Exercices Électricité

 Schéma d’un éclairage connecté

Introduction à la domotique : schéma d'un éclairage connecté

Introduction à la domotique : schéma d'un éclairage connecté

Contexte : Rendre son Éclairage "Intelligent"

La domotique permet de rendre une maison plus confortable, plus sûre et plus économe en énergie. L'un des points d'entrée les plus courants est l'éclairage connecté. L'idée est de pouvoir commander ses lumières non plus seulement depuis un interrupteur mural, mais aussi à distance via un smartphone, une commande vocale ou des scénarios automatisésEnsemble d'actions préprogrammées. Exemple : "quand j'ouvre la porte d'entrée le soir, allume la lumière du couloir".. Pour ce faire, on utilise un module connectéPetit boîtier électronique qui s'installe dans le circuit électrique pour le rendre pilotable à distance.. Ce module, souvent dissimulé derrière l'interrupteur ou dans le plafonnier, reçoit des ordres via un protocole sans filLangage de communication sans fil utilisé par les objets connectés. Les plus courants sont le WiFi, le Bluetooth, le Zigbee et le Z-Wave. (WiFi, Zigbee...) et agit comme un interrupteur commandable à distance, tout en conservant la fonctionnalité de l'interrupteur mural existant.

Remarque Pédagogique : Ce montage est une excellente illustration de la superposition de deux logiques de commande : la commande physique traditionnelle (l'interrupteur) et la commande logique à distance (le module). Le module agit comme un intermédiaire intelligent entre les deux.

Objectifs Pédagogiques

  • Comprendre le principe d'un module d'éclairage connecté.
  • Identifier les bornes de raccordement d'un micromodule (Alimentation, Entrée, Sortie).
  • Lire un schéma de câblage d'un interrupteur simple "domotisé".
  • Calculer la charge d'un circuit d'éclairage pour vérifier la compatibilité du module.
  • Comprendre l'importance du fil de Neutre pour l'alimentation du module.

Données de l'étude

On souhaite rendre connecté l'éclairage d'un salon, composé de 6 spots LED, sans changer l'interrupteur simple existant. Pour cela, on va installer un micromodule connecté dans la boîte d'encastrement derrière l'interrupteur.

Schéma de Principe de l'Installation
Tableau Disj. 10A Boîte d'encastrement Interrupteur Module Plafonnier

Données des composants :

  • Éclairage : 6 spots LED de \(P_{\text{spot}} = 8 \, \text{W}\) chacun.
  • Micromodule connecté : Puissance maximale supportée \(P_{\text{max}} = 2300 \, \text{W}\) (10 A).
  • Tension d'alimentation : \(U = 230 \, \text{V}\)

Questions à traiter

  1. Calculer la puissance totale du circuit d'éclairage et le courant d'emploi \(I_b\).
  2. Le micromodule choisi est-il adapté pour commander ces 6 spots ? Justifier.
  3. Décrire les 4 raccordements essentiels sur le micromodule (L, N, O, SW) et indiquer quel fil de l'installation se branche sur chacun.

Correction : Introduction à la domotique : schéma d'un éclairage connecté

Question 1 : Puissance Totale et Courant d'Emploi

Principe :
P₁ P₂ P₃... ++ Pₜₒₜₐₗ = Σ Pᵢ Iₑ = Pₜₒₜₐₗ / U

La puissance totale d'un circuit d'éclairage est la somme des puissances de toutes les ampoules qui y sont connectées. Une fois cette puissance totale déterminée, le courant d'emploi (\(I_b\)) est calculé via la loi de puissance \(P = U \times I\). Ce courant est celui qui traversera le module connecté lorsque les lampes sont allumées.

Remarque Pédagogique :

Point Clé : Même si le courant est faible avec des LED, le calcul reste une étape de validation importante. Il permet de s'assurer que la charge est bien inférieure à la capacité maximale du module, garantissant sa longévité et sa sécurité.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ P_{\text{totale}} = n_{\text{spots}} \times P_{\text{spot}} \]
\[ I_b = \frac{P_{\text{totale}}}{U} \]
Donnée(s) :
  • Nombre de spots : \(n = 6\)
  • Puissance par spot : \(P_{\text{spot}} = 8 \, \text{W}\)
  • Tension : \(U = 230 \, \text{V}\)
Calcul(s) :

1. Calcul de la puissance totale :

\[ \begin{aligned} P_{\text{totale}} &= 6 \times 8 \, \text{W} \\ &= 48 \, \text{W} \end{aligned} \]

2. Calcul du courant d'emploi :

\[ \begin{aligned} I_b &= \frac{48 \, \text{W}}{230 \, \text{V}} \\ &\approx 0.21 \, \text{A} \end{aligned} \]
Points de vigilance :

Courant d'appel des LED : Certains drivers de LED de mauvaise qualité peuvent avoir un courant d'appel très bref mais intense à l'allumage. Il est toujours bon de prévoir une marge et de ne pas charger un module à plus de 80% de sa capacité maximale.

