Mis à jour le 03/05/2013
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L'alimentation

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Un ordinateur consomme de l’énergie. Et pas qu’un peu ! Votre facture d’électricité ne manquera pas de vous le rappeler en temps voulu. Du disque dur au processeur, en passant par la RAM ou la carte graphique, tous les composants sont concernés, même si certains sont plus gourmands que d’autres.

Dans ce chapitre, nous allons nous intéresser à l’élément central de la gestion de l’énergie : le bloc d’alimentation. Ce dernier a pour mission de transformer le courant alternatif du secteur électrique en un courant continu « consommable » par l’ordinateur.

Un bloc d'alimentation
Un bloc d'alimentation

Nous commencerons donc par expliquer en quoi consiste cette transformation. Cela impliquera donc un peu de théorie sur l’électricité, qui vous rappellera peut-être quelques cours du lycée. ;) Nous parlerons également de la « qualité » du courant pour un ordinateur, notion souvent négligée mais néanmoins très importante pour la bonne santé de tous les composants de votre ordinateur ! Enfin, nous décrirons les différents formats d’ « alim’ » (on les appelles souvent ainsi) et les types de connectiques disponibles.

Fonctionnement du bloc d’alimentation

Quand on parle d’alimentation électrique, on parle de courants, tensions, résistances et autres puissances. Je vous propose donc une petite mise au point sur ces notions afin de bien comprendre pourquoi notre ordinateur a besoin d’un bloc d’alimentation.

Quelques notions de bases pour bien comprendre la suite…

Savez-vous ce qu’est un électron ? Mais si, ce sont ces petites particules qui constituent (avec d’autres) les atomes. On en « voit » donc tous les jours autour de nous ! Il se trouve que les électrons ont une charge électrique, et que cette charge a la particularité d’être négative. Ainsi, on les notes souvent $e^-$, le signe « - » témoignant de cette fameuse charge négative.

Quand beaucoup d’électrons sont concentrés en un endroit précis, la charge (ou potentiel) électrique est de plus en plus négative. À l’inverse si un manque d’électron est provoqué, la charge est de moins en moins négative (donc de plus en plus positive). Entre ces deux potentiels se produit alors une différence de potentiel électrique, appelée tension. C’est le cas entre les bornes d’une pile ou encore entre les deux fils arrivant dans la prise électrique de la maison. La tension est exprimée en volts (V).

Lorsque les deux potentiels se trouvent sur un circuit fermé, les électrons sont attirés par la borne chargée positivement, tout comme des magnets sur un frigo. En se déplaçant, ils laissent derrière eux une charge positive (puisqu’ils sont eux-mêmes chargés négativement), ce qui attire à nouveau d’autres électrons situés alentour, etc. Le déplacement de tout ce petit monde est appelé courant électrique. L'unité d'intensité du courant électrique est l'ampère (A).

Déplacement des électrons au sein d'un matériau conducteur
Déplacement des électrons au sein d'un matériau conducteur

Mais le courant électrique ne se balade pas sans encombre sur son fil (ou son matériau conducteur quel qu’il soit). Il lui est opposé une résistance dans sa progression, qui dépend notamment de la forme et de la longueur du fil, ainsi que du matériau utilisé. La résistance est exprimée en ohms (Ω).

Votre courant, vous le prenez alternatif ou continu ?

Définitions

Le courant électrique présente une particularité tout à fait étonnante : il peut s’inverser. En effet, les électrons peuvent changer leur sens de déplacement ! Si on mesure la tension du courant sur un circuit, ce changement de sens se traduit par une inversion de signe du courant (il passe d’une valeur positive à négative ou inversement). Si ce changement de sens s'effectue de façon périodique, alors le courant est dit alternatif. La courbe de la tension au cours du temps ressemble alors à une courbe sinusoïdale telle que la suivante :

Évolution de l’intensité d’un courant alternatif au cours du temps
Évolution de l’intensité d’un courant alternatif au cours du temps

Ce signal est périodique, ce qui signifie que ses variations se reproduisent à l'identique à intervalles réguliers. On appelle alors fréquence le nombre de fois que ces variations se répètent en une seconde. La fréquence est exprimée en Hertz (Hz).

