Combien de câbles tiennent dans un conduit ? C'est une question de réglementation, pas de géométrie

Pourquoi la limite ne parle pas d'encombrement

Prends le cas par défaut du calculateur et retourne la question. Trois conducteurs de 12 AWG occupent 7,49 % d'un conduit EMT de trois quarts de pouce. Seize en occupent 39,92 %. Même à seize, les trois cinquièmes du tube sont de l'air — et un tirage bourré à soixante pour cent à la main ne serait toujours pas plein au sens de l'empilement, puisque des cercles dans un cercle ne dépassent pas environ quatre-vingt-dix pour cent même parfaitement rangés, et personne ne range parfaitement du câble. La règle ne parle donc manifestement pas de volume. Elle parle de deux modes de défaillance.

Le premier est thermique. Un conducteur parcouru par un courant dissipe RI² en chaleur, et cette chaleur doit sortir à travers l'isolant, les lames d'air, la paroi du conduit, jusqu'à la pièce. L'isolant a une température admissible — les deux H de THHN signifient haute résistance à la chaleur, 90 °C en local sec — au-delà de laquelle il durcit, se fissure et finit par ne plus isoler. Mets un seul conducteur dans un tube : il rayonne librement dans beaucoup d'air immobile. Mets-en neuf : ceux du milieu sont entourés d'autres sources de chaleur, les extérieurs s'intercalant entre eux et la paroi. La limite de remplissage est une approximation grossière du fait de laisser assez d'air dans le tube pour que le cœur du faisceau puisse encore évacuer.

Le second est mécanique, et c'est celui qui frappe pendant le chantier plutôt que des années après. Les conducteurs sont tirés dans le conduit avec un lubrifiant et, sur les longs parcours, au treuil. Chaque coude multiplie la tension nécessaire à l'autre bout, et plus le tube est plein moins le faisceau peut se réorganiser dans le coude : il coince. Ce qui cède en premier est l'isolant, raclé sur l'arête d'un manchon ou d'une bague, et le dégât est invisible depuis les deux extrémités. Un conducteur dont l'isolant est entaillé, enfermé dans un mur, est un défaut qui attend un hiver humide. Les 40 % concernent autant la pose sûre du câble que son exploitation sûre.

Quel code il applique, et les valeurs qu'il en tire

L'outil est un outil NEC, et son titre le dit pour que personne n'ait à deviner. Sous le capot, il embarque deux tableaux repris du chapitre 9 du NEC. Le tableau 4 donne l'aire interne totale de chaque conduit pour chaque taille nominale, et l'outil retient cinq familles : EMT, PVC Schedule 40, PVC Schedule 80, métal rigide et métal intermédiaire, du demi-pouce à quatre pouces. Le tableau 5 donne l'aire approchée d'un conducteur isolé, et l'outil retient la colonne THHN et THWN du 14 AWG au 4/0. Les deux jeux de valeurs ont été confrontés aux chiffres publiés avant la rédaction de cet article, et les deux concordent.

La famille de conduit compte plus qu'on ne le croit, car l'épaisseur de paroi mange la place. Neuf conducteurs de 12 AWG donnent 21,80 % de remplissage en métal rigide de trois quarts de pouce, 22,46 % en EMT, 23,56 % en PVC Schedule 40 et 29,27 % en PVC Schedule 80 — un tiers de remplissage en plus pour les mêmes fils dans la même taille nominale, la paroi plus épaisse du Schedule 80 laissant un alésage bien plus étroit. Le métal intermédiaire est le plus généreux des cinq, à 20,43 %. Aucun n'est refusé, mais sur un parcours proche de la limite, le choix du tube fait la différence entre passer et changer de taille.

53, 31 et 40 ne forment pas une suite — et c'est à deux conducteurs que la règle est la plus stricte

Lis les trois limites dans l'ordre et quelque chose cloche : 53 %, puis 31 %, puis on remonte à 40 %. Ce n'est ni une erreur ni une courbe régulière, car les trois cas sont géométriquement des problèmes différents. Un conducteur unique dans un tube rond, c'est un cercle dans un cercle : il peut être assez gros avant de coincer — d'où les 53 %. Deux conducteurs côte à côte constituent le pire cas de coincement : ils peuvent se mettre en travers de l'alésage dans un coude et se bloquer, d'où la chute à 31 %. À partir de trois, ils peuvent se réorganiser en triangle ou en faisceau qui roule dans le coude, et la limite se détend à 40 %.

