Tᵉ Bac SAPAT•MG1 — Construction d'un raisonnement scientifique autour des questions du monde actuel•Chapitre 1

Sécurité électrique : tension, intensité, puissance, énergie

Comprendre les grandeurs électriques d'un appareil domestique (tension, intensité, puissance, énergie consommée). Calculer une puissance, identifier les risques majeurs et justifier les dispositifs de protection (disjoncteur, différentiel, prise de terre). Module MG1 — capacité C1.1, thème « Énergie ».

Durée

5 séances de 55 min + 1 TP

Objectifs

5 compétences visées

Référentiel

MG1 — Capacité C1.1 — Bac Pro tronc commun (2024)

Compétences visées

→Définir tension U (V), intensité I (A), puissance P (W) et énergie E (J ou kWh)
→Mobiliser P = U × I et E = P × t
→Convertir entre J, Wh et kWh
→Identifier les seuils dangereux pour le corps humain et les facteurs aggravants
→Justifier le rôle du disjoncteur, du différentiel et de la prise de terre

01Grandeurs électriques

Définition

Puissance électrique.La puissance P d'un appareil mesure la quantité d'énergieRéponse : énergie consommée par seconde. Pour un dipôle en courant continu : $P = U \times I$ , avec P en watts (WRéponse : W), U en volts et I en ampères.

Définition

Énergie consommée.L'énergie E consommée par un appareil de puissance P pendant une durée t est : $E = P \times t$ . En joules si t en secondes, en Wh si t en heures, en kWh si on divise par 1 000.

Appareil	Puissance typique	Intensité (sous 230 V)
LED 9 W	9 W	≈ 0,04 A
Téléviseur	120 W	0,5120 ÷ 230. Réponse : 0,5 A
Sèche-cheveux	1 800 W	≈ 7,8 A
Four	2 300puissance. Réponse : 2 300 W	10 A
Plaque induction (max)	3 600 W	16 A

Simulation — Loi d'Ohm révisée

Avec le simulateur, observe la relation U = R·I. Augmente la tension et note l'intensité — un appareil de forte intensité doit être branché sur un circuit dimensionné en conséquence.

⚙ TP interactif Simulation — Loi d'Ohm révisée — accessible sur la version projetée du cours (à manipuler en classe).

02Calcul d'énergie et de coût

Méthode — Calculer l'énergie consommée et son coût

1Identifier la puissance P (en W) et la durée t (en h).
2Calculer E (en Wh) = P × t. Convertir en kWh en divisant par 1 000.
3Multiplier par le tarif au kWh (≈ 0,21tarif réglementé en €/kWh, ordre de grandeur. Réponse : 0,21 € en France) pour obtenir le coût.

Exemple

Un radiateur de 1 500 W chauffe 4 h/jour pendant 30 jours. E = 1 500 × 4 × 30 = 180 000 Wh = 180Réponse : 180 kWh. Coût mensuel ≈ 180 × 0,21 = 37,80Réponse : 37,80 €.

Saisie libre

Une plaque de 2 000 W est utilisée 30 min. Quelle énergie est consommée (en kWh) ?

kWh

03Risques et protection

Propriété — Effets du courant sur le corps humain

À partir de 10valeur en mA. Réponse : 10 mA, le courant provoque une contraction musculaire (« tétanisation »). À partir de 30seuil du différentiel. Réponse : 30 mA pendant plus de quelques secondes, le risque cardiaque devient grave.

Dispositif	Rôle	Seuil typique
Disjoncteur magnéto-thermique	Coupe le circuit en cas de court-circuit ou de surcharge	16 Acircuit prises classique. Réponse : 16 A ou 20 A
Disjoncteur différentiel	Coupe en cas de fuite vers la terreRéponse : terre (contact accidentel)	30 mA
Prise de terre	Évacue les fuites de courant vers le sol	résistance < 100 Ω

QCM

Un appareil défectueux fuit 50 mA vers son boîtier métallique. La personne le touche. Que se passe-t-il dans une installation conforme ?

Dans les EHPAD, écoles, crèches et autres ERP (établissements recevant du public), un contrôle annuel des installations électriques est obligatoire. Les agents SAPAT participent à la vigilance quotidienne (signaler une prise abîmée, un tapis sur câble, un appareil endommagé).

Capacité visée — extrait du référentiel

Production et utilisation efficace de l'énergie électrique : exploitation de la relation entre puissance, énergie et durée ; calcul d'une énergie dissipée par effet Joule en courant continu et en courant alternatif (la relation étant donnée dans ce cas) ; mesure d'une énergie à l'aide d'un joulemètre ou d'une puissance à l'aide d'un wattmètre ; analyse des échanges d'énergie dans un circuit électrique ; évaluation des ordres de grandeur des puissances mises en jeu dans les secteurs de l'habitat, des transports, des communications à partir de documents fournis ; représentation par un schéma simplifié d'un réseau de distribution d'énergie électrique à l'échelle d'un pays ou d'une installation domestique.

— Document d'accompagnement MG1 — Bac Pro tronc commun — Capacité C1.1 — Savoirs « Enjeux énergétiques »

Exercices

Exercice 1— Étiquette d'un appareil

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Un fer à repasser porte les indications « 230 V – 2 200 W ». 1) Calculer l'intensité qu'il absorbe en fonctionnement. 2) Conviendra-t-il sur un circuit protégé par un disjoncteur de 16 A ?

✓ Correction

1) I = P / U = 2 200 / 230 ≈ 9,6 A. 2) 9,6 A < 16 A → OK, à condition de ne pas cumuler avec d'autres appareils sur la même prise.

Exercice 2— Coût d'utilisation d'une chambre

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Une chambre d'EHPAD est équipée d'un convecteur de 1 200 W qui fonctionne en moyenne 6 h/jour. Calculer la consommation mensuelle (30 j) et le coût correspondant à 0,21 €/kWh.

✓ Correction

E = 1 200 × 6 × 30 = 216 000 Wh = 216 kWh. Coût ≈ 216 × 0,21 = 45,36 € par mois.

Exercice 3— Sécurisation d'une cuisine collective

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Dans une cuisine collective, 4 plaques induction de 3 600 W chacune sont prévues sur un même tableau. 1) Quelle intensité totale en utilisation simultanée maximum ? 2) Quel disjoncteur et quelle section de fil prévoir ? 3) Justifier l'obligation d'un différentiel 30 mA.

💡 Indice

Calculer I totale = P_totale / U. Section de fil : 1,5 mm² jusqu'à 10 A, 2,5 mm² jusqu'à 16 A, 6 mm² au-delà de 32 A (norme NF C 15-100 simplifiée).

✓ Correction

1) P = 4 × 3 600 = 14 400 W ; I = 14 400 / 230 ≈ 62,6 A (rare en simultané, mais à dimensionner). 2) Diviser sur plusieurs circuits ou prévoir un disjoncteur tétrapolaire ; section ≥ 10 mm² si tout sur un même circuit (ou répartir sur 2 disjoncteurs 32 A en 6 mm²). 3) Différentiel 30 mA = protection des personnes en milieu humide (cuisine) — obligation de la norme NF C 15-100.