Inversement (si je puis dire), un courant qui conserve toujours le même sens est dit continu :

Évolution de la tension d’un courant continu au cours du temps
Évolution de la tension d’un courant continu au cours du temps

Ici, pas de notion de fréquence puisque la courbe est « plate », il n’y a donc pas lieu de parler de répétition.

Dans la pratique

En pratique, le courant qui sort des prises électriques de la maison est un courant alternatif. Sa tension oscille périodiquement de -325 V à +325 V (ce n'est pas le cas en Amérique du Nord mais le principe est exactement le même) :

Évolution de la tension au cours du temps
Évolution de la tension au cours du temps

On calcule alors une valeur appelée tension efficace, qui correspond à la valeur qu’aurait la tension si elle était continue et constante :
$U_{eff} = \frac{U_{max}}{\sqrt{2}}$

Ainsi, la tension efficace de nos prises de courant est de $\frac{325}{\sqrt{2}} \approx 230 V$. Elle a une fréquence de 50 Hz (ou 60 Hz selon la région du globe dans laquelle vous vous trouvez, mais peu importe).

Manque de chance, les composants de l’ordinateur, comme la plupart des appareils électriques de la maison, utilisent pour fonctionner un courant continu de tension 5 ou 12 V. On est donc très loin du courant alternatif de tension 230 V fourni par les prises électriques ! :waw:

Toute la problématique est donc de transformer un courant alternatif de tension efficace 230 V, 50 Hz en un courant continu et constant, de tension 5 ou 12 V. Vous l’avez compris : c’est le rôle du bloc d’alimentation.
Voyons donc à présent comment celui-ci procède pour réaliser cette transformation.

Principe de fonctionnement du bloc d’alimentation

Tout d’abord, à quoi ressemble un bloc d’alimentation ? C’est une boîte, ok, mais encore ? Qu’y a-t-il dans cette boîte ?

Intérieur d’un bloc d’alimentation
Intérieur d’un bloc d’alimentation

Tous les composants du bloc d’alimentation que vous apercevez ci-dessus ont un rôle à jouer dans la transformation du courant dont nous parlions plus tôt. C’est un peu comme une recette de cuisine : pour réaliser votre plat, vous devez faire passer les ingrédients de départ par toute une série d’étapes et d’ustensiles en tout genre. Après chaque étape, le plat n’est pas encore fameux mais s’approche du résultat final. Ici, notre recette est en cinq étapes principales.

Première étape : protections et filtres

Le bloc d’alimentation est tout d’abord équipé d’un fusible, dont le rôle est de protéger l’installation électrique de votre maison. En cas de court-circuit, ce fusible va « sauter » et ainsi ouvrir le circuit électrique afin de stopper les dégâts. Un autre composant appelé varistance protégera cette fois le bloc d’alimentation (et les autres composants de l’ordinateur par la même occasion) en cas de surtension. Typiquement, cela se produit lorsque la foudre s’abat dans le coin. Sans cette protection, votre ordinateur ressemblerait alors à un toast laissé un peu trop longtemps dans le grille-pain. :-°

Varistance (à gauche) et fusible (à droite)
Varistance (à gauche) et fusible (à droite)

Côté filtre, on utilise un « correcteur du facteur de puissance » (PFC) afin de limiter les interférences électromagnétiques (EMI) engendrées par le découpage de la tension. Le but est de limiter les parasites qui polluent à la fois le courant fourni à l’ordinateur, mais également le réseau électrique de la maison. Un PFC peut être actif ou passif. Un PFC actif est plus efficace qu’un PFC passif, mais il est aussi plus cher, ce qui a forcément un impact sur le prix global de l’alimentation.

Pour l’instant, aucune transformation n’a encore eu lieu, notre courant est toujours alternatif et notre tension toujours sinusoïdale, oscillant de -325 V à +325 V (soit une tension efficace de 230 V).

Deuxième étape : redresser la tension avec le pont de diode

Le pont de diode sert à « redresser » la tension. Je n’entre pas dans les détails du schéma électrique, sachez simplement qu’il s’agit de quatre diodes montées entre elles de façon à ce qu’elles ne laissent passer le courant que dans un seul sens. Après le pont de diode, notre tension ressemble donc à ceci :

Tension redressée
Tension redressée

Le signe du courant ne s’inverse plus, on a donc un courant continu qui s’approche de notre objectif. C’est mieux, mais ce n'est pas encore ça.