Le calculateur choisit la limite d'après le nombre de conducteurs saisi, et la bascule est brutale d'une façon qu'il vaut mieux connaître. Saisis 2 et la limite affichée est 31 % ; saisis 3 et elle passe à 40 % alors même que le remplissage réel augmente. La marche piège aussi les saisies décimales : le nombre est arrondi avant le choix de la limite, si bien que 2,4 conducteurs est traité comme deux et reçoit la limite de 31 %, tandis que 2,6 est traité comme trois et reçoit 40 %. Et un nombre nul passe à 53 %, ce qui est arithmétiquement cohérent et pratiquement vide de sens : un tube vide n'est pas un projet.

Le cas du manchon est la quatrième limite, et la plus souvent détournée. Une longueur courte de conduit, au plus vingt-quatre pouces entre deux boîtes, peut être remplie à 60 %, faute de tirage réel et, sur une telle longueur, d'échauffement réel. Sélectionne-le dans l'outil et la limite passe à 60 % quel que soit le nombre de conducteurs. C'est une tolérance authentique et non une échappatoire : vingt-cinq pouces n'est pas un manchon, et un manchon comportant un coude n'en est pas un non plus.

Minoration : occupe la place, perds du courant

C'est la partie que le calculateur ne fait pas, et celle qui décide si le parcours fonctionne. Le même argument thermique qui a produit la limite de remplissage en produit un second, plus tranchant : dès que plus de trois conducteurs actifs partagent un même chemin de câbles, le code réduit le courant admissible de chacun d'un facteur qui empire à mesure que le nombre monte. Les paliers figurent au NEC 310.15(C)(1). Quatre à six conducteurs conservent 80 % de leur valeur, sept à neuf 70 %, dix à vingt 50 %, et cela continue de descendre. Un conducteur de 12 AWG THHN donné pour 30 A à 90 °C porte donc 24 A dans un groupe de six, 21 A dans un groupe de neuf, et 15 A dans un groupe de seize. À seize, le tube passe toujours la vérification de remplissage. Les circuits qu'il contient, eux, ont été divisés par deux.

Les deux comptes ne sont pas le même compte, et les confondre est une erreur fréquente et lourde de conséquences. Pour la limite de remplissage, tout conducteur présent dans le tube compte, conducteurs de protection compris — ils occupent de la place comme les autres. Pour la minoration de courant, seuls les conducteurs actifs comptent : un conducteur de protection ne compte jamais, et le neutre d'un circuit multiconducteur équilibré généralement pas non plus, sauf s'il porte des courants harmoniques. Un tube contenant seize conducteurs peut donc n'en avoir que douze d'actifs : le facteur de minoration dépend des douze, le remplissage des seize. Inverser les deux conduit soit à minorer un circuit qui n'en avait pas besoin, soit — bien pire — à ne pas minorer celui qui en avait besoin.

Une contrainte supplémentaire garde l'arithmétique honnête. La valeur à 90 °C dont part la minoration n'est pas le courant qu'on a le droit de délivrer : les bornes des appareils ordinaires sont homologuées à 60 ou 75 °C, et le circuit est limité par la plus faible des deux valeurs — courant minoré ou tenue des bornes. Par ailleurs, les petits conducteurs cuivre sont plafonnés par leur propre règle de protection contre les surintensités, indépendamment de tout cela. Conséquence pratique : la marge qu'affiche la colonne 90 °C est là avant tout pour qu'il y ait quelque chose à minorer, pas pour qu'on l'utilise.

