Condensateur : quel est son rôle dans un circuit électrique ?

Composant passif omniprésent dans tous types de circuits électroniques, le condensateur sert -principalement- à emmagasiner des charges électriques. Zoom et détails sur cet équipement, que l'on croise dans l'industrie de pointe, les usages domestiques les plus courants ou les domaines professionnels.

Qu'est-ce qu'un condensateur ?

Un condensateur est un composant électronique capable de stocker des charges électriques opposées (négatives et positives) et de valeurs absolues strictement identiques, sur ses armatures. Il a la capacité de réceptionner, mais aussi de restituer une charge électrique possédant une valeur relative à la tension. Il se présente alors comme un véritable accumulateur d'énergie.

On distingue 3 paramètres principaux : 

• Son type,
• Sa tension maximum en Volts,
• Sa capacité en Farads,

Ses deux armatures, ou "électrodes", sont séparées par un isolant polarisable non conducteur, appelé "diélectrique". Plus cet isolant est efficace, plus grande est la capacité de stockage du composant, exprimée en Farad (F) ou, dans le cas de plus faibles valeurs, en Microfarad (10^-6), Nanofarads (10^-9) ou Picofarads (10^-12). Cette valeur est indiquée directement sur la coque du condensateur.

Ce composant est également protégé des influences extérieures par une couche de vernis, un enrobage en résine (masse isolante) ou un boîtier en aluminium.

🧐 C'est Ewald Jürgen Georg von Kleist, un physicien prussien, qui a inventé le premier condensateur en 1745.

Au sein d'un circuit électrique, il doit idéalement se comporter comme suit : I = C.dU/dt

• I = représente le courant électrique qui traverse le condensateur ;
• U = manifeste la tension observée au niveau des bornes du composant ;
• C = indique la capacité électrique du condensateur ;
• dU / dt = symbolise la variation de tension dans le temps.

La capacité électrique du condensateur, est, quant à elle, estimée via la formule simplifiée suivante : C = ε.S/e

• C = exprime la capacité électrique du condensateur ;
• ε = désigne la permittivité du diélectrique, c'est-à-dire, la réponse au champ électrique appliqué ;
• S = révèle la surface des armatures en regard ;
• e = annonce la distance entre les armatures.

Symbole schématique de l'équipement. Vu sur Wikimedia.org (Commons)

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À quoi sert un condensateur ?

Le condensateur électronique ou électrique est principalement utilisé dans les circuits électriques pour stocker de l'énergie (une charge d'électrons), et la rendre, si besoin.

Par cela, il tend à stabiliser l'alimentation électrique en lissant les variations qui peuvent survenir au sein de celle-ci. Il s'agit d'un paramètre indispensable pour certains composants sensibles, comme les microprocesseurs ou les fonctions mémoire, qui demandent obligatoirement des alimentations fixes et régulières.

Le condensateur joue donc un rôle de premier ordre au sein des circuits électriques qui réclament une précision extrême. Il se doit donc d'être extrêmement fiable et qualitatif. 

😱 Par exemple, pour une alimentation de 3,3 V, la variation autorisée est seulement de 0,1 volt, au maximum !

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Au-delà de cette mission, il peut également servir à :

• Séparer deux formes de courants électriques (courant continu et courant alternatif) ;
• Déparasiter des signaux (découplage) en éliminant les crépitements et les souffles sur un fichier audio et les artéfacts sur une vidéo ;
• Augmenter les débits des connexions et améliorer la qualité des signaux sur le réseau ADSL ainsi que sur les transmissions Bluetooth et Wifi ;
• Réduire les instabilités d'un circuit électronique, en compensant ses fluctuations (il se charge lors de pics de tension et se décharge lors des chutes) ;
• Compenser une charge inductive ;
• Supprimer l'offset (tension continue ajoutée à un régime sinusoïdal) sur un signal ;
• Faciliter le démarrage de certains moteurs qui réclament un courant fort à ce moment précis ;
• Mémoriser des séquences de bits dans des mémoires dynamiques ;

👕 Certains appareils électroménagers, comme la machine à laver ou le sèche-linge, sont équipés de condensateurs qui déchargent l'énergie accumulée au moment du démarrage de l'appareil, dans un laps très court, pour permettre l’allumage du moteur.