Troisième étape : lisser la tension avec le premier condensateur

Les composants de l’ordinateur ne supporteraient pas les oscillations toujours présentes qu’on observe sur la courbe ci-dessus. La tension a donc besoin d’être « lissée ». Pour cela, on utilise un condensateur qui va agir comme un « réservoir » à courant. Je m’explique.

Lorsqu’on injecte du courant dans un condensateur, celui-ci se charge, ce qui signifie qu’il accumule de l’énergie. Cette énergie peut alors être restituée au circuit électrique, un peu comme le ferait une pile rechargeable (même si le principe physique n’a en fait rien à voir). On va alors utiliser le condensateur de façon à combler les creux de tension : quand la tension est croissante, le condensateur est chargé ; lorsque celle-ci redescend, on utilise la réserve d’énergie pour la lisser.

Charge et décharge d’un condensateur pour lisser une tension
Charge et décharge d’un condensateur pour lisser une tension

Au final, on a donc une courbe de tension lissée :

Tension lissée
Tension lissée

Là encore, c'est mieux, mais on doit encore triturer notre tension afin qu'elle ressemble tout à fait à ce que nous cherchons (une tension continue de 5 ou 12 V, je le rappelle pour les étourdis ;) ).

Quatrième étape : abaisser la tension avec le transistor de découpage et le transformateur

Nous voici donc avec un courant continu presque constant. En revanche, la tension efficace est toujours de 230 V. Pour ne pas faire fondre comme neige au soleil les composants de l’ordinateur, on va devoir utiliser un transformateur, composant capable d’abaisser ou d’élever une tension. Dans notre cas, nous allons bien sûr nous servir du transformateur pour baisser la tension, de 230 V à 5 V ou 12 V.

Problème : la taille d’un transformateur est inversement proportionnelle à la fréquence du courant qui le traverse. Pour éviter de nous retrouver avec un bloc d’alimentation gros comme un camion, il faut donc trouver un moyen d’augmenter la fréquence de notre signal. Cela se fait en « découpant » la tension, grâce à un ou plusieurs transistors. Le principe consiste à ouvrir et fermer un interrupteur à intervalles très restreints et régulier afin d’obtenir une tension qui ressemble à ceci :

Tension découpée
Tension découpée

On passe ainsi de 50 Hz à environ 100 000 Hz ! On peut donc envoyer notre courant au transformateur. Problème résolu ! :D Pour comprendre le principe général d’un transformateur, deux choses sont à savoir :

  • Lorsqu’un courant électrique traverse un conducteur, un champ magnétique est créé alentour.

  • Lorsqu’un circuit se trouve dans un champ magnétique, un courant électrique y est créé. C’est le principe de l’induction (on dit alors qu’un courant est induit dans le circuit).

Un transformateur est composé de deux bobines, c’est-à-dire des enroulements de fils conducteurs :

Transformateur
Transformateur

La première bobine reçoit le courant de tension 230 V, ce qui génère un champ magnétique. Ce champ magnétique induit alors un courant dans la seconde bobine, dont la tension est inférieure. En jouant sur le nombre de spires des deux bobines, on peut parvenir à induire un courant de tension voulue dans la seconde bobine. Le tour est joué ! Enfin presque.

Cinquième étape : redresser et lisser à nouveau la tension avec la diode Schottky et le second condensateur

Avec tout ça, notre tension est devenue complètement hachée, ce qui ne va pas plaire aux composants de l'ordinateur. On va donc la redresser de manière similaire à ce qui a été fait précédemment.

On n’utilise plus un pont de diodes mais une diode « Schottky », cette dernière chauffant moins et donc souffrant de moins de pertes d’énergie. Un second condensateur est ensuite utilisé pour lisser au mieux notre tension afin d’obtenir en sortie la tension désirée, la plus constante possible. Mais comme nous le verrons tout à l’heure, ce n’est pas toujours le cas et cela peut malheureusement entraîner quelques désagréments.

