Les appareils du quotidien utilisent aujourd'hui de nombreux circuits électroniques pour mesurer, commander et automatiser leurs différentes fonctions. Une cafetière, un lave-linge, un réfrigérateur, un four, un aspirateur ou encore une brosse à dents électrique peuvent ainsi intégrer des capteurs, des moteurs, des circuits de puissance et des systèmes de commande.

L'électronique permet de remplacer une partie des commandes mécaniques par un fonctionnement automatique. L'appareil peut mesurer son état, détecter les conditions de fonctionnement, exécuter une séquence d'opérations et réagir lorsqu'une situation anormale apparaît.

Le système de commande

Dans de nombreux appareils, un microcontrôleur assure la commande principale. Il contient un processeur, de la mémoire et des interfaces permettant de communiquer avec les différents circuits de l'appareil.

Le microcontrôleur exécute un programme qui définit les opérations à effectuer. Il reçoit les informations provenant des capteurs, les analyse puis commande les différents éléments nécessaires au fonctionnement.

Selon l'appareil, il peut ainsi commander un moteur, une résistance chauffante, une pompe, une électrovanne, un ventilateur, un compresseur, un écran ou des voyants lumineux.

Les capteurs

Les capteurs permettent à l'appareil de connaître son état ou de mesurer son environnement. Ils transforment une grandeur physique en un signal électrique exploitable par le système de commande.

Les capteurs de température sont utilisés dans les fours, les réfrigérateurs, les chauffe-eau et de nombreux autres appareils. Des capteurs de niveau permettent de mesurer la quantité d'eau présente dans un lave-linge ou un lave-vaisselle. Des capteurs d'humidité peuvent déterminer si du linge est encore humide dans un sèche-linge.

Certains appareils utilisent également des capteurs de pression, de position, de vitesse, de courant électrique, de luminosité ou de présence. Le choix du capteur dépend de la grandeur que l'appareil doit surveiller.

Les actionneurs

Les informations mesurées par les capteurs permettent au système de commander des actionneurs. Ceux-ci produisent l'action physique nécessaire au fonctionnement de l'appareil.

Un moteur peut entraîner un tambour, une pompe ou un ventilateur. Une résistance électrique transforme l'énergie électrique en chaleur. Une électrovanne contrôle le passage de l'eau et un compresseur assure la circulation du fluide frigorigène dans un réfrigérateur.

Le système de commande adapte ces éléments aux informations reçues. La vitesse d'un moteur peut être modifiée, la puissance d'une résistance ajustée ou une vanne ouverte pendant une durée déterminée.

Le lave-linge

Le lave-linge illustre particulièrement bien l'association entre capteurs, commande et actionneurs. Lorsqu'un programme est sélectionné, le système électronique exécute une succession d'étapes définies à l'avance.

Le système vérifie d'abord que la porte est correctement fermée et verrouillée. Une électrovanne laisse ensuite entrer l'eau. Un capteur mesure le niveau atteint dans la cuve afin d'arrêter le remplissage lorsque la quantité nécessaire est obtenue.

Une résistance chauffe ensuite l'eau jusqu'à la température demandée. Pendant le lavage, le moteur entraîne le tambour selon différents mouvements et différentes vitesses. La commande de ces mouvements dépend du programme sélectionné.

Après le lavage et les rinçages, une pompe évacue l'eau. Le moteur entraîne alors le tambour à une vitesse beaucoup plus élevée pour effectuer l'essorage. Chaque étape est contrôlée par le système électronique.

Le réfrigérateur

Dans un réfrigérateur, un capteur mesure en permanence la température à l'intérieur de l'appareil. Le système de commande compare cette mesure à la température souhaitée.

Lorsque la température devient trop élevée, le système commande le compresseur. Celui-ci fait circuler le fluide frigorigène dans le circuit de refroidissement et permet d'extraire de la chaleur de l'intérieur du réfrigérateur.

Lorsque la température atteint la valeur prévue, le système réduit ou arrête le fonctionnement du compresseur. Le cycle recommence lorsque la température remonte suffisamment.

Des ventilateurs peuvent également être commandés pour répartir l'air froid et certains modèles utilisent plusieurs capteurs afin de contrôler séparément différentes zones.

Le four

Un four électrique utilise principalement des résistances chauffantes pour transformer l'énergie électrique en chaleur. Un capteur mesure la température à l'intérieur de la cavité et transmet cette information au système de commande.

Lorsque la température mesurée est inférieure à la consigne, le système alimente les résistances. Lorsqu'elle atteint la valeur recherchée, il réduit ou interrompt leur fonctionnement. Les résistances peuvent être commandées séparément afin de répartir la chaleur selon le mode de cuisson choisi.

Le système électronique peut également commander un ventilateur, un éclairage, un afficheur et différents dispositifs de sécurité.

Le four à micro-ondes

Un four à micro-ondes utilise un générateur de micro-ondes pour chauffer les aliments. Son système électronique commande notamment la durée de fonctionnement et les différents éléments nécessaires au cycle de cuisson.

Le plateau tournant peut être entraîné par un petit moteur afin de répartir plus régulièrement l'énergie dans les aliments. L'électronique peut également commander l'éclairage, l'affichage et le ventilateur de refroidissement.

La porte possède des dispositifs de sécurité qui empêchent la production de micro-ondes lorsque celle-ci est ouverte. Plusieurs éléments de contrôle peuvent être associés afin de limiter les risques en cas de défaillance d'un composant.

