L’électricité est apparue il y a un peu plus d’un siècle et a bouleverser considérablement nos conditions de vie. Son arrivée dans la vie quotidienne, dans l’industrie et le commerce a été assez rapide pour que la question de la tarification et donc du « Comptage de l’énergie» soit soulevée dès l’apparition des premières installations électriques.
Au cours de l’Exposition Internationale de 1900, l’Électricité et de nombreux équipements liés à son utilisation ont été présentés (Applications, Éclairage, Distribution,…).
Une grandes parties des informations utilisées pour la rédaction de cette page proviennent d’un catalogue « L’Électricité à l’Exposition de 1900 » et en particulier du fascicule n°14 « Compteurs Électriques ».
Ce document est disponible en téléchargement sur le site du CNAM : http://cnum.cnam.fr/CGI/fpage.cgi?4XAE68.14/3/100/62/0/0
premier mode de facturation : le forfait
La « Bougie » est une ancienne unité de mesure de l’intensité lumineuse, dont la valeur variait en fonction des normes nationales établies en mesurant l’intensité d’une flamme d’un modèle spécifique de bougie. Chaque étalon était caractérisé par la nature de sa mèche et la composition de son corps gras, ce qui aboutissait à des divergences importantes encore augmentées par l’instabilité relative de la combustion ; ces unités avoisinaient souvent une candela, aujourd’hui unité de base du système international d’unités (SI).
Une lampe à incandescence classique (à filament de tungstène) de 60 watts avait un rendement lumineux (parfois abusivement appelé efficacité lumineuse) proche de 1 watt de puissance électrique consommée par bougie (l’unité de mesure), soit l’éclairage d’environ 60 bougies. Il existait des lampes électriques de puissances très différentes, de une à mille bougies, qui s’allumaient sous une tension de 110 volts et exigeaient jusqu’à 25 ampères. Dans les logements, les modèles les plus employés par les ménages étaient la lampe dite de 10 bougies (environ 35 watts) recommandée pour chaque volume de 20 m3 d’une salle remise, vestibule, chambre à coucher), et la lampe dite de 16 bougies (environ 55 watts) recommandée pour chaque volume de 25 m2 d’une salle de séjour, salle à manger ou cuisine.
Compte tenu du nombre réduit d’utilisateurs et de la taille des installation individuelles (quelques lampes par logement), la toute première méthode utilisée pour facturée l’énergie électrique consommée a été le forfait. Chaque contrat était établi en fonction des besoins du client et du matériel raccordé à l’installation.
Le Forfait comprend alors une redevance mensuelle calculée sur le nombre et/ou la puissance des lampes installées. Le prix d’achat élevé des lampes ainsi que leur faible durée de vie incitait le consommateur à une utilisation réduite. Toutefois, pour éviter l’installation d’un nombre de lampes supérieur au contrat souscrit, les sociétés de distribution utilisaient des fusibles calibrés ou des limiteurs de courant (ancêtres du disjoncteur) placés en tête de l’installation.
L’extrême division des sociétés de distribution, le manque de normalisation des unités de mesure et la non fiabilité des premiers compteurs, ont conduit à l’utilisation d’un grand nombre d’unités de facturation forfaitaire.
- • La lampe-an de 16 ou 16 bougies,
- • Le Carcel-an,
- • Le Carcel-heure,
- • La lampe-heure,
- • La lampe-mois,
- • L’hectowatt-heure,
- • Le Kilowatt-heure (utilisé de nos jours).
A la fin du 19ème siècle, de nombreux inventeurs ont apporté, à peu près simultanément, de nouvelles solutions au problème de comptage de l’énergie électrique. Les phénomènes physiques les plus divers sont exploités pour mesurer la quantité d’électricité consommée, proportionnellement à l’énergie lorsque la tension est constante.
Durant cette période quatre types d’appareils ont été inventés et utilisés depuis la fin du XIXème siècle.
Les compteurs de temps ou compteurs horaires
Ces appareils totalisent le nombre d’heures pendant lequel l’installation électrique a fonctionné. Ce système a permis de faire évoluer les forfaits en apportant une mesure plus précise du temps d’utilisation pour un nombre de lampes défini au contrat.