Tension finale (idéalement constante)
Tension finale (idéalement constante)

Maintenant que nous savons un peu mieux à qui nous avons affaire, je vous propose de nous attarder sur quelques critères importants concernant le bloc d’alimentation.

La facture d’électricité, à court et moyen terme

Je vous le disais en introduction, l'ordinateur consomme de l'électricité et les effets s'en ressentent donc sur la facture d'électricité à court terme. Mais le choix d'une bonne alimentation a également des effets à moyen terme. Avant de comprendre pourquoi, il nous faut voir ensemble la notion de puissance d'une alimentation.

Puissance de l'alimentation

On appelle puissance la quantité d'énergie fournie sur une période donnée. Elle se calcule par le produit de la tension (U, en volts) et du courant (I, en ampères) :

$P=UI$

La puissance s'exprime en watts. C'est cette unité que vous retrouverez dans les fiches caractéristiques des blocs d'alimentation.

Chaque composant de l'ordinateur a besoin d'une certaine quantité de puissance pour fonctionner convenablement. Ils tireront tous sur le bloc d'alimentation, qui devra alors être à la hauteur de leurs besoins. Il est donc primordial de choisir un bloc d'alimentation capable de délivrer suffisamment de puissance pour votre configuration.

La puissance nécessaire dépend des composants choisies. De ce fait, le choix de l'alimentation doit se faire après celui de la majeure partie des autres composants. Ce n'est pas un hasard si ce chapitre n'arrive que maintenant. ;)

Il faut donc trouver les puissances nécessaires pour chacun des composants et les additionner pour pouvoir choisir le bloc d'alimentation ? Fastidieux…

Eh oui, il le faut. Mais rassurez-vous, de nombreux outils existent pour vous faciliter la tâche ! C'est notamment le cas des PSU Calculator (tels que celui-ci par exemple) qui donne une puissance recommandée en fonction de votre configuration.

Rendement

Dans un monde parfait, toutes les transformations de courant et tension que nous venons de voir se dérouleraient sans encombre et toute la puissance délivrée par la prise électrique serait utilisée par l’ordinateur. Mais une alimentation n’est jamais parfaite, malheureusement. Le rapport entre la puissance délivrée à l'ordinateur et la puissance reçue par l'alimentation est appelé rendement :

$r = \frac{\text{puissance d\'{e}livr\'{e}e \`{a} l'ordinateur}}{\text{puissance re\c cue par l'alimentation}}$

Si l’alimentation délivrait à l’ordinateur toute la puissance qu’elle reçoit en entrée, alors le rendement serait de 1 (c’est-à-dire 100%). Mais ce n’est jamais le cas, le rendement est donc toujours inférieur à 1. Le tout est de faire en sorte qu’il soit le plus près possible de 1, histoire de ne pas payer une énorme facture d’électricité pour pas grand-chose.

Pourquoi une perte de puissance ?

Mais au fait d’où vient cette perte de puissance ? Pourquoi les transformations effectuées sur le courant et la tension font perdre de l’énergie ? La réponse, je suis sûr que vous la connaissez si vous avez déjà pris un chargeur d’ordinateur portable dans les mains : ça chauffe !

En effet, tout courant électrique traversant un matériau conducteur provoque un dégagement de chaleur. Vous souvenez-vous de la résistance dont nous parlions plus tôt ? Elle est dû aux chocs entre les atomes du matériau conducteur et les électrons qui y circulent. Ces collisions provoquent un dégagement de chaleur, appelé effet Joule. Et la chaleur, c’est de l’énergie ! Toute la chaleur émise par le bloc d’alimentation est autant d’énergie qui n’est pas transmise à l’ordinateur. Ça chauffe la pièce, c’est bien, mais ce n’est pas le rôle d’un ordinateur à la base. :p

Une partie de la puissance consommée est perdue en chaleur, c’est l’effet Joule
Une partie de la puissance consommée est perdue en chaleur, c’est l’effet Joule
Comment s’y retrouver ?