Le saviez-vous ?

Les protocoles domotiques comme Zigbee ou Z-Wave créent un "réseau maillé" (mesh network). Chaque appareil alimenté sur secteur (comme notre module) agit comme un répéteur, étendant la portée et la fiabilité du réseau dans toute la maison.

FAQ en rapport avec la question :
Dois-je changer le disjoncteur du circuit ?

Non. Le circuit d'éclairage existant est déjà protégé par un disjoncteur (10A ou 16A). L'ajout du module ne modifie pas la consommation du circuit. On doit simplement s'assurer que le module lui-même peut supporter la charge des lampes, ce qui est le but de la question suivante.

Résultat : La puissance totale est de 48 W et le courant d'emploi est d'environ 0.21 A.

Question 2 : Compatibilité du Micromodule

Principe :
Capacité du Module Charge (48W) << Capacité Max (2300W)

Chaque module connecté possède une capacité de coupure maximale, exprimée en Watts ou en Ampères. Il est impératif que la puissance totale des appareils qu'il commande soit inférieure à cette capacité maximale, en gardant une marge de sécurité. On compare donc la puissance calculée à la question 1 avec la puissance maximale du module.

Remarque Pédagogique :

Point Clé : Le module contient un petit relais électromécanique ou un composant électronique (triac) qui ouvre et ferme le circuit. Comme tout interrupteur, ses contacts ont une limite de courant qu'ils peuvent supporter sans s'user prématurément ou fondre.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ P_{\text{totale}} \ll P_{\text{max, module}} \]
Donnée(s) :
  • Puissance totale calculée : \(P_{\text{totale}} = 48 \, \text{W}\)
  • Puissance maximale du module : \(P_{\text{max}} = 2300 \, \text{W}\)
Calcul(s) :

On compare les deux puissances :

\[ 48 \, \text{W} \ll 2300 \, \text{W} \]

La puissance des 6 spots est très largement inférieure à la capacité maximale du module. Le module est donc parfaitement adapté pour cet usage.

Points de vigilance :

Attention aux charges inductives. La capacité d'un module est souvent donnée pour une charge "résistive" (éclairage, chauffage). Pour une charge "inductive" (moteur, transformateur), la capacité réelle du module peut être bien plus faible. Il faut toujours vérifier la notice du fabricant.

Le saviez-vous ?

Les micromodules sont conçus pour être les plus petits possible afin de tenir dans une boîte d'encastrement standard (prof. 40 ou 50mm) derrière un interrupteur. C'est souvent un défi de faire rentrer le module et tous les fils !

FAQ en rapport avec la question :
Puis-je commander un radiateur avec ce module ?

Oui, tant que la puissance du radiateur est inférieure à 2300W. Un radiateur de 1500W ou 2000W peut être commandé par ce module. En revanche, il ne pourrait pas commander une plaque de cuisson de 7200W.

Résultat : Oui, le module est adapté. Sa capacité de 2300W est bien supérieure aux 48W requis.

Question 3 : Câblage du Micromodule

Principe :
Micromodule Connecté L N O SW Phase Neutre Lampe Inter.

Un micromodule a besoin d'être alimenté en permanence pour fonctionner. Il se câble de la manière suivante :
- Borne L (Line) : On y branche la Phase permanente (rouge) venant du tableau.
- Borne N (Neutral) : On y branche le Neutre (bleu). C'est indispensable pour alimenter l'électronique du module.
- Borne O (Output) : C'est la sortie. On y branche le fil qui part vers la lampe (souvent orange ou violet).
- Borne SW (Switch) : C'est l'entrée de commande. On y branche le fil qui revient de l'interrupteur mural.

Remarque Pédagogique :

Point Clé : Le module "court-circuite" l'interrupteur traditionnel. La phase ne va plus directement à l'interrupteur. Elle alimente le module, qui lui-même alimente la lampe. L'interrupteur ne sert plus qu'à envoyer un signal "ON/OFF" au module sur sa borne SW.

Formule(s) utilisée(s) :

Analyse qualitative du schéma de câblage.

Donnée(s) :

Logique de fonctionnement d'un module connecté.

Calcul(s) :

Aucun calcul requis.

