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Un ordinateur consomme de l’énergie. Et pas qu’un peu ! Votre facture d’électricité ne manquera pas de vous le rappeler en temps voulu. Dans ce chapitre, nous allons nous intéresser à l’élément central de la gestion de l’énergie : le bloc d’alimentation.
Dans le contexte d'une alimentation PC, la connectique fait référence aux différents connecteurs nécessaires pour tous vos composants. Il va ainsi falloir vérifier que le modèle qui vous intéresse dispose bien d'un connecteur ATX 24 broches pour la carte mère, des connecteurs CPU (4 broches ou 8 broches le plus souvent) ainsi que des connecteurs PCIe pour le GPU.
Sans celle-ci, les différents composants de l'ordinateur grilleraient en seulement quelques secondes. En effet, son rôle principal est de convertir le courant alternatif qui provient de votre prise murale (AC) en courant continu (DC). Grâce à cette conversion, votre processeur, votre carte graphique et votre carte mère vont pouvoir fonctionner normalement sans interruption.
Bien sûr, l'alimentation du PC doit être suffisamment puissante pour que l'ensemble du système délivre des performances optimales. Il n'y a donc pas qu'une transformation de la tension (230V vers des valeurs plus basses) : l'intensité électrique entre aussi en ligne de mire. D'autre part, en cas d'orage provoquant une surtension dans votre système électrique, l'alimentation est aussi là pour protéger les autres composants en se coupant automatiquement. On peut ainsi dire qu'elle a aussi un rôle de protection.
Contrairement à une idée reçue, toutes les alimentations PC sont loin de se valoir. Ce n'est donc pas parce qu'il n'y a pas de tests détaillés sur le Net (comme c'est le cas pour les CPU et GPU) qu'il faut en conclure qu'elles sont identiques en termes de résultat. Il faut savoir qu'il existe une dizaine de marques sur le marché et que si vous optez pour le premier prix, vous risquez d'avoir des problèmes de stabilité. À moyen terme, vos composants s'en retrouveront alors irrémédiablement endommagés.
Mieux vaut ainsi préférer une alimentation de marque reconnue qui ne chauffe pas trop et qui dure dans le temps pour votre PC. Voyons dès à présent les principaux critères pour le choix du modèle le plus approprié pour vos besoins.
Nous commencerons donc par expliquer en quoi consiste cette transformation. Cela impliquera donc un peu de théorie sur l’électricité, qui vous rappellera peut-être quelques cours du lycée. Nous parlerons également de la « qualité » du courant pour un ordinateur, notion souvent négligée mais néanmoins très importante pour la bonne santé de tous les composants de votre ordinateur !
Quand on parle d’alimentation électrique, on parle de courants, tensions, résistances et autres puissances. Savez-vous ce qu’est un électron ? Mais si, ce sont ces petites particules qui constituent (avec d’autres) les atomes. On en « voit » donc tous les jours autour de nous ! Il se trouve que les électrons ont une charge électrique, et que cette charge a la particularité d’être négative. Quand beaucoup d’électrons sont concentrés en un endroit précis, la charge (ou potentiel) électrique est de plus en plus négative. À l’inverse si un manque d’électron est provoqué, la charge est de moins en moins négative (donc de plus en plus positive).
Entre ces deux potentiels se produit alors une différence de potentiel électrique, appelée tension. C’est le cas entre les bornes d’une pile ou encore entre les deux fils arrivant dans la prise électrique de la maison. Lorsque les deux potentiels se trouvent sur un circuit fermé, les électrons sont attirés par la borne chargée positivement, tout comme des magnets sur un frigo. En se déplaçant, ils laissent derrière eux une charge positive (puisqu’ils sont eux-mêmes chargés négativement), ce qui attire à nouveau d’autres électrons situés alentour, etc. Le déplacement de tout ce petit monde est appelé courant électrique.