Hors des États-Unis, aucun de ces chiffres ne s'applique

Le NEC est un texte des États-Unis, publié par la NFPA et adopté État par État et ville par ville, avec amendements locaux. Partout ailleurs, la famille qui compte est la CEI 60364, déclinée nationalement : NF C 15-100 en France, la série DIN VDE 0100 en Allemagne, le REBT en Espagne, le RTIEBT au Portugal, la CEI 64-8 en Italie, la BS 7671 au Royaume-Uni. Aucun de ces textes ne contient les nombres 53 / 31 / 40, aucun ne tabule le remplissage en pouces carrés, et les sections de conducteur y sont exprimées en millimètres carrés et non en numéros de jauge. Le conduit lui-même est une autre gamme de produits : dimensionné par diamètre extérieur selon la série EN 61386 — 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 mm — là où la série américaine est une taille nominale en pouces qui n'est ni l'alésage ni le diamètre extérieur de quoi que ce soit de précis.

Ce qui se transpose, c'est l'arithmétique, un taux de remplissage n'ayant pas d'unité. Prends le diamètre intérieur du conduit, élève-le au carré et multiplie par π/4 pour l'aire de l'alésage. Prends le diamètre extérieur de chaque câble sur sa fiche technique — le diamètre extérieur, pas la section du conducteur, car c'est la gaine qui occupe le tube — élève au carré, multiplie par π/4, et additionne. Divise la seconde valeur par la première. Un conduit de 20 mm à paroi de 1,5 mm a un alésage de 17 mm et 226,98 mm² d'aire ; neuf câbles de 3,5 mm de diamètre extérieur en occupent 86,59 mm², soit 38,15 % de remplissage. Passe les mêmes neuf câbles dans un conduit de 25 mm et le chiffre tombe à 22,78 %. Le nombre est parlant ; la limite à laquelle tu le compares n'est pas celle du NEC, et doit venir du texte applicable là où tu travailles.

La pénalité de groupement existe des deux côtés de l'Atlantique, et c'est la partie rassurante. La CEI 60364-5-52 porte des facteurs de réduction pour les circuits groupés dans un conduit ou une goulotte, tabulés par nombre de circuits plutôt que par nombre de conducteurs, et ils décroissent de la même façon que ceux du NEC : plus il y a de circuits dans l'enveloppe, moins chacun peut porter. Les deux systèmes divergent sur les valeurs, sur ce qu'on compte, et sur le mode de pose de référence dont part une intensité admissible. Ils s'accordent complètement sur la physique. Si tu ne retiens qu'une idée de cet article, retiens celle-là : le tube est un problème thermique avant d'être un problème d'encombrement, dans tous les pays.

Ce que le calculateur ne vérifie pas

Il prend une seule section et un seul nombre de conducteurs, ce qui ne ressemble pas à un tirage réel. Un circuit terminal comporte typiquement deux ou trois conducteurs d'une section, plus un conducteur de protection plus petit, et une canalisation d'alimentation a souvent un neutre réduit. Il n'existe aucun moyen de saisir ce mélange : le contournement honnête consiste à lancer l'outil pour chaque section, à additionner les aires de conducteur à la main et à comparer le total à la même limite — celle-ci ne dépend que du nombre total de conducteurs, pas de leurs sections.

Il ne connaît que le THHN et le THWN. Ce sont les fils de bâtiment courants aux États-Unis, et c'est pourquoi l'outil peut se contenter d'une seule table ; mais le XHHW, le RHW, l'USE et tout le reste occupent d'autres aires pour le même cuivre, parfois nettement plus. Il n'applique pas non plus la règle de coincement — celle qui dit que trois conducteurs de même section peuvent se bloquer dans un coude lorsque le rapport du diamètre intérieur du conduit au diamètre extérieur du conducteur tombe dans une bande étroite autour de trois. Et il ne dit rien de l'effort de tirage, du nombre de coudes, du remplissage des boîtes, ni de savoir si le conducteur est de la bonne section pour la charge — autre calcul, autre outil.

Questions fréquentes

Le conducteur de protection compte-t-il dans le remplissage ?

