Le transformateur est un appareil électrique capable de modifier la tension d'un courant alternatif. Selon sa conception, il peut augmenter ou diminuer la tension sans produire lui-même d'électricité. Il fonctionne grâce au phénomène d'induction électromagnétique.

Les transformateurs sont indispensables au transport de l'électricité et à l'alimentation de nombreux appareils. On les trouve aussi bien dans les centrales électriques que dans les chargeurs de téléphones, les alimentations d'ordinateurs ou certains appareils électroniques.

La constitution d'un transformateur

Un transformateur est constitué de deux bobines enroulées autour d'un même noyau magnétique, généralement réalisé en tôles d'acier afin de concentrer le champ magnétique tout en limitant les pertes d'énergie.

La bobine reliée à la source d'alimentation est appelée enroulement primaire. Celle qui fournit la tension de sortie est appelée enroulement secondaire.

Les deux enroulements sont électriquement isolés l'un de l'autre. L'énergie est transmise uniquement par le champ magnétique créé dans le noyau.

Le principe de fonctionnement

Lorsque le courant alternatif traverse l'enroulement primaire, son intensité varie continuellement. Cette variation crée un champ magnétique lui aussi variable dans le noyau.

Ce champ magnétique traverse ensuite l'enroulement secondaire et y induit une tension. Aucun contact électrique direct n'existe entre les deux bobines : seule l'énergie est transmise.

Par exemple, lorsqu'un chargeur est branché sur le secteur, le transformateur abaisse la tension avant qu'elle soit redressée et régulée pour alimenter l'appareil.

Le rapport de transformation

La tension obtenue au secondaire dépend principalement du nombre de spires des deux enroulements.

U_s / U_p = N_s / N_p

où U_p est la tension du primaire, U_s la tension du secondaire, N_p le nombre de spires du primaire et N_s celui du secondaire.

Si le secondaire possède deux fois plus de spires que le primaire, la tension de sortie est environ deux fois plus élevée. À l'inverse, s'il possède deux fois moins de spires, la tension est divisée par deux.

Les transformateurs élévateurs

Un transformateur élévateur possède davantage de spires au secondaire qu'au primaire. Il fournit donc une tension plus élevée que celle appliquée à l'entrée.

À la sortie des centrales électriques, de puissants transformateurs élèvent la tension à plusieurs centaines de milliers de volts afin de réduire les pertes lors du transport de l'électricité sur de longues distances.

Les transformateurs abaisseurs

Un transformateur abaisseur possède moins de spires au secondaire qu'au primaire. Il réduit la tension afin de l'adapter aux appareils électriques.

Près des habitations, plusieurs transformateurs abaissent progressivement la tension du réseau jusqu'à environ 230 V pour alimenter les installations domestiques.

La puissance et le rendement

Dans un transformateur idéal, la puissance électrique reste pratiquement la même entre l'entrée et la sortie.

P = U × I

Lorsque la tension augmente, le courant diminue. Inversement, lorsque la tension diminue, le courant augmente. Cette propriété permet de transporter l'électricité avec un courant plus faible, ce qui limite l'échauffement des lignes électriques.

En pratique, une petite partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur dans les enroulements et dans le noyau magnétique. Les transformateurs modernes possèdent toutefois un rendement très élevé, souvent supérieur à 95 %.

Les différents types de transformateurs

Les transformateurs de puissance

Ils sont utilisés dans les réseaux électriques pour le transport et la distribution de l'énergie.

Les transformateurs d'alimentation

Ils fournissent une tension adaptée aux appareils électriques et électroniques, comme certains chargeurs, alimentations ou équipements industriels.

Les transformateurs d'isolement

Les transformateurs d'isolement possèdent généralement le même nombre de spires au primaire et au secondaire. Leur rôle principal n'est pas de modifier la tension mais d'assurer une isolation électrique entre deux circuits afin d'améliorer la sécurité ou de réduire certaines perturbations.

Les autotransformateurs

Un autotransformateur utilise un seul enroulement comportant plusieurs prises intermédiaires. Il est plus compact qu'un transformateur classique mais n'assure pas d'isolation électrique entre l'entrée et la sortie.

Les limites des transformateurs

Les transformateurs classiques fonctionnent uniquement avec un courant alternatif. Un courant continu produit un champ magnétique constant qui ne permet plus d'induire une tension dans le secondaire.

Pour modifier une tension continue, les alimentations modernes la transforment d'abord en courant alternatif de haute fréquence avant de l'envoyer dans un transformateur spécialement conçu pour cet usage.

Les applications des transformateurs

Les transformateurs sont présents dans les réseaux électriques, les postes de distribution, les alimentations électroniques, les appareils médicaux, les équipements industriels, les systèmes audio, les chargeurs de batteries et de nombreux appareils domestiques.

Ils permettent d'adapter la tension aux besoins des différents équipements tout en assurant un transport efficace et sécurisé de l'énergie électrique.