Bases de l’électricité moto

Suite à la publication du précédent article, Introduction aux batteries moto, de nombreuses questions et commentaires ont mis en évidence une confusion de certains d’entre vous au sujet de l’électricité et des termes techniques qui sont utilisés dans ce domaine. Aucun mal à cela : l’électricité c’est un métier. Mais le motard est une créature curieuse et désireuse de comprendre sa monture. Ce nouvel article de vulgarisation est là pour vous aider à comprendre les bases de l’électricité en employant une analogie très simple et parlante ; celle de l’eau.

Avis aux connaisseurs : ceci est de la vulgarisation extrême. Vous savez de quoi je parle. Je sais ce que vous pensez. Pas la peine de venir embrouiller les petits copains qui veulent juste s’informer. 😉

NDLR : toutes les valeurs utilisées dans cet article le sont à des fins illustratives.

(si vous détectez dans cet article la moindre erreur, technique ou orthographique, n’hésitez pas à nous en informer via notre formulaire de contact)

La tension

La tension d’une batterie, exprimée en volts (V), c’est la différence de potentiel entre ses deux bornes. Sur le schéma ci-dessous, nous avons deux colonnes de même taille et sur le même plan. L’une remplie avec 12 litres d’eau (le pôle positif), et l’autre vide (le pôle négatif), reliées par une canalisation fermée. On peut déterminer la tension de ce système ainsi : 10 l – 0 l = 10 l. Ce sont 10 litres qui sont potentiellement prêts à jaillir du réservoir positif pour alimenter le réservoir négatif.

Le premier réservoir ne va pas entièrement se vider dans le second étant donné qu’ils sont sur le même plan. Le niveau des deux réservoirs va s’équilibrer et il n’y aura plus de mouvement d’eau entre eux. 5 l – 5 l = 0 l : la tension du système est nulle, l’eau ne circule plus.

Mais la batterie n’est pas vide pour autant. L’eau est toujours là. Le potentiel est toujours là, mais il est le même dans chaque réservoir. Il n’y a juste plus de différence de potentiel. Il faudrait utiliser une pompe pour, après avoir fermé la valve, remplir à nouveau la première colonne avec les 5 litres contenus dans la seconde. C’est le rôle de l’alternateur, ou du chargeur, sur une batterie moto.

Maintenant imaginons que la valve ne soit pas parfaitement étanche, et qu’elle laisse un peu d’eau, goutte à goutte, s’écouler du réservoir positif vers le négatif. Avec le temps, le premier réservoir va se vider, jusqu’à ce que le système ait une tension nulle. C’est ce que l’on appelle l’auto-décharge sur une batterie.

La capacité

La capacité d’une batterie, exprimée en ampères-heure (Ah) c’est la quantité d’électricité qu’elle peut emmagasiner, et donc restituer dans le temps. S’il faut 1 heure à mon système de colonnes de 10 litres pour se vider et arriver au point d’équilibre à un potentiel zéro, et que nous remplaçons ces réservoirs par des contenants de 20 litres, on peut imaginer qu’il faudra 2 heures au système, valve ouverte, pour arriver à une tension nulle. La capacité a été augmentée : l’autonomie a été augmentée.

Sur une batterie de démarrage, cela se traduit par le fait qu’avec une faible capacité, vous pourrez par exemple tenter 5 démarrage avant que la batterie soit à plat. Alors qu’avec une forte capacité, vous pourriez en tenter 7.

L’intensité

L’intensité du courant, exprimée en ampères (A), détermine la quantité d’électricité nécessaire pour alimenter un consommateur. Utilisons maintenant notre système hydraulique pour faire fonctionner un mécanisme. Avec une roue à aube, comme on peut en trouver sur les moulins à eau, en lieu et place de la valve, nous allons entraîner un petit ventilateur pour nous rafraîchir.

L’intensité, c’est le débit de l’eau nécessaire pour entraîner notre ventilateur, par exemple : 10 millilitres par seconde. Si l’on souhaite doubler la vitesse de ce dernier, ou installer un second ventilateur sur la même courroie et qu’ils tournent à la même vitesse, il faudra augmenter la taille de la roue à aube, et donc du tuyau où elle est encastrée. Par conséquent, le débit sera plus important : 20 millilitres par seconde. L’intensité du courant hydraulique sera plus importante. Mais également : la quantité d’eau disponible dans le réservoir positif diminuera plus rapidement. L’intensité délivrée dépend donc du consommateur.