Le compteur Aubert – Lausanne
Ce type de compteur se compose d’un mouvement d’horlogerie dont le déclenchement et l’enclenchement du rouage sont commandés par un électro-aimant que traverse le courant de l’installation située en aval (électro-aimant différent suivant que le réseau est continu ou alternatif). Ce mouvement d’horlogerie actionne un enregistreur-totalisateur dont les indications lues sur quatre cadrans indiquant le minutes, les heures, les dizaines et les centaines d’heures d’utilisation. L’instrument peut fonctionner pendant 300 heures sans être remonté. Dans ce type de compteur, le courant principal traverse l’enroulement de l’électro-aimant, l’instrument ne peut donc être employé que pour des intensités déterminées (de 0,1 jusqu’à 30A).
Le compteur Richard
Le compteur Richard est une pendule électrique qui se met en marche dès que le courant traverse l’instrument et qui s’arrête dès que le circuit est ouvert. Il totalise la durée des périodes pendant lesquelles l’installation de l’abonné a utilisé le courant. Cet instrument se remonte automatiquement toutes les 20 secondes.
Les compteurs chimiques
Edison propose l’emploi d’un compteur chimique dont le principe est l’application des lois de l’électrolyse. Deux voltamètres à zinc sont placés en dérivation sur le circuit de l’abonné ; on relève tous les quinze jours le poids de zinc déposé sur la cathode. Lors des grands froids, l’électrolyte est réchauffé par une lampe commandée par un bilame afin d’empêcher le gel du liquide.
Edison perfectionne son dispositif en utilisant un voltamètre double ; lorsque le déséquilibre est suffisant le basculement du fléau de la balance inverse le sens du courant et le dépô se fait dans l’autre sens de sorte que le courant consommé est défini par le nombre d’inversion du fléau de la balance. Cet appareil est gradué en « Pieds-cube de gaz » pour ne pas dérouter la clientèle habituée depuis longtemps à la tarification du gaz d’éclairage. Ce compteur ne fut jamais mis en service !
La relève de ces compteurs électrolytiques était relativement complexe. Périodiquement, un releveur déposait les plaques et en reposait de nouvelles.
Les plaques déposées étaient pesées pour calculer la consommation. La pesée de la cathode devait se faire avec une extrême précision car la quantité de courant réelle traversant le compteur était mille fois plus grande que la partie dérivée dans le voltamètre. Les électrodes devaient être lavées en laboratoire à l’eau pure et essuyées afin de retirer les sels de zinc adhérant au métal.
Bien entendu, ces compteurs ne pouvait fonctionner que sur des réseaux à courant continu (principe de l’électrolyse).
Les compteurs de quantité d’électricité
Ces compteurs intègrent l’intensité du courant fourni en fonction du temps, lorsque la distribution est réalisée à potentiel constant. Un compteur qui connut un vif succès, puisqu’il faisait encore l’objet d’étalonnage en 1927 est le compteur américain O’Keenan, dit compteur O’K, présenté à la Société internationale des électricien en 1899. C’est un compteur de quantité d’électricité qui doit sa sensibilité à l’emploi d’un aimant produisant un flux inducteur beaucoup plus élevé que celui du compteur Thomson (voir compteurs d’énergie), le couple résistant étant produit de la même manière dans les deux appareils.
Le compteur O’K est constitué par une machine magnéto-électrique fonctionnant en réceptrice. le travail qui lui est demandé consiste uniquement à vaincre les frottements des pivots et à entraîner les rouages d’un totalisateur. Grâce à une construction soignée, ce travail est assez faible pour que le rendement du moteur atteigne 99 %.
Ces compteurs effectuent l’intégration du produit UI (Tension/Intensité), ils peuvent être à intégration continue ou discontinue.
Le compteur oscillant
Le compteur pendulaire développé par l’Allemand Aron fait usage de deux pendules, synchrones en l’absence de courant mais de périodes différentes lorsqu’une bobine auxiliaire parcourue par le courant à mesurer vient modifier le poids apparent de l’un d’entre eux qui supporte un petit aimant.