Les appareils de chauffage

Les appareils de chauffage utilisent eux aussi des capteurs et des systèmes de commande. Un thermostat mesure la température et permet de maintenir une valeur choisie.

Dans un chauffe-eau, des capteurs surveillent notamment la température de l'eau. Le système commande alors la résistance ou les autres éléments de chauffage afin d'atteindre la température programmée.

Le système peut également interrompre le chauffage lorsqu'une température excessive est détectée.

Les moteurs électriques

De nombreux appareils domestiques utilisent des moteurs électriques. Ils entraînent les tambours des lave-linge, les ventilateurs, les pompes, les compresseurs ou les mécanismes de petits appareils.

Les circuits électroniques peuvent contrôler leur vitesse et leur sens de rotation. Dans certains appareils, des capteurs de position ou de vitesse permettent de connaître précisément le mouvement du moteur et d'adapter la commande.

Cette commande électronique permet d'obtenir différents modes de fonctionnement avec un même moteur. Un lave-linge peut par exemple faire tourner son tambour lentement pendant le lavage puis beaucoup plus rapidement pendant l'essorage.

La gestion de la puissance

Les circuits de commande ne fournissent généralement pas directement la puissance nécessaire aux moteurs ou aux résistances. Des circuits de puissance assurent l'interface entre les faibles signaux électroniques du système de commande et les appareils qui consomment davantage d'énergie.

Des relais, des transistors de puissance, des triacs ou d'autres composants électroniques peuvent ainsi commander des charges électriques importantes.

Le système peut donc utiliser un petit signal provenant du microcontrôleur pour commander une résistance chauffante, un moteur ou une pompe fonctionnant sous une tension et un courant beaucoup plus importants.

Les interfaces utilisateur

L'utilisateur communique avec l'appareil grâce à une interface de commande. Les appareils simples utilisent des boutons, des interrupteurs ou des voyants. Les modèles plus complexes possèdent des écrans, des touches tactiles ou des afficheurs numériques.

Le système électronique interprète les commandes de l'utilisateur et les transmet au programme. La sélection d'un programme de lavage, d'une température ou d'une durée modifie ainsi les paramètres utilisés par le système de commande.

L'afficheur peut également présenter des informations telles que la température, le temps restant, le programme sélectionné ou un message d'erreur.

La sécurité électronique

L'électronique participe directement à la sécurité des appareils. Elle surveille certaines grandeurs et peut interrompre le fonctionnement lorsqu'une condition dangereuse est détectée.

Une température excessive peut provoquer l'arrêt d'un chauffage. Une surcharge électrique peut entraîner la coupure d'un circuit de puissance. Un moteur peut être arrêté lorsqu'une anomalie est détectée et une porte peut être verrouillée pendant certaines phases d'un programme.

Dans certains appareils, plusieurs dispositifs indépendants sont utilisés afin qu'une seule défaillance ne suffise pas à provoquer une situation dangereuse.

Le diagnostic des pannes

Les appareils modernes peuvent également surveiller leur propre fonctionnement. Le système compare certaines mesures à des valeurs normales et peut détecter une anomalie.

Un lave-linge peut par exemple détecter un niveau d'eau inhabituel, un problème de rotation du tambour ou une température qui n'augmente pas comme prévu. Le système peut alors interrompre le programme et afficher un code d'erreur.

Ces informations facilitent la recherche de la panne en indiquant le système ou la fonction dans lequel un problème a été détecté.

La consommation d'énergie

L'électronique permet également d'optimiser la consommation d'énergie. Le système de commande peut adapter le fonctionnement de l'appareil aux besoins réels plutôt que de maintenir constamment tous les éléments à leur puissance maximale.

Un réfrigérateur peut réduire le fonctionnement de son compresseur lorsque la température est suffisamment basse. Un lave-linge peut ajuster la quantité d'eau en fonction de la charge et certains appareils peuvent réduire leur consommation lorsqu'ils restent en veille.

Des circuits de mesure peuvent également surveiller la consommation électrique afin d'améliorer la gestion de l'énergie.

Les appareils connectés

Certains appareils intègrent désormais des interfaces de communication leur permettant d'échanger des informations avec d'autres équipements. Ils peuvent utiliser le Wi-Fi, le Bluetooth ou d'autres technologies de communication.

Un utilisateur peut ainsi consulter l'état d'un appareil depuis un smartphone, modifier certains paramètres ou recevoir une notification lorsqu'un programme est terminé.

La connexion peut également permettre à l'appareil de transmettre des informations de fonctionnement ou de recevoir des mises à jour logicielles.

Une électronique adaptée à chaque appareil

Une cafetière programmable, un lave-linge, un réfrigérateur et un four n'ont pas les mêmes contraintes, mais leur fonctionnement repose sur des principes électroniques communs. Des capteurs fournissent des informations, un système de commande les traite, des circuits de puissance transmettent l'énergie nécessaire et des actionneurs réalisent les opérations demandées.

L'électronique permet ainsi à un appareil de suivre automatiquement une séquence, de mesurer son propre fonctionnement, de s'adapter aux conditions rencontrées et d'interrompre certaines opérations lorsqu'une anomalie est détectée. Elle transforme progressivement des appareils autrefois principalement mécaniques ou électriques en systèmes capables de contrôler précisément leur propre fonctionnement.