Depuis 2007, le label 80 Plus a été mis en place afin de garantir un rendement acceptable pour les alimentations du commerce. « Acceptable » signifie que les pertes n’excèdent pas 20%. Autrement dit, le rendement doit être d’au moins 80%. Par soucis d'économie, certains constructeurs n'hésitaient pas à proposer des alimentations au rendement exécrable ! Ce n'était bon ni pour l'environnement, ni pour la facture ! Le but de ce label est donc d'éliminer ces escroqueries.

Plusieurs labels ont ainsi été déclinés afin de permettre au consommateur que nous sommes de repérer du premier coup d’œil les alimentations ayant le meilleur rendement :

Charge

80 Plus
80 Plus
80 Plus Bronze
80 Plus Bronze
80 Plus Silver
80 Plus Silver
80 Plus Gold
80 Plus Gold
80 Plus Platinium
80 Plus Platinium

20%

80%

82%

85%

87%

90%

50%

80%

85%

88%

90%

92%

100%

80%

82%

85%

87%

89%

Rendements minimaux en fonction de la charge et du label.
Comme vous pouvez le voir dans le tableau ci-dessus, le rendement varie selon la sollicitation de l’alimentation. Si cette dernière est trop ou trop peu sollicitée, alors le rendement est légèrement inférieur. Le meilleur rendement est atteint entre les deux, c'est-à-dire lors d’une utilisation « normale ».

Qualité du courant

Le « ripple »

Vous l’aurez compris, une bonne alimentation se doit d'avoir un rendement élevé. Mais ce n’est pas le seul paramètre à prendre en compte. En effet, le courant fourni par l’alimentation est envoyé à la majorité des composants de l’ordinateur : carte mère, processeur, carte graphique, disque dur, etc. Imaginez un peu les effets dévastateurs d’une alimentation qui enverrait aux composants un courant corrompu. Imaginez les effets dévastateurs d’une cantine d’entreprise qui donnerait des aliments avariés aux salariés. Leur après-midi ne serait pas très productive…

La qualité du courant est donc primordiale pour ne pas abîmer les composants de votre ordinateur. Comme on l’a vu, le courant attendu est continu et la tension doit être la plus stable possible. Cependant, il reste toujours ce qu’on appelle du « ripple » (« ondulation » en anglais), de toutes petites oscillations de tensions qui vont s’avérer nocives pour les composants de l’ordinateur.

Tension avec ripple
Tension avec ripple

Plus le ripple est élevé, plus les composants vont être abîmés au fil du temps. Acheter une alimentation délivrant une tension « propre » est donc un investissement d’avenir : mieux vaut mettre 20 ou 50 € de plus maintenant, que de devoir changer la carte mère ou la carte graphique dans un an. ;)

L’alimentation génère également des ondes électromagnétiques qui peuvent interférer avec les autres appareils de la maison. Ces ondes sont censées être filtrées par le PFC dont nous parlions plus tôt, mais les alimentations bas de gamme s’en affranchissent un peu trop souvent.

Les onduleurs

Pour éviter les effets indésirables sur les composants de votre ordinateur, rien ne vaut une alimentation de qualité. Mais même avec un bloc haut de gamme, vous ne serez pas à l'abri d'un autre type d'incident : la coupure électrique. L'échelon de tension provoqué par une telle coupure risque de poser des problèmes irréversibles sur votre configuration. La coupure peut même se faire vicieuse et ne durer que quelques millisecondes (on appelle ça une micro-coupure). Tellement court que vous ne vous rendrez peut-être même pas compte que la lumière s'est éteinte un instant, mais suffisamment long pour que votre PC se redémarre tout seul. Pas top.

À l'inverse, il peut surgir des surtensions sur votre réseau électrique, si la foudre s'abat sur votre maison par exemple. Là encore, votre configuration risque d'en pâtir.

Pour se prémunir de tout cela, vous pouvez vous procurer un onduleur. Le principe de base est simple : l'onduleur est branché à la fois au secteur et à l'ordinateur et en cas de soucis, une batterie contenue dans l'onduleur prend le relais. Il en existe trois types différents :

  • les onduleurs OFF-Line, qui conviennent pour les particuliers la plupart du temps, mais ne permettent pas de se prémunir des micro-coupures ;

  • les onduleurs Line interactive, qui cette fois permettent d'absorber les micro-coupures grâce à un petit processeur qui surveille l'état de la tension ;

  • les onduleurs ON-Line, le top-du-top, pour une sécurité maximale de votre réseau électrique. Le prix s'en ressent, bien évidemment.