La différence des fréquence, qui fait l’objet de la mesure, est pratiquement proportionnelle au courant qui a traversé la bobine. Les pendules entraînent des roues dentées coniques couplées à un différentiel dont la vitesse est proportionnelle à la différence des pendules. L’appareil peut donc être gradué en Ampère-heure.
Le compteur moteur
Il est frappant de constater que dès l’origine, les compteurs moteurs (appareils électromagnétiques à disque tournant) ont été développés par de nombreux constructeurs ; les appareils dont un grand nombres sont encore en place aujourd’hui, ne sont que des modèles améliorés des wattmètres et wattheuremètres des années 1880. Il y en a eu d’innombrables versions. Sur le principe du wattmètre à deux bobines, utilisable en courant continu et en courant alternatif, on trouve le compteur Élibu Thomson (Compteur Desroziers).
Cet appareil comporte un moteur sans fer, un inducteur fixe parcouru par le courant, un induit ayant la forme d’un tambour à fil fin qui supporte la tension. Le couple moteur est proportionnel à la puissance et le couple résistant, proportionnel à la vitesse, est dû aux courants de Foucault engendrés dans un disque de cuivre disposé entre des aimants. Cet appareil simple et robuste possède de nombreuses variantes : Compteur Lux (Allemagne), Vulcain, etc…
On comprends facilement le souci des constructeurs de réaliser des compteurs « Universels » ou du moins des versions très voisines de compteurs adaptés soit au courant continu, soit au courant alternatif.
Le compteur à induction
Il semble que ce soit l’italien Ferrarïs qui est proposé, le premier (ou l’un des premiers) l’idée de faire reposer la mesure d’une puissance ou plutôt d’une énergie électrique en courant alternatif sur le principe d’induction. Ces types de compteurs sont des appareils électrodynamiques dans lesquels les courants portés par la partie mobile, au lieu d’être amenés par des ressorts, des balais ou des contacts à mercure, sont induits dans le rotor ; ce dernier est généralement massif et constitué par un disque de cuivre ou d’aluminium. Le couple moteur est proportionnel au produit de deux flux indicteurs produits par une bobine tension et une bobine traversée par le courant.
Le compteur à paiement préalable
Ce type d’appareil se compose d’un compteur ordinaire (Thomson, Vucain,…), auquel on adjoint un mécanisme dit de pré-paiement. Ce mécanisme a pour mission de fermer le circuit du client, puis de permettre à l’induit du compteur d’exécuter un certain nombre de tours. A la fin du dernier tour permit, l’énergie payée d’avance est consommée et le circuit s’ouvre automatiquement. Lorsqu’on introduit une pièce dans l’ouverture ménagée à cet effet, elle tombe dans un conduit. On fait alors tourner à la main une manette disposée extérieurement, cette manœuvre à pour objet de remonter le mécanisme, la pièce servant en sorte de pêne à la serrure. La pièce de monnaie se dégage et vient tomber dans un tiroir caisse.
Lorsque le nombre de tours que doit effectuer le moteur du compteur est terminé, le mécanisme de pré-paiement est déclenché et tout revient dans la position initiale, l’alimentation du client étant coupée. On peut faire pénétrer successivement plusieurs pièces de monnaie dans l’appareil, ce qui permet d’armer d’autant plus le système et de dépenser une plus grande quantité d’énergie. Un cadran indique constamment au client à quel moment il en est de sa dépense d’énergie et ce qui lui reste de disponible.
Dans les années 90, une version « électronique » de ce type de compteur a été utilisée pendant quelques temps puis abandonnée pour diverses raisons.
Le compteur à tarifs multiples
Dès 1900, lors des pics de consommation (souvent enregistrés en début de soirée), de coûteux moyens de production devaient être mis en œuvre pour assurer de bonnes conditions d’exploitation des réseaux électriques dans tout le pays. Les courbes représentant la puissance électrique fournie au réseau de distribution ont une allure bien connue.
