Comment fonctionne un groupe électrogène ?

Avant d'entrer dans le détail, voici le squelette de tout l'article. Un groupe électrogène enchaîne quatre opérations :

• La combustion du carburant libère de la chaleur.
• Cette chaleur pousse un piston et crée un mouvement de rotation.
• La rotation entraîne un alternateur qui produit un courant alternatif.
• Le courant brut est régulé et protégé pour devenir utilisable.

Chaque étape perd de l'énergie. Le tableau ci-dessous donne les ordres de grandeur.

Autrement dit, un litre d'essence contient environ 10 kWh d'énergie chimique et restitue environ 3 kWh d'électricité. Le reste part en chaleur, en frottements et en bruit.

Le moteur est un moteur à combustion interne, essence ou diesel, généralement à quatre temps. Le cycle se répète des milliers de fois par minute :

• Admission : le piston descend et aspire le mélange air-carburant.
• Compression : le piston remonte et comprime ce mélange.
• Combustion : le mélange s'enflamme et repousse le piston.
• Échappement : les gaz brûlés sont évacués.

Le piston transmet son mouvement à une bielle, qui entraîne le vilebrequin. L'arbre tourne et fournit la force mécanique.

La différence entre essence et diesel tient à l'allumage. Un moteur essence enflamme le mélange avec une bougie. Un moteur diesel l'enflamme par auto-inflammation, grâce à une compression très forte, avec des rapports de 16:1 à 23:1 et des températures de 700 à 900 °C. En pratique, le diesel est plus endurant et plus sobre à forte charge. L'essence est plus simple et moins chère sur les petits groupes.

Retenez que le moteur doit toujours être plus puissant que la charge en aval. Ne confondez pas les kilowatts mécaniques du moteur et les kVA de l'alternateur.

L'alternateur est une machine synchrone. Un rotor, l'inducteur, alimenté en courant continu, tourne à l'intérieur d'un stator, l'induit, composé d'enroulements. Le champ magnétique tournant induit une tension alternative dans le stator. C'est la loi de Faraday : un champ magnétique variable crée un courant.

La fréquence du courant obéit à une formule simple : f = n × p / 60, où f est la fréquence en hertz, n la vitesse en tours par minute et p le nombre de paires de pôles. C'est ce qui explique le 50 Hz européen. Un alternateur à une paire de pôles tourne à 3 000 tr/min. Un alternateur à deux paires de pôles tourne à 1 500 tr/min. Les deux donnent 50 Hz.

Cette différence a une conséquence pratique majeure. Un groupe à 3 000 tr/min, souvent portatif, est plus bruyant et s'use plus vite. Un groupe à 1 500 tr/min, plus gros, dure plus longtemps et tourne plus silencieusement. C'est un critère de choix souvent négligé.

Ne confondez pas alternateur et dynamo. La dynamo produit du courant continu avec des balais et n'équipe plus les groupes modernes. L'alternateur produit directement du courant alternatif, ce qui est plus simple et plus robuste.

Le courant brut d'un alternateur varie avec la charge. Il faut donc le réguler.

La régulation de tension est assurée par l'AVR, un régulateur automatique de tension. Il corrige en continu la tension d'excitation pour maintenir environ 230 V, avec une précision de l'ordre de 1,5 à 2 %. Sans AVR, la tension flotte et l'usage se limite aux outils résistifs.

La régulation de fréquence est assurée par le régulateur de vitesse, mécanique ou électronique. Il maintient le régime moteur constant, donc une fréquence stable à 50 Hz.

On distingue trois technologies. Le groupe classique sans régulation a une tension flottante et ne convient qu'aux outils simples. Le groupe classique avec AVR corrige la tension, mais tourne à régime fixe, avec un bruit et une consommation constants. Le groupe inverter redresse le courant en continu, puis le reconvertit en sinusoïde propre. Son régime est variable, ce qui économise 10 à 25 % de carburant à faible charge. Il affiche un taux de distorsion harmonique inférieur à 3 %, idéal pour l'électronique sensible. Il coûte plus cher au-delà de 5 kW.

Pour l'industrie, il existe aussi des groupes à temps zéro, dits no-break, dont l'alternateur tourne en permanence pour éviter toute coupure.