Points de vigilance :

La présence du Neutre est cruciale. Dans de nombreuses installations anciennes, le fil de Neutre n'est pas présent dans la boîte de l'interrupteur (il va directement au plafond). Sans Neutre, il est impossible d'alimenter la plupart des micromodules. Il existe des modules "sans neutre", mais ils sont moins courants et ont des contraintes.

Le saviez-vous ?

Certains modules peuvent être configurés pour fonctionner avec des interrupteurs bistables (classiques) ou monostables (boutons-poussoirs). Avec un bouton-poussoir, une simple impulsion suffit pour allumer ou éteindre, comme pour un télérupteur.

FAQ en rapport avec la question :
Que se passe-t-il si j'inverse les fils sur O et SW ?

Si vous inversez la sortie (O) et l'entrée de commande (SW), le système ne fonctionnera pas correctement. La commande via l'application allumera la lampe, mais l'interrupteur mural n'aura probablement aucun effet, ou un effet erratique.

Résultat : L (Phase), N (Neutre), O (vers Lampe), SW (depuis Interrupteur).

Simulation d'un Éclairage Connecté

Utilisez l'interrupteur mural ou les commandes de l'application pour piloter la lumière.

Commandes
État du Circuit
ÉTEINT

Pièges à Éviter

  • Oublier de couper le courant : La première règle avant tout câblage. Couper le disjoncteur du circuit au tableau et vérifier l'absence de tension.
  • Ne pas avoir le Neutre : Vérifier la présence du fil bleu dans la boîte de l'interrupteur AVANT d'acheter le module. S'il n'y est pas, l'installation est plus complexe.
  • Manque de place : Les boîtes d'encastrement, surtout anciennes, sont parfois peu profondes. Un micromodule et les connecteurs rapides (type Wago) prennent de la place. Mesurer la profondeur disponible est essentiel.
  • Choisir le mauvais protocole : Acheter un module Zigbee si on n'a qu'une box WiFi ne fonctionnera pas sans une passerelle domotique compatible. Il faut choisir un module adapté à son écosystème.

Pour Aller Plus Loin : Le Variateur Connecté

Plus que ON/OFF : la variation d'intensité : Au lieu d'un simple module ON/OFF, on peut installer un module "variateur" (dimmer). Le câblage est souvent identique, mais il permet, en plus de l'allumage et de l'extinction, de faire varier l'intensité lumineuse des ampoules, généralement via un appui long sur un bouton-poussoir ou un curseur dans l'application. Attention, il faut impérativement que les ampoules (notamment les LED) soient compatibles "dimmable", sinon elles grésilleront ou ne fonctionneront pas correctement.

Le Saviez-Vous ?

Le premier appareil domestique "connecté" est considéré comme étant une cafetière, présentée en 1990 lors d'une conférence. Elle pouvait être allumée et éteinte à distance via le réseau Internet de l'époque, mais n'a jamais été commercialisée. La domotique grand public a réellement décollé avec l'avènement des smartphones et du WiFi dans les années 2010.

Foire Aux Questions (FAQ)

Si internet ou le WiFi est coupé, est-ce que mon interrupteur mural fonctionne toujours ?

Oui, absolument. C'est tout l'intérêt de ce type de montage. Le module est conçu pour que la commande physique via la borne SW fonctionne de manière totalement indépendante du réseau sans fil. Vous ne perdez jamais le contrôle de base de votre éclairage.

Puis-je mettre un module dans le plafonnier plutôt que derrière l'interrupteur ?

Oui, c'est une autre possibilité, particulièrement utile si vous n'avez pas le neutre à l'interrupteur (car il est toujours présent au niveau de la lampe). Le câblage est un peu différent mais le principe reste le même. L'inconvénient est que le module est moins accessible pour une maintenance.

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Quel fil est indispensable pour alimenter l'électronique de la plupart des modules connectés ?

2. Sur quelle borne du module connecte-t-on le fil qui revient de l'interrupteur mural ?

Glossaire

Module Connecté (ou Micromodule)
Petit boîtier électronique qui s'intercale dans un circuit électrique existant pour y ajouter des fonctionnalités de commande à distance (via WiFi, Zigbee, etc.).
Protocole Domotique
Langage de communication sans fil utilisé par les objets connectés pour échanger des informations (ex: WiFi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, Thread).
Scénario Domotique
Séquence d'actions pré-configurées qui se déclenchent automatiquement en fonction d'un événement (heure, état d'un capteur, commande vocale...).
Interrupteur Bistable
Interrupteur classique qui possède deux états stables : ON et OFF. Il reste dans la position où on le laisse.
Introduction à la domotique : schéma d'un éclairage connecté

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