Conductivité du câble CCA expliquée : comparaison avec le cuivre pur

Qu'est-ce que le fil CCA et pourquoi la conductivité est-elle importante ?

Le fil en aluminium plaqué cuivre (CCA) possède un cœur en aluminium recouvert d'un mince revêtement de cuivre. Cette combinaison offre le meilleur des deux mondes : la légèreté et les avantages économiques de l'aluminium, ainsi que les bonnes propriétés de surface du cuivre. La manière dont ces matériaux fonctionnent ensemble permet d'atteindre environ 60 à 70 % de la conductivité du cuivre pur selon les normes IACS. Et cela fait une réelle différence en termes de performance. Lorsque la conductivité diminue, la résistance augmente, ce qui entraîne une perte d'énergie sous forme de chaleur et de plus grandes pertes de tension dans les circuits. Prenons par exemple une installation simple composée de 10 mètres de fil 12 AWG parcouru par un courant continu de 10 ampères. Dans ce cas, les fils CCA peuvent présenter une chute de tension presque double par rapport aux fils en cuivre classiques – environ 0,8 volt au lieu de 0,52 volt seulement. Un écart de cette importance peut effectivement poser problème pour des équipements sensibles, tels que ceux utilisés dans les installations solaires ou dans l'électronique automobile, où des niveaux de tension stables sont essentiels.

Le CCA présente certainement des avantages en termes de coût et de poids, notamment pour des produits comme les lampes LED ou des pièces automobiles dont les séries de production ne sont pas très importantes. Mais voici le problème : comme il conduit l'électricité moins bien que le cuivre ordinaire, les ingénieurs doivent effectuer des calculs rigoureux pour déterminer la longueur maximale des câbles avant qu'ils ne deviennent un risque d'incendie. La fine couche de cuivre entourant l'aluminium n'a absolument pas pour but d'améliorer la conductivité. Son rôle principal est de garantir une connexion correcte avec les raccords en cuivre standards et d'éviter les problèmes de corrosion entre métaux. Lorsqu'une personne tente de faire passer du CCA pour du fil en cuivre pur, cela ne trompe pas seulement les clients, mais viole également les normes électriques. L'aluminium à l'intérieur ne supporte tout simplement pas la chaleur ou les flexions répétées de la même manière que le cuivre à long terme. Toute personne travaillant sur des systèmes électriques doit connaître ces éléments dès le départ, particulièrement lorsque la sécurité prime sur l'économie de quelques euros dans les matériaux.

Performance électrique : conductivité du câble CCA par rapport au cuivre pur (OFC/ETP)

Cotes IACS et résistivité : quantification de l'écart de conductivité de 60 à 70 %

La norme internationale du cuivre recuit (IACS) sert de référence pour la conductivité en prenant comme base le cuivre pur à 100 %. Le câble en aluminium gainé de cuivre (CCA) atteint seulement 60 à 70 % IACS en raison de la résistivité intrinsèque plus élevée de l'aluminium. Alors que le OFC maintient une résistivité de 0,0171 Ω·mm²/m, celle du CCA se situe entre 0,0255 et 0,0265 Ω·mm²/m, augmentant ainsi la résistance de 55 à 60 %. Cet écart affecte directement l'efficacité énergétique :

La résistivité plus élevée oblige le CCA à dissiper davantage d'énergie sous forme de chaleur pendant la transmission, réduisant ainsi l'efficacité du système, particulièrement dans les applications à charge élevée ou en service continu.

Chute de tension en pratique : CCA 12 AWG vs OFC sur une ligne continue de 10 m

La chute de tension illustre les différences de performance en conditions réelles. Pour une ligne continue de 10 m en courant continu avec un câble 12 AWG transportant 10 A :

• OFC : une résistivité de 0,0171 Ω·mm²/m donne une résistance totale de 0,052 Ω. La chute de tension = 10 A × 0,052 Ω = 0,52 V .
• CCA (10 % Cu) : une résistivité de 0,0265 Ω·mm²/m entraîne une résistance de 0,080 Ω. La chute de tension = 10 A × 0,080 Ω = 0,80 V .

La chute de tension 54 % plus élevée dans le câble CCA risque de provoquer des arrêts par sous-tension dans les systèmes CC sensibles. Pour égaler la performance du câble OFC, le CCA nécessite soit des sections plus grandes, soit des longueurs de câble plus courtes — ce qui réduit son avantage pratique.

