Présentation de l'alimentation par bornier

Qu'est-ce que l'alimentation par bornier ?

Dans les environnements industriels difficiles, les solutions d’alimentation grand public, comme les prises coaxiales fragiles ou les volumineux câbles ATX, ne suffisent pas. Les borniers offrent une alternative conçue pour ces contraintes. Robustes, ils servent de point de jonction critique entre les lignes d’alimentation et le matériel, au moyen de connexions directes fil-carte ou fil-fil. Souvent méconnus, ils sont pourtant indispensables à une distribution électrique sûre, structurée et fiable dans les systèmes d’automatisation industrielle. Comment fonctionnent-ils et quels critères prendre en compte pour sélectionner le bornier approprié ? Examinons les notions essentielles. 

Comment définir l’alimentation par bornier ? Un connecteur d’alimentation sur bornier est une interface électrique modulaire et isolée permettant de fixer et de raccorder des fils nus ou munis d’embouts afin d’alimenter un appareil en toute sécurité, généralement en CC. Si vous avez déjà observé l’intérieur d’une armoire de commande, vous avez probablement déjà vu des borniers. 

Principe de fonctionnement :

Le boîtier : les borniers sont logés dans une enveloppe en plastique qui assure une isolation électrique essentielle, prévient les courts-circuits et protège les personnes contre les chocs électriques. À l’intérieur de cette enveloppe se trouvent de petites barres métalliques conductrices, généralement constituées d’un alliage de cuivre. Les fils sont fermement serrés contre l’une de ces barres.

Types de borniers

Borniers à vis : la solution classique. Une vis comprime mécaniquement le fil afin de le maintenir très fermement en place.

Borniers à ressort : mécanismes sans outil qui maintiennent le fil en place grâce à une pression constante exercée par un ressort, ce qui accélère l’installation.

Borniers à raccordement direct : il suffit d’insérer le fil pour qu’il se verrouille automatiquement en place.

Borniers enfichables : un système en deux parties permettant de déconnecter en quelques secondes l’ensemble du faisceau de câbles d’un ordinateur.

Borniers à barrière : de petites séparations en plastique entre les vis empêchent les fils d’entrer en contact.

Raccordements par déplacement d'isolant (IDC) : un système spécial dans lequel la borne traverse la gaine isolante du fil, ce qui évite d’avoir à le dénuder.

La plupart des ordinateurs industriels utilisent un bornier enfichable en deux parties. Une embase fixe est soudée sur la carte mère de l’ordinateur, tandis que les fils sont raccordés à une fiche amovible. Les techniciens peuvent ainsi brancher ou débrancher l’alimentation électrique en quelques secondes.

Borniers spécialisés

Dans les installations avancées, on peut également trouver des borniers pour thermocouples, qui utilisent des métaux spécifiques afin de mesurer avec précision la température à l’intérieur des machines industrielles.

Sécurité et protection des circuits

Les borniers modernes sont conçus pour offrir une protection contre les contacts accidentels et réduire les risques de choc électrique. Pour renforcer la sécurité, un bornier de terre est directement relié au panneau métallique afin d’évacuer les surtensions dangereuses vers la terre. De plus, pour protéger les équipements coûteux, tels qu’un API (le « cerveau » informatique d’une machine), contre les pics de tension, les ingénieurs utilisent des dispositifs de protection des circuits intégrés :

Un bornier à fusible assure une protection contre les surintensités grâce à un petit fusible qui fond lorsque le courant devient trop élevé.

Un bornier à diode garantit que le courant ne circule que dans un seul sens, ce qui évite les incidents liés à une inversion de câblage.

Spécifications essentielles à connaître :

Sur le plan électrique, une ligne d’alimentation standard ne nécessite que deux fils : le positif (V+) et le retour (V−/GND). Les broches supplémentaires d’un bornier servent à prendre en charge des fonctions supplémentaires spécifiques : 

Pôles (broches) : nombre de connexions électriques individuelles regroupées dans un même bornier. Pour une alimentation CC industrielle, une configuration à 3 broches est courante : positif (V+), négatif (V−) et terre (GND).

Configurations à 3 broches (par exemple, les séries Factor et Karbon d’OnLogic) : le troisième conducteur sert soit de terre de sécurité reliée au châssis métallique, soit de fil de détection de l’allumage du véhicule. 

Conformité CEM et protection contre les surtensions : certains systèmes associent leur bornier d’alimentation à 3 broches à un « bornier de mise à la terre EMI » spécifique. Celui-ci offre aux surtensions soudaines, à l’électricité statique et aux parasites électriques un chemin d’évacuation rapide, loin des composants internes. Cette protection est essentielle pour respecter les exigences de sécurité en environnement industriel et assurer un fonctionnement fiable sur batterie sur le terrain. 

• Utilisations dans les voitures et les camions : sur les ordinateurs robustes destinés aux véhicules, cette troisième broche surveille l’état du contact. L’ordinateur peut ainsi s’allumer et s’éteindre en toute sécurité en fonction de la position de la clé de contact. 