Oui pour le remplissage, non pour la minoration de courant, et cette distinction est la chose la plus utile de tout l'article. Le remplissage est une question d'aire occupée : tout ce qui est dans le tube occupe de la place, conducteurs de protection compris, nus ou isolés, qu'ils portent ou non du courant en régime normal. La minoration est une question de chaleur produite : seuls comptent les conducteurs qui portent réellement le courant de charge ; un conducteur de protection n'en porte que pendant un défaut, qui dure quelques millisecondes. Le même raisonnement exonère le neutre d'un circuit multiconducteur équilibré, où il ne porte que le déséquilibre — à l'exception bien connue d'un neutre alimentant des charges génératrices d'harmoniques, qui porte du courant et compte donc.

Pourquoi la limite à deux conducteurs est-elle plus basse qu'à trois ?

Parce que deux objets ronds dans un tube rond forment la pire disposition pour le coincement, et que le coincement est un problème de tirage, pas de chaleur. Deux conducteurs de taille voisine peuvent se mettre en travers dans un coude et se caler en travers de l'alésage ; une fois calés, ils ne glissent plus — plus on tire, plus ils se bloquent, et la gaine se déchire. À trois ou plus, ce calage précis est bien moins facile : ils tombent en triangle ou en faisceau lâche qui roule dans le coude. Un conducteur seul n'a rien contre quoi se coincer et obtient la tolérance la plus généreuse, 53 %. La suite 53, 31, 40 n'est donc pas une courbe : ce sont trois réponses distinctes à trois questions géométriques distinctes, d'où le changement brutal de limite quand tu modifies le nombre.

Peut-on utiliser cet outil pour une installation européenne ?

Pour comprendre le principe, oui. Pour dimensionner un parcours, non. Tout y est américain : la série de conduits est en tailles nominales en pouces, les aires de conducteur sont celles du THHN et du THWN, et les limites sont celles du NEC. Une installation européenne relève de la déclinaison nationale de la CEI 60364, emploie des conduits dimensionnés par diamètre extérieur en millimètres selon la série EN 61386, et spécifie le câble par section en millimètres carrés. Ce qui se transpose, c'est la méthode, un taux de remplissage étant un rapport sans unité : calcule l'aire de l'alésage de ton conduit, additionne les aires des câbles d'après leurs diamètres extérieurs, et divise. Ce chiffre est directement comparable à une limite de remplissage — simplement pas à celle du NEC. Porte-le au texte applicable là où passe le câble, et souviens-toi que l'équivalent de la question de minoration existe là aussi, sous forme de facteurs de réduction pour groupement dans la CEI 60364-5-52.

Comment traiter un tirage comportant plusieurs sections ?

À la main, l'outil ne prenant qu'une section à la fois. Lance-le une fois par section pour lire l'aire totale des conducteurs de ce groupe, additionne les groupes, et compare la somme à l'aire interne du conduit. La limite ne change pas avec le mélange : elle se choisit uniquement d'après le nombre total de conducteurs, donc trois d'une section plus un conducteur de protection plus petit font quatre conducteurs et relèvent des 40 %, sans dosage. Le piège arithmétique est d'oublier le plus petit conducteur parce qu'il paraît négligeable — dans un parcours serré, c'est souvent le conducteur de protection qui fait basculer un remplissage limite, et c'est justement celui qu'on omet du compte.

Si un parcours passe la vérification de remplissage, le conduit est-il bien dimensionné ?

Non. Le remplissage est une porte parmi d'autres, et la plus facile à franchir. Un parcours doit aussi survivre au tirage, qui dépend de sa longueur, du nombre et du rayon de ses coudes et du lubrifiant employé — rien de tout cela n'entre dans un pourcentage de remplissage. Il doit satisfaire la minoration de courant pour le nombre de conducteurs actifs qu'il contient, ce qui peut imposer une section plus grande, donc un conduit plus gros que ne le suggérait la vérification de remplissage. Il doit éviter la règle de coincement s'il contient exactement trois conducteurs de même section. Les boîtes aux deux extrémités ont leurs propres règles de remplissage. Et le conducteur lui-même doit être dimensionné pour sa charge et sa chute de tension avant tout cela — c'est de là qu'un parcours se conçoit, et non à rebours depuis le tube. Passer la vérification de remplissage signifie que le conduit n'est pas disqualifié ; pas qu'il est le bon.