Mais le courant électrique ne se balade pas sans encombre sur son fil (ou son matériau conducteur quel qu’il soit). Il lui est opposé une résistance dans sa progression, qui dépend notamment de la forme et de la longueur du fil, ainsi que du matériau utilisé.
Le courant électrique présente une particularité tout à fait étonnante : il peut s’inverser. En effet, les électrons peuvent changer leur sens de déplacement ! Si on mesure la tension du courant sur un circuit, ce changement de sens se traduit par une inversion de signe du courant (il passe d’une valeur positive à négative ou inversement). Si ce changement de sens s'effectue de façon périodique, alors le courant est dit alternatif.
Ce signal est périodique, ce qui signifie que ses variations se reproduisent à l'identique à intervalles réguliers. On appelle alors fréquence le nombre de fois que ces variations se répètent en une seconde. En pratique, le courant qui sort des prises électriques de la maison est un courant alternatif. Ainsi, la tension efficace de nos prises de courant est de $\frac{325}{\sqrt{2}} \approx 230 V$.
Manque de chance, les composants de l’ordinateur, comme la plupart des appareils électriques de la maison, utilisent pour fonctionner un courant continu de tension 5 ou 12 V. On est donc très loin du courant alternatif de tension 230 V fourni par les prises électriques ! Toute la problématique est donc de transformer un courant alternatif de tension efficace 230 V, 50 Hz en un courant continu et constant, de tension 5 ou 12 V.
Tout d’abord, à quoi ressemble un bloc d’alimentation ? C’est une boîte, ok, mais encore ? Qu’y a-t-il dans cette boîte ? L’image ci-dessous montre l’intérieur d’un bloc d’alimentation dans le seul but d’illustrer son fonctionnement. En pratique, il est fortement déconseillé de l’ouvrir. D’une part ça ne sert à rien et ce n’est pas fait pour ça.
Intérieur d'une alimentation ATX
Tous les composants du bloc d’alimentation que vous apercevez ci-dessus ont un rôle à jouer dans la transformation du courant dont nous parlions plus tôt. C’est un peu comme une recette de cuisine : pour réaliser votre plat, vous devez faire passer les ingrédients de départ par toute une série d’étapes et d’ustensiles en tout genre. Après chaque étape, le plat n’est pas encore fameux mais s’approche du résultat final.
Le bloc d’alimentation est tout d’abord équipé d’un fusible, dont le rôle est de protéger l’installation électrique de votre maison. En cas de court-circuit, ce fusible va « sauter » et ainsi ouvrir le circuit électrique afin de stopper les dégâts. Un autre composant appelé varistance protégera cette fois le bloc d’alimentation (et les autres composants de l’ordinateur par la même occasion) en cas de surtension. Typiquement, cela se produit lorsque la foudre s’abat dans le coin. Sans cette protection, votre ordinateur ressemblerait alors à un toast laissé un peu trop longtemps dans le grille-pain.
Côté filtre, on utilise un « correcteur du facteur de puissance » (PFC) afin de limiter les interférences électromagnétiques (EMI) engendrées par le découpage de la tension. Le but est de limiter les parasites qui polluent à la fois le courant fourni à l’ordinateur, mais également le réseau électrique de la maison. Un PFC peut être actif ou passif.
Pour l’instant, aucune transformation n’a encore eu lieu, notre courant est toujours alternatif et notre tension toujours sinusoïdale, oscillant de -325 V à +325 V (soit une tension efficace de 230 V). Le pont de diode sert à « redresser » la tension. Je n’entre pas dans les détails du schéma électrique, sachez simplement qu’il s’agit de quatre diodes montées entre elles de façon à ce qu’elles ne laissent passer le courant que dans un seul sens. Le signe du courant ne s’inverse plus, on a donc un courant continu qui s’approche de notre objectif. C’est mieux, mais ce n'est pas encore ça.