On pourrait aussi mettre un ventilateur en carbone. Parce que le carbone c’est cool d’une part, et comme c’est plus léger, ça ira plus vite pour un débit identique d’autre part. C’est ce que l’on fait depuis quelques années avec les ampoules à LED, qui éclairent plus tout en consommant moins.

La puissance

La puissance électrique, exprimée en watts (W), représente la vitesse à laquelle un travail est fourni. Pour reprendre l’exemple précédent, avec la petite roue à aube, notre ventilateur développait une puissance de 100 tours par minute. Puis, avec la grande roue, nous avons atteint une puissance de 200 tours par minute. La puissance a été augmentée.

La résistance

La résistance électrique, exprimée en ohms (Ω), désigne la capacité à s’opposer au passage de l’électricité. Sur notre système à colonnes d’eau, le tuyau qui relie les deux réservoir est propre et net ; l’eau s’écoule facilement dans celui-ci. Mais avec le temps, le conduit peut s’encrasser, subir des dépôts de calcaire… Tout ceci oppose une résistance au passage de l’eau et en réduit le débit.

Sur un système électrique, chaque câble, chaque consommateur, oppose une résistance interne au passage de l’électricité.

Une fois le tuyau presque bouché, nous aurons beau remplir le réservoir positif au maximum, il n’y aura jamais plus assez de débit pour entraîner notre ventilateur. La tension est à son maximum, mais ne génère plus d’intensité pour autant. C’est ce qui arrive à une batterie en fin de vie, bien que chargée, n’a plus assez d’intensité de démarrage à fournir pour lancer le moteur.

P = U x I

Maintenant que nous avons abordé les 5 valeurs principales d’un circuit électrique, il est facile d’en tirer des conclusions mathématiques grâce à notre système hydraulique de démonstration.

P _(puissance) = U _(tension) x I _(intensité)

Si notre colonne d’eau représente la tension, on imagine aisément qu’elle exerce une pression à sa sortie. Et que plus le niveau diminue, moins la pression est importante. Avec moins de pression, le débit dans le tuyau sera moins important, et par extension, notre ventilateur tournera moins vite. Inversement, si on augmente le débit pour faire tourner le ventilateur plus vite, la tension diminuera en conséquence. Ou encore, si la pression est faible, mais que le ventilateur doit tourner à la même vitesse ; il faut augmenter le débit.

Dans la réalité des choses, une batterie ne descend jamais à 0 V. Une batterie plomb-acide par exemple est considérée comme déchargée sous 11.5 V. Pour nos réservoirs, c’est comme si, une fois la colonne positive passée de 10 à 8 litres, la pression en sortie n’était plus suffisante pour entraîner le ventilateur. La roue à aube s’arrête, bloquant le passage de l’eau, et le système reste dans cet état. Ou alors le ventilateur tourne très lentement, de la même manière que les ampoules brillent faiblement lorsque l’on met le contact sur une moto dont la batterie est « vide ». Sa tension est trop basse pour entraîner le démarreur, mais il en reste tout juste un peu pour faire chauffer faiblement le filament des ampoules.

Cette formule se tourne et se retourne dans tous les sens (qui a dit comme ma mère ?), et se traduit en électricité, pour le premier exemple, par le fait qu’une tension trop basse, à cause d’un circuit de charge défaillant, impliquera une faible intensité, et donc une perte de puissance électrique (ampoule qui brille faiblement, poignées chauffantes qui sont à peine tièdes…).

U = R x I

U _(tension) = R _{(résistance)} x I _(intensité)

De la même manière, si le tuyau par lequel s’évacue la pression est trop encrassé, le débit d’eau sera plus faible. Et pour en revenir au paragraphe précédent, cela diminuera la vitesse de rotation de notre ventilateur. Pour conserver la même puissance, il faudrait augmenter le niveau de l’eau, et donc sa pression à la sortie, ou nettoyer le tuyau, ou encore augmenter la taille de ce dernier et de la roue à aube. Tout est corrélé.

Conclusion

Cette petite analogie entre la batterie et notre système hydraulique devrait vous avoir permis de comprendre les bases de l’électricité sur une moto.

Dans le cas contraire, n’hésitez pas à nous poser vos questions ou nous demander conseil via notre formulaire de contact, téléphone, Facebook, ou Instagram.