Dans quels cas le câble CCA est-il un choix viable ? Compromis spécifiques à l'application

Scénarios basse tension et courtes distances : automobile, PoE et éclairage LED

Le câble CCA présente certains avantages pratiques lorsque la conductivité réduite n'est pas un inconvénient majeur par rapport aux économies réalisées sur les coûts et le poids. Le fait qu'il conduise l'électricité à environ 60 à 70 pour cent de celle du cuivre pur a moins d'importance pour des applications comme les systèmes basse tension, les faibles intensités ou les courtes distances de câblage. Pensez par exemple au matériel PoE Classe A/B, aux bandes lumineuses LED que les gens installent partout dans leurs maisons, ou même au câblage automobile pour des équipements supplémentaires. Prenons l'exemple des applications automobiles : le fait que le CCA pèse environ 40 pour cent de moins que le cuivre fait une grande différence dans les faisceaux de câblage, où chaque gramme compte. Et soyons honnêtes, la plupart des installations LED nécessitent d'importantes quantités de câble, donc l'écart de prix s'accumule rapidement. Tant que les câbles restent inférieurs à environ cinq mètres, la chute de tension reste dans des limites acceptables pour la plupart des usages. Cela permet de réaliser le travail sans avoir à dépenser beaucoup pour des matériaux OFC coûteux.

Calcul du longueur maximale de fonctionnement sécurisé pour câble en aluminium cuivré (CCA) en fonction de la charge et de la tolérance

La sécurité et la bonne performance dépendent de la connaissance de la distance maximale que peuvent parcourir les circuits électriques avant que les chutes de tension ne deviennent problématiques. La formule de base est la suivante : Longueur maximale de câblage en mètres égale la tolérance à la chute de tension multipliée par la section du conducteur, le tout divisé par le courant fois la résistivité fois deux. Voyons ce qui se passe avec un exemple concret. Prenons un système LED standard de 12 V consommant environ 5 ampères. Si nous autorisons une chute de tension de 3 % (ce qui correspond à environ 0,36 volt) et que nous utilisons un fil en aluminium gainé de cuivre de 2,5 millimètres carrés (avec une résistivité d'environ 0,028 ohm par mètre), notre calcul serait similaire à ceci : (0,36 fois 2,5) divisé par (5 fois 0,028 fois 2), ce qui donne environ 3,2 mètres comme longueur maximale de câblage. N'oubliez pas de vérifier ces valeurs par rapport aux réglementations locales, telles que l'article NEC 725 pour les circuits transportant des puissances réduites. Dépasser les limites indiquées par le calcul peut entraîner de graves problèmes, notamment un échauffement excessif des fils, une dégradation progressive de l'isolation ou même une panne complète de l'équipement. Cela devient particulièrement critique lorsque les conditions ambiantes sont plus chaudes que la normale ou lorsque plusieurs câbles sont groupés ensemble, car ces deux situations provoquent un surplus d'accumulation de chaleur.

Idées fausses sur le cuivre sans oxygène et les comparaisons entre câbles CCA

Beaucoup de gens pensent que l'effet dit « de peau » compense d'une certaine manière les problèmes liés au noyau en aluminium du câble CCA. L'idée est qu'à haute fréquence, le courant a tendance à se concentrer près de la surface des conducteurs. Mais les recherches montrent le contraire. L'aluminium gainé de cuivre présente en réalité une résistance d'environ 50 à 60 % supérieure en courant continu par rapport à un câble en cuivre massif, car l'aluminium conduit simplement moins bien l'électricité. Cela signifie qu'il y a une chute de tension plus importante dans le câble, et qu'il chauffe davantage lorsqu'il transporte des charges électriques. Pour les installations Power over Ethernet, cela devient un problème réel, car elles doivent transmettre à la fois des données et de l'énergie via les mêmes câbles, tout en restant suffisamment fraîches pour éviter tout dommage.

Il existe une autre idée reçue courante concernant le cuivre sans oxygène (OFC). Certes, l'OFC présente une pureté d'environ 99,95 % contre 99,90 % pour le cuivre ETP ordinaire, mais la différence réelle de conductivité n'est pas si importante – nous parlons de moins de 1 % de mieux sur l'échelle IACS. En ce qui concerne les conducteurs composites (CCA), le véritable problème ne réside pas du tout dans la qualité du cuivre. Le problème provient du matériau de base en aluminium utilisé dans ces composites. Ce qui rend l'OFC intéressant pour certaines applications, c'est en réalité sa capacité à résister bien mieux à la corrosion que le cuivre standard, notamment dans des conditions difficiles. Cette propriété a beaucoup plus d'importance dans des situations pratiques que les minuscules gains de conductivité par rapport au cuivre ETP.

En définitive, les lacunes de performance du câble CCA découlent des propriétés fondamentales de l'aluminium — elles ne peuvent être corrigées par l'épaisseur du revêtement de cuivre ou par des variantes sans oxygène. Les concepteurs devraient privilégier les exigences de l'application plutôt que le marketing lié à la pureté lorsqu'ils évaluent la viabilité du CCA.