Les composants de l’ordinateur ne supporteraient pas les oscillations toujours présentes qu’on observe sur la courbe ci-dessus. La tension a donc besoin d’être « lissée ». Pour cela, on utilise un condensateur qui va agir comme un « réservoir » à courant. Lorsqu’on injecte du courant dans un condensateur, celui-ci se charge, ce qui signifie qu’il accumule de l’énergie. Cette énergie peut alors être restituée au circuit électrique, un peu comme le ferait une pile rechargeable (même si le principe physique n’a en fait rien à voir). Nous voici donc avec un courant continu presque constant. En revanche, la tension efficace est toujours de 230 V.
Pour ne pas faire fondre comme neige au soleil les composants de l’ordinateur, on va devoir utiliser un transformateur, composant capable d’abaisser ou d’élever une tension. Problème : la taille d’un transformateur est inversement proportionnelle à la fréquence du courant qui le traverse. Pour éviter de nous retrouver avec un bloc d’alimentation gros comme un camion, il faut donc trouver un moyen d’augmenter la fréquence de notre signal. Cela se fait en « découpant » la tension, grâce à un ou plusieurs transistors. On passe ainsi de 50 Hz à environ 100 000 Hz ! On peut donc envoyer notre courant au transformateur. Problème résolu !
Lorsqu’un circuit se trouve dans un champ magnétique, un courant électrique y est créé. La première bobine reçoit le courant de tension 230 V, ce qui génère un champ magnétique. Ce champ magnétique induit alors un courant dans la seconde bobine, dont la tension est inférieure. En jouant sur le nombre de spires des deux bobines, on peut parvenir à induire un courant de tension voulue dans la seconde bobine. Le tour est joué ! Avec tout ça, notre tension est devenue complètement hachée, ce qui ne va pas plaire aux composants de l'ordinateur.
On n’utilise plus un pont de diodes mais une diode « Schottky », cette dernière chauffant moins et donc souffrant de moins de pertes d’énergie. Un second condensateur est ensuite utilisé pour lisser au mieux notre tension afin d’obtenir en sortie la tension désirée, la plus constante possible.
Je vous le disais en introduction, l'ordinateur consomme de l'électricité et les effets s'en ressentent donc sur la facture d'électricité à court terme. Mais le choix d'une bonne alimentation a également des effets à moyen terme. On appelle puissance la quantité d'énergie fournie sur une période donnée. La puissance s'exprime en watts. Chaque composant de l'ordinateur a besoin d'une certaine quantité de puissance pour fonctionner convenablement. Ils tireront tous sur le bloc d'alimentation, qui devra alors être à la hauteur de leurs besoins.
La puissance nécessaire dépend des composants choisies. De ce fait, le choix de l'alimentation doit se faire après celui de la majeure partie des autres composants. Ce n'est pas un hasard si ce chapitre n'arrive que maintenant. Il faut donc trouver les puissances nécessaires pour chacun des composants et les additionner pour pouvoir choisir le bloc d'alimentation ? Eh oui, il le faut. Mais rassurez-vous, de nombreux outils existent pour vous faciliter la tâche !
Dans un monde parfait, toutes les transformations de courant et tension que nous venons de voir se dérouleraient sans encombre et toute la puissance délivrée par la prise électrique serait utilisée par l’ordinateur. Mais une alimentation n’est jamais parfaite, malheureusement. Si l’alimentation délivrait à l’ordinateur toute la puissance qu’elle reçoit en entrée, alors le rendement serait de 1 (c’est-à-dire 100%). Mais ce n’est jamais le cas, le rendement est donc toujours inférieur à 1.
Mais au fait d’où vient cette perte de puissance ? Pourquoi les transformations effectuées sur le courant et la tension font perdre de l’énergie ? La réponse, je suis sûr que vous la connaissez si vous avez déjà pris un chargeur d’ordinateur portable dans les mains : ça chauffe ! En effet, tout courant électrique traversant un matériau conducteur provoque un dégagement de chaleur. Vous souvenez-vous de la résistance dont nous parlions plus tôt ? Elle est dû aux chocs entre les atomes du matériau conducteur et les électrons qui y circulent. Ces collisions provoquent un dégagement de chaleur, appelé effet Joule. Et la chaleur, c’est de l’énergie ! Toute la chaleur émise par le bloc d’alimentation est autant d’énergie qui n’est pas transmise à l’ordinateur. Ça chauffe la pièce, c’est bien, mais ce n’est pas le rôle d’un ordinateur à la base.