Quels en sont les différents types ?

Les condensateurs sont caractérisés par leurs armatures et formes ; on dit alors qu'ils sont "plans", "cylindriques" ou "sphériques". En complément, ils sont aussi classés selon différentes catégories, que sont :

• Les condensateurs électrolytiques ou polarisés, sensibles à la polarité de la tension électrique qui leur est appliquée, avec une valeur oscillant entre 0.1 Microfarad, et 100.000 Microfarads. Ils sont principalement utilisés quand une importante capacité de stockage est nécessaire. Toutefois, ils répondent mal aux hautes fréquences ;
• Les condensateurs céramiques, non polarisés ou Mylar, de très faible valeur, symbolisés par les sigles BP ou NP. Les condensateurs à isolant de céramique sont très utilisés dans les applications haute fréquence ou haute tension ;
• Les supercondensateurs non polarisés, conçus pour améliorer les accumulateurs, et dont la capacité de stockage est très importante ;
• Les condensateurs variables, que l'on utilise principalement pour concevoir certains types de filtres électrocinétiques, comme les filtres RLC contenant une résistance et une bobine.

💪 La taille d’un condensateur est proportionnelle à la quantité d’énergie qu’il peut accumuler, sauf pour les supercondensateurs.

Un composant bien reconnaissable !

Comment reconnaître le plus et le moins d'un condensateur ?

Un condensateur polarisé utilise un petit signe "Plus" ( + ), dessiné schématiquement à côté du pôle (ou borne) correspondant. Le pôle "Moins", lui, est généralement symbolisé par un rectangle plein ou hachuré, ou par un trait courbé.

Enfin, autre cas de figure, pour symboliser le "Moins", les condensateurs cylindriques possèdent une bande blanche sur le côté correspondant.

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Quel prix pour un condensateur ? 

Le prix de ce composant est nettement variable selon deux paramètres : sa technologie et son utilisation.

En moyenne, vous pouvez compter :

• 4 € pour un condensateur variable de 20-20 pF,
• 30 € pour un condensateur servant à l'allumage du moteur d'une machine à laver,
• Plus de 1.000 € pour un supercondensateur de 165 F.

>> Lisez aussi : Court-circuit électrique : d'où vient-il et que risquez-vous ?

Comment savoir si un condensateur est mort ? 5 étapes pour le tester

Sachez qu'il est tout à fait susceptible de se décharger, voire de devenir totalement inopérant.

Vous vous interrogez sur la défectuosité d'un condensateur ? Sachez qu'il est impossible de la vérifier à l'œil nu, sauf dans le cas d'un condensateur cylindrique qui peut, par exemple, avoir gonflé sous l'effet d'une forte pression et présenter une entaille sur sa partie haute.

Pour les autres condensateurs, un test est nécessaire pour s'assurer de leur défectuosité. Voici comment procéder :

1. Déconnectez le condensateur de son circuit électrique,
2. Videz-le de sa charge résiduelle avec un tournevis d'électricien,
3. Réglez votre multimètre en position "Ohmmètre", en adaptant le calibrage à la capacité de votre composant,
4. Placez le fil rouge du multimètre sur sa borne positive, et le noir sur sa borne négative,
5. Interprétez ensuite le résultat obtenu en fonction du comportement de l'aiguille et de la valeur affichée :
   1. Elles montent et redescendent successivement : le composant est fonctionnel.
   2. Elles ne redescendent pas : il ne fonctionne plus.
   3. Elles ne redescendent pas totalement : attention au courant de fuite.
   4. Elles ne montent pas : il n'est pas alimenté.

Largement utilisé dans les circuits électriques et électroniques depuis de nombreuses années, le condensateur est un composant ultra-polyvalent, aux utilisations variées selon les besoins et les domaines d'application (aéronautique, audiovisuel, électroménager...). Facile à identifier visuellement, il reste, pour autant, relativement complexe à mettre en œuvre sans connaissances, tant les contraintes techniques et calculs relatifs à son utilisation sont complexes.

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Références :

• EPSIC.ch | École professionnelle de la société industrielle et commerciale de Lausanne
• Futura-Sciences.com | Le diélectrique
• Wikibooks.org
• Linternaute.com