Configurations à 4 broches (comme sur la série Helix) : celles-ci utilisent des conducteurs doublés, avec deux fils positifs (V+) et deux fils de retour (GND), regroupés dans une seule fiche encliquetable. La répartition du courant entre deux paires de conducteurs permet à la fiche de transporter une puissance nettement plus élevée sans surchauffe, tout en offrant une redondance de sécurité. Cette configuration est essentielle pour les ordinateurs haute puissance équipés de processeurs exigeants ou de cartes graphiques performantes. La conception enfichable permet aussi à l’installateur de câbler la fiche sur un établi, puis de l’encliqueter simplement en place. 

Pas des broches : distance entre les axes de deux broches métalliques adjacentes, mesurée en millimètres. Un pas de 5,08 mm est la valeur standard pour les applications industrielles d’alimentation en CC.

Choix des fils et mesure de la puissance

Avant de raccorder l’alimentation, il est nécessaire de vérifier la tension nominale du système ainsi que ses besoins globaux en tension, afin d’éviter toute surchauffe ou détérioration du bornier. Pour contrôler la tension au niveau d’un bornier, on utilise un multimètre, appareil servant à mesurer les grandeurs électriques. Il suffit de placer l’une des pointes de touche métalliques sur la borne positive et l’autre sur la borne négative. L’écran du multimètre indique alors précisément la tension mesurée entre les deux bornes. Voici comment les techniciens procèdent : 

1. Préparation des fils et sertissage des embouts

Pour garantir une connexion fiable, les fils de cuivre nus ne doivent jamais être simplement insérés dans un bornier. Les techniciens dénudent plutôt une petite portion de l’extrémité du fil, puis y glissent un embout de câblage, c’est-à-dire un petit tube métallique muni d’une collerette en plastique.  

À l’aide d’une pince à sertir spéciale, l’embout est comprimé fermement autour des brins de cuivre nus. Cette opération regroupe les brins libres en un cylindre compact et uniforme, évite leur effilochage et garantit une surface de contact maximale à l’intérieur du mécanisme de serrage du bornier.

2. Sécurisation du raccordement

Après préparation, le fil muni de son embout est inséré dans l’orifice du bornier. Selon le type de bornier, le technicien serre la vis intégrée au couple prescrit afin de comprimer le fil, ou l’enfonce dans une borne à ressort jusqu’à son verrouillage en place. Un léger test de traction manuel permet ensuite de vérifier que le fil est parfaitement fixé et résiste aux vibrations. 

3. Contrôle au moyen des points de mesure intégrés 

Une fois le système câblé et sous tension, les techniciens peuvent vérifier directement si l’alimentation circule correctement. Les borniers industriels disposent de points de mesure métalliques accessibles ou de logements de mesure intégrés. Sans débrancher les fils ni interrompre le fonctionnement du système, il suffit d’appliquer les pointes d’un multimètre numérique sur ces points afin de mesurer la tension en toute sécurité, de contrôler la continuité et de diagnostiquer le circuit. 

Qu’est-ce que le calibre d’un fil et comment est-il mesuré ? L’American Wire Gauge (AWG) est un système utilisé pour mesurer l’épaisseur d’un fil. Les borniers sont conçus pour accepter une large plage de sections et de calibres de fils. Dans ce système, plus le nombre est faible, plus le fil est épais. Par exemple, un fil de calibre 10 correspond généralement à celui d’une rallonge électrique domestique, tandis qu’un fil de calibre 28 est presque aussi fin qu’un fil textile. Grâce à leur grande polyvalence, les borniers peuvent généralement recevoir aussi bien de fins fils de signal de 28 AWG que d’épais câbles d’alimentation de 10 AWG.

Tension et courant, valeurs nominales : quelle est la tension admissible d’un bornier ? Les borniers ne présentent pas tous la même tension nominale. Comme les environnements industriels sont exposés aux variations de tension et aux surtensions, les borniers industriels sont généralement dimensionnés bien au-delà des conditions normales de fonctionnement, souvent jusqu’à 300 à 600 V et 10 à 15 A, voire davantage, par pôle.

Les différentes configurations nécessitent des niveaux de tension différents. Les batteries de véhicules fournissent généralement une tension pouvant atteindre 30 V, tandis que les systèmes robotiques évoluent progressivement vers une norme de 48 V. 

Les ordinateurs industriels compatibles avec une large plage de tensions, par exemple de 9 à 48 V, présentent un avantage majeur : ils peuvent être raccordés directement aux systèmes d’alimentation déjà présents dans une usine ou un robot. Les ingénieurs privilégient les tensions élevées en raison d’un principe électrique simple : elles permettent de transmettre davantage de puissance à une machine sans augmenter l’intensité du courant (l’intensité réelle du courant électrique). En maintenant l’intensité à un niveau faible, les conducteurs chauffent moins et peuvent conserver une section, un poids et un encombrement réduits. 