Depuis 2007, le label 80 Plus a été mis en place afin de garantir un rendement acceptable pour les alimentations du commerce. « Acceptable » signifie que les pertes n’excèdent pas 20%. Autrement dit, le rendement doit être d’au moins 80%. Par soucis d'économie, certains constructeurs n'hésitaient pas à proposer des alimentations au rendement exécrable ! Ce n'était bon ni pour l'environnement, ni pour la facture !
Comme vous pouvez le voir dans le tableau ci-dessous, le rendement varie selon la sollicitation de l’alimentation. Si cette dernière est trop ou trop peu sollicitée, alors le rendement est légèrement inférieur. Vous l’aurez compris, une bonne alimentation se doit d'avoir un rendement élevé. Mais ce n’est pas le seul paramètre à prendre en compte.
| Niveau de certification | Rendement à 20% de charge | Rendement à 50% de charge | Rendement à 100% de charge |
|---|---|---|---|
| 80 PLUS | > 80% | > 80% | > 80% |
| 80 PLUS Bronze | > 82% | > 85% | > 82% |
| 80 PLUS Argent | > 85% | > 88% | > 85% |
| 80 PLUS Or | > 87% | > 90% | > 87% |
| 80 PLUS Platine | > 90% | > 92% | > 89% |
| 80 PLUS Titane | > 92% | > 94% | > 90% |
En effet, le courant fourni par l’alimentation est envoyé à la majorité des composants de l’ordinateur : carte mère, processeur, carte graphique, disque dur, etc. Imaginez un peu les effets dévastateurs d’une alimentation qui enverrait aux composants un courant corrompu. Imaginez les effets dévastateurs d’une cantine d’entreprise qui donnerait des aliments avariés aux salariés. La qualité du courant est donc primordiale pour ne pas abîmer les composants de votre ordinateur. Comme on l’a vu, le courant attendu est continu et la tension doit être la plus stable possible. Plus le ripple est élevé, plus les composants vont être abîmés au fil du temps. Acheter une alimentation délivrant une tension « propre » est donc un investissement d’avenir : mieux vaut mettre 20 ou 50 € de plus maintenant, que de devoir changer la carte mère ou la carte graphique dans un an.
L’alimentation génère également des ondes électromagnétiques qui peuvent interférer avec les autres appareils de la maison. Pour éviter les effets indésirables sur les composants de votre ordinateur, rien ne vaut une alimentation de qualité. Mais même avec un bloc haut de gamme, vous ne serez pas à l'abri d'un autre type d'incident : la coupure électrique. L'échelon de tension provoqué par une telle coupure risque de poser des problèmes irréversibles sur votre configuration. La coupure peut même se faire vicieuse et ne durer que quelques millisecondes (on appelle ça une micro-coupure). Tellement court que vous ne vous rendrez peut-être même pas compte que la lumière s'est éteinte un instant, mais suffisamment long pour que votre PC se redémarre tout seul.
À l'inverse, il peut surgir des surtensions sur votre réseau électrique, si la foudre s'abat sur votre maison par exemple. Pour se prémunir de tout cela, vous pouvez vous procurer un onduleur. Le principe de base est simple : l'onduleur est branché à la fois au secteur et à l'ordinateur et en cas de soucis, une batterie contenue dans l'onduleur prend le relais. les onduleurs ON-Line, le top-du-top, pour une sécurité maximale de votre réseau électrique.