Le courant régulé arrive au tableau de commande. On y trouve des prises 230 V en monophasé et parfois 400 V en triphasé, des disjoncteurs et un différentiel 30 mA.

Les protections coupent l'alimentation en cas de surcharge, de fuite de courant, de manque d'huile ou de surchauffe. Elles protègent le groupe et l'utilisateur.

La sécurité électrique de l'installation impose des règles strictes. Ne branchez jamais un groupe sur une prise murale. Le courant injecté remonterait le réseau et mettrait en danger les intervenants. Pour une installation fixe, un inverseur de source est obligatoire, conformément à la norme NF C 15-100. La prise de terre et le différentiel 30 mA complètent la protection.

Enfin, distinguez le monophasé 230 V du triphasé 400 V. Le triphasé sert aux gros moteurs et aux équipements professionnels.

Ce tableau relie chaque technologie au type d'appareil qu'elle peut alimenter.

Un THD inférieur à 5 % est acceptable pour la plupart des appareils. En dessous de 3 %, on protège les ordinateurs, téléviseurs et box.

La puissance d'un groupe s'exprime en kVA, tandis que la puissance utile s'exprime en kW. Le rapport entre les deux est le cos φ, souvent proche de 0,8. Ainsi, 1 kVA correspond à environ 0,8 kW. Le kVA mesure la puissance apparente de l'alternateur, le kW la puissance réellement disponible pour vos appareils.

Les pics de démarrage sont la première cause de déception. Un appareil consomme plus au démarrage qu'en marche normale. Les coefficients indicatifs sont les suivants :

• ×1 pour un appareil résistif comme une ampoule ou un radiateur.
• ×1,5 pour une perceuse ou une cafetière.
• ×2 pour un ordinateur ou une ponceuse.
• ×3,5 pour un lave-linge ou une bétonnière.
• ×5 pour un réfrigérateur, un congélateur, un climatiseur ou un nettoyeur haute pression.

Les moteurs asynchrones peuvent demander jusqu'à 3 à 7 fois leur puissance nominale au démarrage.

Pour dimensionner, ne dépassez pas 80 % de la puissance nominale en continu et gardez 20 à 25 % de marge. La consommation se situe autour de 0,3 à 0,5 L/h par kW de charge pour l'essence. Le diesel est plus sobre à forte charge. Pour calculer l'autonomie, divisez la capacité du réservoir en litres par la consommation horaire en L/h.

Quand vous branchez un appareil à fort pic de démarrage, comme un réfrigérateur ou un climatiseur, le moteur subit un couple résistant brutal. La tension et la fréquence chutent. Le moteur tousse ou cale si la réserve de puissance est insuffisante.

C'est pourquoi le dimensionnement doit intégrer les pics, pas seulement la puissance en marche normale. La régulation, AVR et régulateur de vitesse, amortit ces variations, mais ne peut pas compenser un sous-dimensionnement.

Un groupe électrogène rejette du monoxyde de carbone, un gaz inodore et mortel. Ne le faites jamais fonctionner à l'intérieur, ni dans un garage, une cave, un sous-sol ou une pièce fermée, même portes ouvertes.

Placez-le à au moins 6 mètres de toute porte, fenêtre ou prise d'air, comme le recommandent les autorités sanitaires. En France, on compte environ 1 300 intoxications par an. Lors de la tempête Ciaran en 2023, les groupes électrogènes étaient en cause dans plus de 90 % des cas d'exposition.

Veillez à une ventilation suffisante et dirigez l'échappement vers l'extérieur. Respectez aussi les règles électriques : inverseur de source, prise de terre et différentiel 30 mA. Pour le bruit, l'arrêté du 12 mai 1997 fixe une limite de 102 dB(A) pour les groupes de moins de 2 kVA et de 100 dB(A) au-delà.

Pour les usages légers, il existe des alternatives au groupe électrogène. Les stations électriques portables à batterie lithium-fer-phosphate conviennent à l'électronique et aux faibles consommations, sans bruit ni émission. Les solutions hybrides solaire et groupe couvrent des besoins plus importants.

Le groupe reste pertinent pour une forte puissance, une longue durée ou un chantier. Une station portable suffit pour recharger des appareils et alimenter un ordinateur. Si vous voulez choisir, consultez notre comparatif dédié.