Varistor : rôle, fonctionnement et protection contre les surtensions

Un varistor est un composant électronique dont la résistance varie en fonction de la tension appliquée. Sa fonction principale est de protéger les appareils électriques contre les surtensions brèves susceptibles d’endommager les circuits intégrés sensibles et d’autres composants.

Les varistors sont utilisés dans les blocs d’alimentation, les parasurtenseurs, les appareils électroménagers et les équipements industriels. Voyons comment ce composant est conçu, pourquoi il réagit aux surtensions et en quoi il diffère d’un fusible classique.

Qu'est-ce qu'un varistor et à quoi sert-il ?

Un varistor est un composant électronique dont la résistance varie en fonction de la tension appliquée. Sa principale mission est de protéger les équipements électriques contre les surtensions transitoires susceptibles d'endommager des circuits intégrés sensibles ou d'autres composants électroniques.

On retrouve les varistances dans les blocs d'alimentation, les filtres secteur, les appareils électroménagers et les équipements industriels. Découvrons ensemble comment fonctionne ce composant, pourquoi il réagit aux surtensions et en quoi il diffère d'un fusible classique.

Principe et rôle du varistor

Le varistor est une résistance non linéaire dont la valeur chute brusquement quand la tension dépasse un certain seuil. En temps normal, il n'affecte quasiment pas le circuit puisqu'il présente une résistance très élevée.

Son rôle essentiel est de limiter les pics dangereux de tension, qui peuvent survenir lors de la commutation de moteurs, la coupure de charges inductives, les orages ou d'autres phénomènes transitoires sur le réseau électrique.

Par exemple, lorsqu'une impulsion de surtension apparaît, le varistor laisse passer un courant important, limitant ainsi la tension appliquée à l'appareil protégé. Cela réduit le risque d'endommagement des composants électroniques.

Où trouve-t-on des varistances ?

• Blocs d'alimentation : protection des entrées contre les impulsions de surtension.
• Filtres secteur : limitation des pics venant du réseau électrique.
• Appareils électroménagers : protection des cartes électroniques de réfrigérateurs, machines à laver, etc.
• Équipements industriels : suppression des surtensions lors de la commutation de charges électriques.

À noter : le varistor n'est pas conçu pour stabiliser la tension ou protéger contre une surtension prolongée. Si la surtension dure trop longtemps, il risque de chauffer et de s'endommager.

Structure et fonctionnement du varistor

Construction et principe de fonctionnement

La plupart des varistances modernes sont fabriquées à partir d'oxyde de zinc (ZnO) mélangé à d'autres oxydes métalliques. Ce mélange est comprimé, fritté pour former un élément céramique, puis recouvert d'une couche isolante et doté de pattes métalliques.

La particularité du varistor réside dans sa caractéristique courant-tension non linéaire. Sous faible tension, sa résistance est très élevée, ne laissant passer qu'un courant de fuite minime.

Quand la tension atteint un seuil critique, la résistance chute brutalement : le varistor laisse passer un courant nettement supérieur, limitant ainsi la montée de la tension.

Une fois l'impulsion terminée, un varistor en bon état retrouve sa résistance élevée. Ce comportement lui permet de réagir à de multiples surtensions, même si des impulsions puissantes réduisent progressivement sa durée de vie.

Comment le varistor protège-t-il des surtensions ?

Dans les circuits en courant alternatif, le varistor est généralement branché en parallèle de la charge protégée, par exemple entre phase et neutre à l'entrée d'une alimentation.

1. En fonctionnement normal : la tension reste dans la plage admissible, la résistance du varistor est élevée.
2. Surtension : la tension monte brusquement, la résistance chute.
3. Limitation : un courant d'impulsion traverse le varistor, la tension sur la charge est limitée.
4. Retour à la normale : après l'impulsion, la résistance du varistor remonte.

Il est important de comprendre que le varistor ne fait pas disparaître la surtension : une partie de l'énergie est dissipée sous forme de chaleur. L'efficacité de la protection dépend des caractéristiques du composant et du circuit.

Par ailleurs, le varistor ne maintient pas une tension fixe : la tension de limitation dépend du courant d'impulsion et des spécificités du composant.

Pour se protéger contre des dérives de tension prolongées sur le réseau, d'autres dispositifs sont nécessaires.

Pour en savoir plus sur ces solutions, consultez notre guide dédié : Stabilisateurs de tension : fonctionnement, différences avec les onduleurs et comment bien choisir.

Principales caractéristiques et marquage des varistances

Tension, courant et énergie d'impulsion

Pour bien choisir une varistance, il est essentiel de prendre en compte plusieurs paramètres qui déterminent sa capacité à protéger un circuit électronique :

• Tension maximale d'utilisation : plus haute tension (continue ou efficace) que le varistor peut supporter durablement sans augmentation excessive du courant de fuite.
• Tension de varistance : tension mesurée sous un courant de test (généralement 1 mA), indiquant le début du comportement non linéaire.
• Tension de limitation : tension mesurée sur le varistor lorsqu'un courant d'impulsion spécifique le traverse.
• Courant d'impulsion maximal : intensité de pointe que le composant peut encaisser pour une forme d'impulsion donnée.
• Énergie d'impulsion : quantité d'énergie (en joules) que la varistance peut dissiper dans des conditions précises de test.