Côté format, on retrouve le même genre de dénominations que pour les cartes mères. Le format le plus courant est le format ATX. On trouve également des micro-ATX ou mini-ITX pour les boîtiers de plus petite taille. Pour les cartes mères mini-ITX, des alimentations miniatures sont plus adaptées. Le plus courant reste le format ATX avec ses dimensions 15 x 14 x 8,6 cm. Il est conseillé pour tout type de PC hormis un modèle réduit. Pour les modèles réduits de PC, il vous faut un format réduit, le plus courant étant le SFX (Small Format Extended) avec ses dimensions 12,5 x 10 x 6,5 cm.
Concernant les connecteurs, on retrouve de nombreuses normes afin de répondre aux attentes des différents composants de l’ordinateur. Notons que les lecteurs disquettes sont également alimentés via des ports MOLEX, même s'il est peu probable que vous en ayez encore besoin aujourd’hui. Certaines alimentions dites « modulaires » permettent de débrancher les câbles inutilisés. Une alimentation modulaire permet de brancher uniquement les câbles nécessaires, et est plus efficiente et efficace, du fait qu’elle vous permet de ne brancher que les câbles nécessaires à votre usage et ainsi de ne pas surcharger votre boîtier et assurer une circulation de l’air optimale. Le gainage des câbles n’est pas systématique.
Voici les quatre principaux éléments à prendre en compte pour le choix d'une alimentation :
Aujourd'hui, la puissance des alimentations varie entre 300 watts et 2 000 watts. Évidemment, si votre ordinateur n'a pas de carte graphique dédiée et qu'il sert principalement à effectuer des tâches de bureautique, vous ne devriez pas avoir besoin d'une alimentation supérieure à 450 watts. Autrement, le calcul est simple : additionnez la consommation de chacun de vos composants et prévoyez une marge de l'ordre de 20%. Ainsi, une GTX 4090 couplée avec un processeur véloce nécessitera une alimentation de 850 W ou plus.
Il existe principalement deux types d'alimentation. Le premier est dit “non modulaire”, ce qui se traduit par un modèle avec des câbles qui sont tous fixés à l'unité. Résultat : si vous ne les utilisez pas tous, il y en a qui vont se balader dans le boitier. Pour éviter ce souci, il vaut donc mieux opter pour une alimentation de type modulaire avec laquelle vous pouvez débrancher les câbles inutiles. C'est peut-être un détail pour vous, mais cela signifie beaucoup pour les gamers cherchant à optimiser le moindre centimètre cube !
Les alimentations se différencient aussi avec leur efficience énergétique. C'est pourquoi elles sont fournies avec des certifications : 80 PLUS Bronze, 80 PLUS Gold, 80 PLUS Platinum et 80 PLUS Titanium. Ce qu'il faut comprendre ici, c'est qu'une alimentation 80 PLUS Titanium chauffera beaucoup moins qu'une 80 PLUS Bronze tout en ayant un meilleur rendement énergétique.
Une ventilation de qualité est silencieuse en charge. Il existe des blocs d’alimentation passifs qui ne comportent pas de ventilateur. Cela nécessite que la tour dispose d’un ventilateur. Il existe aussi des blocs d’alimentation semi-passifs dont le ventilateur se déclenche uniquement lorsque la température atteint un certain seuil.
L’ATX (Advanced Technology eXtended) est une norme définie par Intel pour les cartes mères et les alimentations PC, garantissant compatibilité et standardisation entre les composants. L'alimentation PC ATX 3.1 est conçue pour s'adapter aux configurations PC modernes. Cette norme introduit le connecteur 12V - 2x6, un dispositif permettant de gérer les besoins énergétiques évolutifs des cartes graphiques de dernière génération.
