198 Ω·mm²/m. Avec 10 mm², ΔU = √3 × 63 × 120 × (0,002198 × 0,85 + 0,00008 × 0,527) = 25,0 V, soit 6,3 % : beaucoup trop. Avec 16 mm² on tombe à 3,96 % ; avec 25 mm², à 2,58 % (10,3 V).
• Section recommandée : 25 mm² cuivre PR, équivalent à 3 AWG. C’est la chute de tension qui commande, pas l’échauffement, comme d’habitude au-delà de 50 ou 60 m.

Si le même circuit était en aluminium, l’échauffement demanderait 16 mm² (tableau B.52.5, mode C : 76 A) et la chute de tension 50 mm² : avec 35 mm² on reste à 3,02 %, juste au-dessus de la limite.

Ce que cette calculatrice ne fait pas

Elle ne choisit pas la protection contre les surcharges et ne vérifie pas la condition I2 ≤ 1,45 × Iz ; elle ne calcule pas le courant de court-circuit ni la section minimale par contrainte thermique (k²S² ≥ I²t) ; elle ne dimensionne ni le neutre ni le conducteur de protection, et ne tient pas compte des harmoniques qui chargent le neutre dans les installations riches en électronique. Elle ne couvre pas non plus les sections supérieures à 300 mm² ni les modes F et G des conducteurs unipolaires espacés. Les valeurs des tableaux correspondent à l’édition 2009 de la CEI 60364-5-52 et au tableau 310.16 du NEC ; la réglementation nationale (en France, la NF C 15-100) peut imposer des conditions supplémentaires.

Avec quoi on vérifie

Le courant réel d’un circuit en service se mesure avec les analyseurs de réseau et de qualité de l’énergie, qui enregistrent aussi le facteur de puissance et les harmoniques que la calculatrice suppose. L’impédance de boucle et la continuité des conducteurs installés se vérifient avec les contrôleurs multifonctions d’installations, et un conducteur qui travaille au-dessus de sa température se trahit à la caméra thermique bien avant que l’isolant ne cède.