Pendant la majeure partie du temps, la consommation est faible ; elle augmente brusquement entre 16h et 20h, principalement en hiver. L’été, les variations sont moins importantes. Toutefois, dans les deux cas, la consommation moyenne est toujours très faible par rapport à la puissance maximum de l’usine génératrice. Cette disproportion entre la puissance maximum et la consommation moyenne existait également dans la distribution du gaz d’éclairage. Dans les usines à gaz, le gazomètre joue exactement le rôle d’un accumulateur parfait, ce qui permet de dimensionner l’usine de production en fonction de la puissance moyenne à fournir, ses équipements fonctionnant constamment à pleine charge.
Dans les usines de production d’énergie électrique, le prix de revient du kilowattheure est relativement élevé, à cause des frais généraux qui sont proportionnels à la puissance de la station génératrice. Une seule solution permet de diminuer ce prix de revient : c’est de vendre l’énergie électrique à des tarifs variables suivant les heures de consommation, c’est à dire d’établir un prix de vente plus bas aux heures de faible consommation qu’aux heures ou l’usine fonctionne à pleine charge. Les consommateurs sont ainsi amenés à modifier leurs horaires de consommation et à profiter des heures où elle est vendue moins chère. Grâce à ce dispositif, les usines peuvent relever leur moyenne de puissance consommée et obtenir un prix de revient plus bas pour chaque kilowattheure.
C’est pour mettre en pratique ce mode d’exploitation que l’on a été amené à créer les compteurs à tarifs multiples. Ce type de compteurs ont été présentés à l’exposition de 1900. Les premiers appareils étaient des compteurs standards équipés de une ou plusieurs horloges permettant de comptabiliser l’énergie en fonction des plages horaires programmées.
Trois compteurs à tarifs multiples de la collection MEGE
Une solution plus complète aux problème de la tarification apportée par les compteurs à double tarifs est ensuite données par des compteurs spéciaux qui permettent d’enregistrer l’énergie consommée en la comptant à des tarifs que la centrale peut modifier elle-même, à chaque instant, en agissant sur tous les compteurs à la fois et en suivant constamment la consommation du réseau. La base de ce système consiste à commander le mécanisme d’intégration des compteurs à l’aide d’une « horloge mère », installée dans la station, et à utiliser le réseau alimentant les abonnés pour transmettre aux compteurs les ordres de l’horloge mère.
Des émissions plus ou moins fréquentes d’un courant différent de celui distribué. Si le courant fourni aux abonnés est continu, celui destiné à n’agir que sur les horloges des compteurs sera alternatif. Au contraire, ce dernier sera continu si le réseau de distribution est alternatif.
Horloge et relai Pulsadis de la collection MEGE
Depuis plusieurs dizaines d’années EDF utilise un système de télécommande appelé PULSADIS qui permet depuis les postes sources de déclencher le changement de tarif des compteurs à l’heure voulue, et facultativement d’autres services comme l’éclairage public, etc.
Ce système repose sur l’injection dans le secteur de signaux selon un code que les récepteurs reconnaissent et qui leur donne l’ordre d’effectuer les commutations correspondant aux signaux qu’ils sont censés reconnaître. Le signal porteur est à 175 Hz avec une amplitude minimum de 0,9 % de la tension nominale du secteur, soit 2,3 V.
Chaque emplacement d’impulsion se compose d’une durée de 1 seconde pendant laquelle il peut y avoir ou non émission de la porteuse à 175 Hz, et d’un silence de 1,5 secondes servant de séparateur avec l’emplacement suivant. Si le top est présent, il déclenche dans les récepteurs un basculement.
Une autre impulsion est prévue pour produire le basculement inverse. Si aucune de ce deux impulsions n’est présente, le récepteur ne change pas d’état. Les impulsions étant associées par paires (l’une démarre, l’autre arrête), 20 canaux sont disponibles pour autant de types différents de télécommande.
Chez l’abonné, les ordres sont réceptionnés par un relais fixé sur le tableau de comptage à côté du compteur et raccordé à celui-ci. A réception des ordres, le relais ferme ou ouvre un contact permettant l’alimentation d’un électro-aimant situé dans le compteur qui enclenche le totalisateur correspondant.