La partie qui nous intéresse est celle nomée "ATX Power Suply". Une alimentation ATX doit fournir à la carte mère des tensions de 5V, 3,3V, 12V, -5 et -12V. Le PW-OK est un "Power Good", ce signal est à 5V uniquement lorsque les alimentations 5V et 3,3V sont bien stabilisées. Le PS-ON est un signal en provenance de la carte mère qui ordone à l'alimentation de se mettre en marche ou de s'arrêter. Lorsque le PS-ON est à OV, les alimentations 5V et 3,3V doivent fonctionner, lorsqu'il est à 5V les alimentation 5V et 3,3V doivent êtres éteintes et leur tension de sortie doit être de 0V par raport à la masse. Et enfin le 5vSB est une alimentation 5V qui fonctionne en permanence (quel que soit l'état du PS-ON).
Absolument, vous n’avez pas à vous soucier de problèmes de compatibilité si vous possédez une configuration plus ancienne. Les alimentations PC ATX 3.1 sont rétro compatibles avec les anciennes cartes mères conformes aux normes ATX.
La puissance de l'alimentation doit correspondre aux exigences de votre configuration. Les alimentations ATX 3.1 sont souvent certifiées 80 Plus Gold ou Platinum. Les alimentations modulaires vous permettent de ne connecter que les câbles nécessaires à votre configuration.
Pour calculer la puissance d'alimentation requise pour votre PC, vous devez prendre en compte les besoins énergétiques de chaque composant. Le processeur et la carte graphique sont généralement les composants les plus gourmands en énergie. Les processeurs haut de gamme et les cartes graphiques puissantes nécessitent une alimentation adéquate pour fonctionner correctement. La carte mère, les disques durs, les lecteurs optiques et les périphériques supplémentaires consomment également de l'énergie, bien que leur impact sur les besoins énergétiques globaux soit généralement moindre.
Une fois que vous avez identifié la consommation électrique maximale de chaque composant, vous pouvez utiliser notre formule de calcul ou bien un calculateur d'alimentation en ligne pour estimer la puissance d'alimentation requise. Des constructeurs comme MSI ou BeQuiet! Ces outils vous aideront à prendre en compte tous les composants de votre configuration et à obtenir une recommandation pour la puissance minimale recommandée pour votre alimentation. Il est important de noter que la consommation électrique réelle de votre PC peut varier en fonction de l'utilisation et de la charge de travail.
N’achetez pas un bloc d’alimentation à prix trop réduit, car généralement, les marques concernées ne respectent pas les normes européennes relatives aux perturbations électromagnétiques, elles sont ainsi souvent la cause de perturbations des autres réseaux de votre maison. Pour en savoir plus : vous pouvez tout à fait trouver le fabricant d’un bloc d’alimentation et sa certification. Pour ce faire, consultez l’étiquette à la recherche d’un numéro sous le sigle UR qui commence par "E". Un bloc d’alimentation PC dispose généralement d’une garantie comprise entre 1 et 2 ans, mais pour les meilleurs appareils, elle peut atteindre 5 ans. En général, la puissance de l’alimentation augmente en même temps que le prix. Prenons l’exemple d’une alimentation PC d’un coût de 25 € pour 600 W. Pour un bloc d’alimentation modulaire, il faut compter entre 40 € et 300 € de budget. Comptez environ 500 W pour une configuration bureautique et 650 à 750 W pour un PC gamer.
Une bonne alimentation est une alimentation qui ménagera votre facture électrique sur le court et le moyen terme. Pour le court terme, il faut choisir une alimentation possédant un bon rendement. Sur le moyen terme, c'est la qualité du courant délivré qui devra être étudiée de près afin de ne pas abîmer les autres composants de votre machine. Les constructeurs ne sont pas fous et indiquent rarement ce critère dans leur description. Qui aurait cru qu'un simple bloc pouvait faire subir autant de choses au courant électrique et à sa tension ? Finalement, tout serait plus simple si le courant sortant des prises était directement « propre à la consommation ».
Le bloc d'alimentation ne doit surtout pas être négligé, car c'est un investissement d'avenir. Les boîtiers sont souvent vendus avec une alimentation mais attention, celle-ci est souvent bas de gamme et donc à éviter. Les boîtiers font d'ailleurs l'objet du prochain chapitre.
tags: #alimentation #ATX #externe #fonctionnement
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