Relais électriques : guide complet (types, applications, sélection)

Définition et histoire

Inventé par Joseph Henry (1835). Interrupteur commandé par électro-aimant : faible signal → puissance. Utilisé télégraphe, téléphonie, premiers ordinateurs, aujourd'hui universel (auto, industriel, domotique, puissance).

Fonctions clés

• Commutation puissance par signal faible (amplification).
• Isolation galvanique commande/puissance (sécurité).
• Multiplication contacts (1 bobine → plusieurs circuits).
• Logique : ET, OU, inversion, mémorisation (relais bistable).
• Protection : surcharge (relais thermique), différentiel, distance (réseau HT).
• Temporisation : retard à l'enclenchement/déclenchement.
• Antenne Tx/Rx (relais HF).

Critères de sélection

1. Tension commande (bobine) : 5, 12, 24, 48 V DC / 24, 115, 230 V AC.
2. Tension/courant contacts : ex 10 A 250 VAC, 30 A 12 VDC. Courbe DC plus dure (arc).
3. Configuration contacts : SPST, SPDT, DPST, DPDT, 3PDT, 4PDT... (Pôles/Positions).
4. Vitesse : standard (5-15 ms), rapide (<1 ms), reed (0,5 ms), statique (µs).
5. Pouvoir de coupure (charge inductive → diode/RC/varistance en parallèle bobine).
6. Isolation : distance creepage/clearance, tension d'isolement (kV).
7. Montage : traversant PCB, CMS, rail DIN, chassis, prise (octale, 11 plots).
8. Environnement : IP, température, vibrations, chocs, ATEX.
9. Normes : UL, CSA, VDE, CE, ferroviaire, auto (ISO).

Composants internes

• Cadre (frame) : support rigide.
• Bobine : fil émaillé sur noyau ferromagnétique.
• Armature (mobile) + ressort de rappel.
• Contacts : argent, AgNi, AgCdO, AgSnO₂, W (tungstène) selon charge.
• Yoke (circuit magnétique) : fer doux.

Terminologie contacts

• Rupture (break) : simple (1 point) ou double (2 points). Double = meilleure coupure DC.
• Pôle (pole) : nombre de circuits commutés (1 à 12).
• Position (throw) : NO (1T), NC (1T), changeover (2T = NO+NC).
• Notation : SPST-NO, SPDT, DPDT, 4PDT...

Principaux types de relais

Électromécaniques (EMR)

• Standard (monostable) : revient au repos sans courant. Majorité.
• Bistable (latching / impulsif) : aimant permanent maintient position. Zéro conso maintien. Impulsion + → ferme, impulsion - → ouvre. Économie énergie.
• Reed : lames ferromagnétiques dans bulbe verre gaz inerte. Ultra-rapide, petite taille, faible puissance, longue vie (pas d'usure mécanique).
• Puissance / contacteurs : > 30 A, double rupture, arc soufflé, bobine économisée.
• Sécurité (force-guided) : contacts NO/NC mécaniquement liés. Si un soude, l'autre ne peut fermer. Norme EN 50205.

Relais statiques (SSR - Solid State Relay)

• Semiconducteurs : Thyristor/TRIAC (AC), MOSFET/IGBT (DC). Pas de pièces mobiles.
• Avantages : silence, vitesse (µs), vie infinie, pas de rebond, isolation optique.
• Inconvénients : chute de tension (1-1,5 V), fuite courant (mA), chaleur (radiateur), sensibilité surtensions, coût > EMR.

Relais de protection (spécialisés)

• Thermique (surcharge moteur) : lame bimétallique → déclenche contact NC. Classe 10, 20, 30.
• Différentiel : compare courants entrée/sortie. Fuite → coupure (30 mA personnes, 300 mA incendie).
• Buchholz (transformateurs huile) : gaz + flux huile → alarme/déclenchement.
• IDMT (inverse temps) : temps de déclenchement ∝ 1/courant. Protection lignes.
• Polarisé / directionnel : sensible sens courant (réseaux DC, signalisation ferroviaire).

Avantages / Inconvénients globaux

• ✅ Isolation, amplification, multi-circuits, robustesse, coût bas (EMR), commute AC/DC.
• ❌ Usure contacts (arc, oxydation), bruit, vitesse limitée (ms), conso bobine, encombrement, sensibilité vibrations/chocs (EMR).

Conclusion

Le relais électromécanique reste roi pour la commutation puissance industrielle/auto (coût/robustesse). Le statique (SSR) s'impose là où vitesse, silence, durée de vie, ou commande logique bas niveau sont critiques. Le choix relève de l'analyse : courant, tension, vitesse, cycle de vie, environnement, norme.