Format et connecteurs

Passons à présent à des considérations plus « visibles » : le format et les connectiques d’une alimentation.

Côté format, on retrouve le même genre de dénominations que pour les cartes mères. Le format le plus courant est le format ATX. On trouve également des micro-ATX ou mini-ITX pour les boîtiers de plus petite taille. Nous aurons l’occasion de parler plus en détail des boîtiers dans le prochain chapitre.

Concernant les connecteurs, on retrouve de nombreuses normes afin de répondre aux attentes des différents composants de l’ordinateur. Concrètement, c’est autant de câbles qui sortent de l’alimentation et qu’il faudra brancher sur chaque composant.

Pour la carte mère, on utilisera un connecteur ATX 24 pins (ou broches) :

Connecteur d’alimentation ATX 24 broches
Connecteur d’alimentation ATX 24 broches

Afin de respecter la compatibilité avec les anciennes cartes mère qui nécessitaient un connecteur de 20 pins seulement, quatre broches de l’ATX 24 pins sont désolidarisées des vingt autres.

Le connecteur ATX 8 pins, également appelé ATX-P4, se branche également sur la carte mère mais est dédié à l’alimentation du CPU :

Connecteur d’alimentation ATX 8 broches ou ATX-P4
Connecteur d’alimentation ATX 8 broches ou ATX-P4

Là encore, une ancienne norme impose de pouvoir détacher des blocs de broches afin d’obtenir des connecteurs adaptés aux besoins.

Pour la carte graphique, un connecteur PCIe 6 ou 8 pins est disponible :

Connecteur d’alimentation PCIe
Connecteur d’alimentation PCIe

Enfin, nous avons vu dans le chapitre précédent les connecteurs utilisés pour les disques dur : MOLEX pour les disques en IDE et SATA pour les disques et SSD en… SATA :

Connecteur d’alimentation MOLEX
Connecteur d’alimentation MOLEX
Connecteur d’alimentation SATA
Connecteur d’alimentation SATA

Notons que les lecteurs disquettes sont également alimentés via des ports MOLEX. Mais je doute que vous en ayez encore grand besoin aujourd’hui. ;)

Certaines alimentions dites « modulaires » permettent de débrancher les câbles inutilisés. Cela dans le but de ne pas encombrer l’espace et ainsi de permettre une meilleure circulation de l’air dans le boîtier.

Alimentation modulaire
Alimentation modulaire

À retenir pour bien choisir

  • Alimentation :
    Une bonne alimentation est une alimentation qui ménagera votre facture électrique sur le court et le moyen terme. Pour le court terme, il faut choisir une alimentation possédant un bon rendement. Les labels 80 Plus ont été créés pour vous aider à ce niveau là.

    Sur le moyen terme, c'est la qualité du courant délivré qui devra être étudiée de près afin de ne pas abîmer les autres composants de votre machine. Les constructeurs ne sont pas fous et indiquent rarement ce critère dans leur description. Cela dit, de nombreux tests présents dans les magazines ou sites spécialisés vous renseigneront sur les meilleurs courants du marché.

Qui aurait cru qu'un simple bloc pouvait faire subir autant de choses au courant électrique et à sa tension ? Finalement, tout serait plus simple si le courant sortant des prises était directement « propre à la consommation ». Mais cela poserait de gros problèmes de transport du courant, des centrales électriques jusqu'à nos habitations.

Le bloc d'alimentation ne doit surtout pas être négligé, car c'est un investissement d'avenir. Une bonne alim' vous fera économiser de l'argent à court terme sur votre facture d'électricité, mais aussi à moyen terme dans le sens où vous n'aurez pas à changer des composants abîmés par des oscillations de tensions trop importantes.

Les boîtiers sont souvent vendus avec une alimentation mais attention, celle-ci est souvent bas de gamme et donc à éviter. Les boîtiers font d'ailleurs l'objet du prochain chapitre. À l'instar de C-3PO dans l'épisode II, nous allons donc à présent voir comment habiller notre machine !

Exemple de certificat de réussite
Exemple de certificat de réussite