Utilisations industrielles et avantages

Dans les équipements industriels, les prises coaxiales grand public montrent rapidement leurs limites, là où les borniers s’imposent. Par rapport à une prise coaxiale classique reliée à un adaptateur secteur, les borniers offrent des avantages techniques majeurs : 

Résistance aux vibrations et aux chocs : dans les ateliers de production, les véhicules ou les machines lourdes, les vibrations constantes peuvent desserrer les prises coaxiales grand public, provoquer des étincelles ou interrompre complètement l’alimentation. Le serrage à vis ou à ressort d’un bornier garantit au contraire une alimentation continue et sans interruption.

Intégration directe à une alimentation CC : les environnements industriels utilisent rarement des prises secteur CA standard et fonctionnent le plus souvent sur des réseaux en CC. Les borniers permettent aux équipes de déploiement de raccorder directement l’ordinateur à des alimentations industrielles sur rail DIN, à des batteries de véhicules ou à des installations solaires, sans adaptateur propriétaire. Dans le cas des borniers, de simples fils suffisent pour relier l’ordinateur à ces différentes sources d’alimentation, sans avoir à acheter d’adaptateurs coûteux ni de fiches spécifiques.

Entretien simplifié sur site : lorsqu’un ordinateur doit être réparé ou remplacé, les techniciens n’ont pas besoin de recâbler l’ensemble du système pendant des heures. Il leur suffit de débrancher le connecteur du bornier de l’ancien ordinateur, de remplacer le matériel, puis de rebrancher le même connecteur précâblé sur la nouvelle unité, ce qui réduit au minimum les temps d’arrêt coûteux. Cette conception facilite également le déploiement sur des sites existants et permet une intégration fluide dans les armoires électriques. 

Quels sont les principaux avantages des borniers ?

Lorsqu’il s’agit de choisir une interface d’alimentation pour du matériel industriel, les composants grand public classiques montrent rapidement leurs limites. Les borniers constituent une solution supérieure grâce à un niveau de fiabilité, de polyvalence et de sécurité que les autres solutions ne peuvent égaler : 

• Raccordement direct aux sources d’alimentation existantes : au lieu de nécessiter un bloc d’alimentation secteur externe encombrant, les borniers permettent de se raccorder directement aux réseaux CC, aux batteries ou aux panneaux solaires. 

• Résistance inégalée aux vibrations et aux chocs : sur un site de production soumis aux vibrations, une prise coaxiale d’alimentation standard peut facilement se desserrer, provoquer des étincelles ou perdre le contact. Le serrage à vis ou à ressort d’un bornier garantit au contraire une alimentation continue et sans interruption. 

• Capacité adaptée aux fortes puissances : grâce à leurs configurations multi-broches, notamment à 4 broches, les borniers peuvent répartir la charge et acheminer en toute sécurité des courants et des tensions nettement plus élevés, sans risque de surchauffe ni de fusion. 

• Entretien simplifié sur site : la conception débrochable permet aux techniciens de déconnecter rapidement l’ensemble du faisceau de câbles. L’ordinateur peut ainsi être remplacé sans perdre de temps à recâbler le système, ce qui réduit considérablement les temps d’arrêt coûteux. 

• Sécurité et protection intégrées : grâce à leurs boîtiers protégés contre les contacts directs, à leurs lignes de terre dédiées et aux options de fusibles ou de diodes intégrés, les borniers protègent activement les techniciens comme les équipements coûteux contre les risques électriques. 

En remplaçant les connecteurs fragiles par des points de raccordement sécurisés de qualité industrielle, les borniers garantissent le fonctionnement fluide et continu de vos systèmes d'automatisation, même dans les conditions les plus difficiles. 

Questions courantes

Les borniers sont-ils préférables aux adaptateurs à prise coaxiale ?

Les borniers sont mieux adaptés que les prises coaxiales aux installations permanentes, aux applications à courant élevé et aux projets nécessitant un câblage personnalisé. Cependant, les prises coaxiales conviennent davantage aux branchements rapides, temporaires ou prêts à l’emploi. Aucune solution n’est systématiquement supérieure à l’autre : chacune répond à des besoins différents. Toutefois, dans le domaine de l’informatique industrielle, les borniers prennent l’avantage grâce à leur résistance aux environnements difficiles, à leur aptitude aux alimentations permanentes et à la fiabilité de leurs raccordements directs par fils. 

Qu’est-ce qu’un bloc de distribution d’alimentation (PDB) sur rail DIN ?  

Dans les armoires de commande industrielles, plusieurs borniers individuels sont souvent regroupés sur un rail DIN, c’est-à-dire un profilé métallique de montage standard, afin de former un bloc de distribution d’alimentation (PDB). Au lieu d’un amas de câbles en vrac, le PDB joue le rôle de point central : il reçoit une ligne d’alimentation principale et la répartit proprement entre des dizaines de composants, tout en maintenant les nombreux fils organisés au même endroit.

Comment monter un PDB sur un rail DIN ? 

Le montage d’un PDB s’effectue sans outil. Le boîtier comporte, dans sa partie inférieure, un système d’accrochage robuste intégré en plastique ou en métal. Pour l’installer, il suffit d’engager le bord supérieur du module sur la lèvre supérieure du rail DIN, puis d’appuyer vers le bas jusqu’à ce qu’il s’enclenche fermement.