Plus les valeurs admissibles de courant et d'énergie d'impulsion sont élevées, plus le composant pourra contrer de puissantes surtensions. Cependant, une tension de service trop haute peut réduire la protection des équipements sensibles.

Décryptage du marquage varistor et choix du modèle

Le boîtier du varistor présente généralement un marquage alphanumérique avec ses dimensions et principales caractéristiques électriques.

Exemple : 14D471K :

• 14 : diamètre du disque ≈ 14 mm
• D : format disque
• 471 : tension de varistance 470 V
• K : tolérance de ±10 %

Attention : 470 V ne correspond ni à la tension maximale d'utilisation ni à la tension de limitation précise. Pour ce type de varistor, la tension admissible en courant alternatif est typiquement d'environ 300 V, mais il faut toujours consulter la fiche technique du fabricant.

Pour choisir un varistor adapté, prenez en compte la tension nominale du réseau, les possibles variations prolongées, les surtensions attendues et les spécificités de l'appareil à protéger.

Sur un réseau 220-230 V, il ne suffit pas de se fier au marquage : vérifiez la tension d'utilisation admissible en alternatif, la tension de limitation, la robustesse aux impulsions et les exigences en matière de protection thermique.

Différences entre varistor et fusible

Le varistor et le fusible protègent tous deux les équipements électriques, mais ils réagissent à des risques différents.

• Le varistor limite les surtensions brèves en abaissant sa résistance lors des pics de tension. Il redevient fonctionnel une fois l'impulsion passée.
• Le fusible protège contre les surintensités : il fond et coupe le circuit quand le courant dépasse sa valeur admissible pendant un certain temps.

Dans de nombreux appareils, les deux composants coexistent : le varistor limite les impulsions dangereuses, le fusible coupe l'alimentation en cas de surintensité, y compris si le varistor est endommagé.

Cependant, un fusible classique ne protège pas toujours le varistor contre la surchauffe lors d'une surtension prolongée. Les dispositifs de protection secteur intègrent souvent des thermofusibles ou des varistances avec protection thermique intégrée.

Pour plus d'informations sur d'autres méthodes de protection des circuits, consultez notre article : Fusibles électroniques (eFuse) : nouvelle norme de protection intelligente.

Comment tester un varistor et détecter un défaut ?

Test du varistor au multimètre

On peut tester un varistor avec un simple multimètre, mais ce test détecte surtout les courts-circuits ou dommages visibles.

1. Coupez totalement l'alimentation de l'appareil et déchargez les condensateurs pour la sécurité. Il est recommandé de dessouder le varistor pour une mesure fiable.
2. Inspectez le boîtier : fissures, noircissements, gonflements ou traces de brûlure signalent un dommage.
3. Réglez le multimètre sur la mesure de résistance.
4. Branchez les pointes sur les deux pattes du varistor (peu importe la polarité).
5. Observez la valeur : un varistor secteur en bon état affiche une résistance très élevée, souvent hors plage du multimètre.

Si la résistance mesurée est proche de zéro, le varistor est probablement en court-circuit et doit être remplacé.

Cependant, une résistance élevée ne garantit pas le bon état du composant. Un multimètre classique ne permet pas de vérifier la tension de varistance ni la capacité à limiter les impulsions : il faut un équipement de test spécialisé pour un diagnostic complet.

Pourquoi un varistor grille-t-il ? Quand le remplacer ?

Un varistor peut être détruit si l'énergie de l'impulsion dépasse ses spécifications ou s'il subit trop longtemps une surtension.

Principales causes de défaillance :

• Surtensions impulsionnelles très puissantes sur le réseau
• Sauts de tension fréquents qui dégradent progressivement le composant
• Excès prolongé de la tension maximale d'utilisation
• Mauvais choix du modèle (tension ou robustesse impulsionnelle inadaptée)

Un varistor endommagé peut se mettre en court-circuit, perdre ses propriétés ou se désintégrer. Si des fissures, des traces de chauffe ou un court-circuit sont détectés, il faut le remplacer.

Le nouveau varistor doit présenter les mêmes caractéristiques (tension de service, tension de varistance, courant et énergie admissibles). Installer un composant inadapté peut être risqué.

Il est déconseillé de faire fonctionner un appareil sans varistor ou de le retirer sans remplacement. Pour toute intervention sur des équipements reliés au secteur, faites appel à un professionnel qualifié.

Conclusion

Le varistor protège l'électronique contre les surtensions transitoires en abaissant brutalement sa résistance lors d'un pic dangereux. Contrairement au fusible, il n'est pas conçu pour couper le circuit en cas de surcharge et peut fonctionner à plusieurs reprises dans la limite de ses caractéristiques.

Pour bien choisir un varistor, il faut tenir compte de la tension de service, de la tension de limitation et de l'énergie admissible. En cas de dommage, remplacez-le par un modèle approprié après avoir identifié la cause du défaut.