La réponse courte
Dans un câble multiconducteur alimentant une charge triphasée équilibrée, la somme des courants dans les âmes est à peu près nulle à chaque instant ; leurs champs magnétiques s'annulent donc en grande partie au niveau de l'armure. Dans un câble unipolaire, rien n'annule le champ : tout le champ magnétique alternatif du conducteur traverse l'armure qui l'entoure. Si cette armure est en acier, matériau magnétique, le champ y induit des courants de Foucault et provoque des pertes par hystérésis dans les fils. L'armure s'échauffe, le câble fonctionne plus chaud que ne l'avait supposé le concepteur, et sur les circuits à fort courant les pertes peuvent être importantes.
L'aluminium n'est pas magnétique ; l'armure en fils d'aluminium (AWA) évite donc les pertes par hystérésis et réduit fortement l'échauffement induit. C'est pourquoi la règle générale, suivie aussi bien dans les spécifications fondées sur l'IEC 60502 que sur les normes BS, est simple : les câbles armés multiconducteurs utilisent des fils d'acier (SWA) ou un feuillard d'acier (STA) ; les câbles unipolaires en courant alternatif utilisent l'AWA.
Où l'on utilise des câbles unipolaires
Les câbles d'énergie unipolaires apparaissent partout où les conducteurs deviennent trop gros pour être manipulés sous forme d'un seul câble multiconducteur. Cas types :
- Liaisons entre transformateur et tableau général, où plusieurs grosses âmes unipolaires par phase sont posées en parallèle.
- Départs de groupes électrogènes et de gros moteurs dans les sites industriels.
- Départs moyenne tension, où les câbles unipolaires de 25 à 630 mm2 selon IEC 60502-2 sont courants à côté des types tripolaires ; voir la page câbles d'énergie MT.
- Raccordements de réseaux de distribution et de postes, souvent en aluminium, traités sur la page câbles aluminium.
Dans beaucoup de ces cas, le câble a aussi besoin d'une protection mécanique, parce qu'il est enterré, posé sur des chemins de câbles ouverts dans un site, ou installé là où il peut être heurté. C'est alors que se pose la question de l'armure.
Les câbles unipolaires sont choisis pour la manutention autant que pour l'électricité. Un câble tripolaire à très gros conducteurs devient si lourd et si rigide qu'il ne peut plus être tiré ni cintré jusqu'à un tableau, et le touret nécessaire peut être trop grand pour être transporté facilement. Séparer chaque phase sur sa propre âme unipolaire, parfois avec deux âmes ou plus par phase en parallèle, garde chaque câble maniable. La contrepartie est que l'installateur a désormais trois câbles distincts ou plus par circuit, chacun avec son armure, son presse-étoupe et son point de mise à la terre, et que le comportement magnétique de chaque âme doit être considéré isolément. Les acheteurs habitués à commander du SWA multiconducteur tendent à reporter cette habitude sur les lignes unipolaires du même carnet de câbles, et c'est précisément là qu'apparaît l'erreur d'armure.
AWA, SWA et unipolaires non armés comparés
| Option | Circuits alternatifs | Circuits continus | Remarques |
|---|---|---|---|
| Armure en fils d'aluminium (AWA) | Choix standard lorsqu'une armure est nécessaire | Utilisable | Amagnétique ; schéma de mise à la terre fixé par le concepteur |
| Armure en fils d'acier (SWA) | À éviter : pertes magnétiques et échauffement | Parfois utilisée ; décision du concepteur | En continu, pas de champ alternatif, mais vérifier la spécification du projet |
| Armure en feuillard d'acier (STA) | À éviter, même raison | Décision du concepteur | Courante uniquement sur les câbles multiconducteurs |
| Non armé avec écran métallique | Courant en MT | Peu courant | L'écran en ruban ou fils de cuivre écoule le courant de défaut ; protection mécanique par fourreaux ou dalles |
| Non armé, sans écran | Courant en BT en fourreaux et sur chemins de câbles | Courant (par exemple câble solaire DC) | Protection mécanique assurée par le mode de pose |
Le câble de chaîne solaire DC comme le H1Z2Z2-K est unipolaire et normalement non armé ; voir la page câbles photovoltaïques. Le problème d'échauffement décrit ici est propre au courant alternatif.
Mise à la terre et tensions induites
Même avec une armure en aluminium, l'armure et l'écran métallique d'un câble unipolaire se trouvent dans le champ magnétique du conducteur. Si l'armure est reliée à la terre aux deux extrémités, un courant de circulation peut la parcourir et revenir par la terre ou par l'armure des câbles voisins, ce qui ajoute des pertes. Si elle n'est reliée qu'à une extrémité, le courant de circulation cesse, mais une tension permanente apparaît à l'extrémité libre. Le schéma retenu, et l'éventuel recours à des méthodes de mise à la terre spéciales sur les longs parcours, est décidé par l'ingénieur du projet et influe sur le calcul de la capacité de transport.
Pour les acheteurs, deux points pratiques en découlent. Premièrement, les dimensions de l'armure et de l'écran indiquées sur la fiche technique sont des données de ce calcul ; la fiche technique finale doit donc parvenir à l'ingénieur avant la confirmation de commande. Deuxièmement, la disposition de pose compte : les âmes unipolaires d'un circuit sont généralement posées ensemble en trèfle ou en nappe, jamais avec des phases réparties dans des fourreaux différents, et les pièces en acier comme les plaques de presse-étoupes autour d'une âme unipolaire demandent la même attention que l'armure. Les plaques de presse-étoupes pour câbles unipolaires en alternatif sont normalement amagnétiques pour la même raison.
S'approvisionner en câble AWA
Le câble AWA est un produit plus étroit que le STA ou le SWA multiconducteur. Le catalogue d'usine partenaire derrière notre page câbles armés ne couvre que l'armure en feuillard d'acier ; les constructions unipolaires AWA sont donc confiées à des usines qui exploitent des lignes d'armure en fils d'aluminium et disposent de rapports d'essais de type pour la construction. Le bureau vérifie trois points avant de retenir une usine :
- Construction et norme : section et classe du conducteur, isolant, matelas, diamètre des fils d'aluminium et gaine extérieure selon IEC 60502-1, IEC 60502-2, BS 5467, BS 6724 ou la norme nationale citée.
- Couverture des essais de type : un rapport d'essai de type couvrant la même tension, la même plage de sections et le même type d'armure.
- Relevés individuels : résistance du conducteur par touret et, si nécessaire, résistance de l'armure ; pour les âmes MT, décharges partielles selon IEC 60885-3 et essai individuel de tension.
Les grosses âmes unipolaires sont lourdes et rigides ; la longueur et la taille des tourets doivent donc être planifiées avec l'installateur : combien de mètres par touret, combien de tourets par phase, et si les longueurs doivent être appariées pour les poses en parallèle. Les options de tourets figurent sur la page conditionnement et tourets.
Check-list de la consultation
Une ligne unipolaire armée complète dans une demande de prix indique : matériau et section du conducteur, tension assignée, isolant, « AWA » de façon explicite, matériau de gaine (PVC ou LSZH), la norme, le type de circuit (alternatif ou continu), le métrage total par section et les longueurs de touret. L'article SWA ou STA traite du versant multiconducteur de la même décision. Le MOQ et le délai des usines AWA retenues sont confirmés par écrit pour chaque commande ; les plages types figurent sur la page MOQ et délais, et la liste de câbles peut être saisie directement dans le formulaire de devis.