Le compteur bleu électronique (C.B.E)
L’arrivée du compteur électronique a révolutionné les techniques de comptage. Désormais, la mesure de l’énergie traversant le compteur est confiée à un circuit spécialisé réalisant la mesure de l’énergie active et du courant, et d’un micro contrôleur réalisant les fonctions nécessaire à la métrologie (mesure de la tension, ventilation des index d’énergie). L’information de courant est prélevée au travers d’un shunt de puissance et l’information de tension à travers un pont diviseur.
Compteurs élecroniques de la collection MEGE
Ce type d’appareil offre les fonctions suivantes :
- • Le comptage de l’énergie électrique active délivrée pour des puissances souscrites sur six périodes tarifaires différentes,
- • La mesure de l’intensité instantanée, effectuée en permanence avec une précision similaire à celle d’un disjoncteur,
- • La réception et l’interprétation des ordres de télécommande centralisée 175Hz issus des réseaux de distribution,
- • L’affichage des informations disponibles,
- • La lecture et la programmation à distance à travers un bus local de téléreport,
- • La programmation en local des différents paramètres de fonctionnement,
- • Un dispositif de sécurité gardant en mémoire l’ouverture frauduleuse du compteur.
Enfin, il offre à l’utilisateur une aide à la gestion de la consommation d’énergie, au moyen de deux relais intégrés et d’une liaison série de télé-information client sur laquelle le compteur envoie en permanence des données internes.
Le compteur communicant LINKY
De manière générale, un compteur communicant est un compteur disposant de technologies dites AMR (Automated Meter Reading) qui mesure de manière détaillée et précise, et éventuellement en temps réel, une consommation d’électricité, de gaz ou d’eau.
La transmission des données s’effectue par ondes radio ou par courants porteurs en ligne (CPL) vers le gestionnaire du réseau de distribution chargé du comptage.
Dans le cadre de l’application de la Directive européenne du 13 juillet 2009, ENEDIS (ex-ERDF) a déployé le projet de mise en place du compteur LINKY. LINKY est un compteur non seulement « communicant » (bidirectionnel) mais surtout indispensable à l’optimisation des réseaux « intelligents » (smart grids).
Par l’enregistrement des données de consommation à des mailles très fines, par la relève et l’intervention à distance, il offre une réelle plus-value au service électrique fourni.
Description du compteur :
⇒ Une interface utilisateur avec :
∗ La LED métrologique qui s’éclaire furtivement à chaque Wh consommé (valeurs repères : 1 kWh = 1 lessive ; 2 kWh = 1 douche ; 3 kWh = conso moyenne / jour / personne) ;
∗ L’afficheur (et ses 2 boutons poussoir) qui permet de visualiser les données mesurées par le compteur (consommation, puissance maximale atteinte, puissance souscrite, …) ;
∗ Un voyant lumineux au-dessous du bouton poussoir « + ». Il indique une coupure de l’installation électrique du client. Le compteur intègre en effet un Breaker, c’est cet interrupteur qui protège l’installation du client en cas de surtension sur le réseau. Le Breaker s’ouvre également en cas de dépassement de puissance souscrite. Pour remettre en service, le client doit simplement appuyer 2 secondes sur le bouton « + ».
⇒ Une interface de pilotage des équipements client :
∗ Le contact sec utilisé pour le pilotage des ballons d’eau chaude ;
∗ La TIC, la télé information client, qui émet en temps réel toutes les informations du compteur.
Après 6 années de déploiement sur tout le territoire et plus de 34 millions de compteurs installés, le constat en 2022 est le suivant :
∗ 7 500 déplacements de techniciens sont évités en moyenne par mois ;
∗ 54 000 télé-opérations sont réalisées en moyenne par jour (mises en services, dépannages, changement de puissance …) ;
∗ 90 % des Français apprécient la relève à distance des consommations d’électricité, ne nécessitant pas de présence ;
∗ 2 000 incidents sur le réseau BT détectés en moyenne chaque mois ;
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Mise à jour : Décembre 2022