Quel rôle jouent les condensateurs dans l’obsolescence ?

Le condensateur est un composant bien connu du monde de la réparation. Il est présent de longue date dans quasiment 100% des produits électriques et électroniques parfois en très grande quantité et interagit avec de multiples fonctions et organes. 

Au fil du temps, le condensateur a été régulièrement pointé du doigt pour le rôle qu’il tiendrait dans l’obsolescence programmée. Alors mythe ou vérité ? Nous tentons un décryptage qui ne va peut-être pas vous plaire !

Qu’est-ce qu’un condensateur ?

Les condensateurs sont des composants électroniques passifs, polyvalents qui jouent un rôle essentiel dans de nombreuses applications électroniques et électriques en raison de leur capacité à stocker, libérer, filtrer et transmettre de l’énergie électrique. 

Leur taille varie en fonction de leurs caractéristiques et notamment de leur capacité électrique exprimée en Farad (Merci Michael Faraday) pour la charge et en Volt pour la tension de service. Cette capacité représente  la quantité d’énergie électrique qu’il peut accumuler par unité de tension. Visuellement, plus la taille du condo est importante, plus il est puissant et en mesure d’accumuler de l’énergie. 

Plus précisément, un condensateur qui a une capacité de 1 farad (1F) peut stocker une charge de 1 coulomb (1C) lorsque la tension entre ses plaques est de 1 volt (1V). En d’autres termes, la capacité d’un condensateur est définie par la formule : C = Q/V

• C représente la capacité en farads (F).
• Q représente la charge électrique en coulombs (C) stockée par le condensateur.
• V représente la tension en volts (V) entre les plaques du condensateur.

En pratique, les condensateurs ont généralement des capacités beaucoup plus petites que 1 farad. Les sous-unités couramment utilisées pour les capacités de condensateur sont : 

• le microfarad (μF, 1 μF = 10^-6 F)
• le nanofarad (nF, 1 nF = 10^-9 F) 
• le picofarad (pF, 1 pF = 10^-12 F)

Ainsi, vous rencontrerez souvent sur les cartes électroniques des biens de consommation ordinaire des condensateurs avec des valeurs telles que 1 μF, 100 nF ou 10 pF. Chaque condensateur, du plus petit au plus gros à une inscription qui permet d’identifier ses caractéristiques principales.

De quoi est composé un condensateur ?

Le  condensateur est principalement composé de deux plaques métalliques conductrices séparées par un matériau isolant appelé diélectrique. 

En fonction des condensateurs et de leurs applications, les plaques conductrices peuvent être faites de divers matériaux conducteurs (aluminium, tantale ou acier inoxydable) tandis que le diélectrique peut être en polymères, en céramique ou en papier.

A quoi servent les condensateurs ?

La principale caractéristique d’un condensateur est sa capacité à stocker de l’énergie électrique sous forme de charge électrique. Lorsqu’une tension est appliquée aux bornes du condensateur, les charges électriques s’accumulent sur les plaques conductrices, créant un champ électrique entre elles. Plus la capacité du condensateur est élevée, plus il peut stocker de charges, autrement dit, c’est un “réservoir à électricité” (gare aux châtaignes !)

• Stockage d’énergie : 

Les condensateurs peuvent stocker de l’énergie électrique temporairement et la libérer en fonction des besoins. Ils sont utilisés dans les flashs d’appareils photo, les circuits d’allumage de véhicules, et d’autres applications nécessitant une décharge rapide de l’énergie.

• Stabilisation de la tension, filtrage et couplage/découplage 

Les condensateurs sont souvent utilisés pour lisser les fluctuations de tension dans les alimentations électriques, assurant ainsi un approvisionnement en tension plus stable aux composants électroniques. Cela est particulièrement utile pour éviter les pannes et les interférences dans les circuits électroniques sensibles.

Les condensateurs peuvent notamment être utilisés pour filtrer des signaux électriques en éliminant les composantes continues, basses fréquences et hautes fréquences. Cela est couramment utilisé dans les circuits audio pour éliminer les bruits indésirables. Dans les circuits intégrés et les microprocesseurs par exemple, les condensateurs de découplage sont utilisés pour éliminer les perturbations et le bruit électromagnétique, en assurant une alimentation électrique propre et stable.

Ils sont également utilisés pour transmettre des signaux alternatifs d’une partie d’un circuit à une autre tout en bloquant le courant continu. Cette fonction est essentielle dans de nombreux types d’amplificateurs et de circuits de transmission de données.

• Démarrage de moteurs électriques : 

Dans les moteurs électriques monophasés, les condensateurs de démarrage sont utilisés pour fournir le surplus d’énergie nécessaire à la mise en rotation du moteur. Le condensateur décharge massivement et rapidement l’énergie qu’il a accumulée pour aider le moteur à démarrer.

• Réglage de la temporisation : 

Dans les circuits de minuterie et de régulation, les condensateurs sont utilisés pour déterminer le temps de réponse d’un circuit. Le temps de réponse d’un circuit électrique dépend de plusieurs facteurs, notamment la nature du circuit, les composants utilisés et les conditions de fonctionnement. En général, le temps de réponse fait référence au temps qu’il faut à un circuit pour atteindre un nouvel état stable en réponse à un changement de conditions.

Par exemple, dans un circuit RC (Résistance-Capacité), le temps de réponse est souvent associé à la constante de temps du circuit, qui est le produit de la résistance (R) et de la capacité (C). La formule pour calculer la constante de temps (τ) est τ = RC. Le temps de réponse approximatif est généralement considéré comme étant égal à 5 fois la constante de temps (5τ), ce qui correspond au temps qu’il faut pour que le circuit atteigne environ 99,3 % de son nouvel état stable en réponse à un changement.

Compensation de facteur de puissance, résonance en conjonction avec des bobines…il existe encore une multitude de fonctionnalités applicables aux condensateurs.

Quels sont les différents types de condensateurs ? 

Il existe de très nombreux types de condensateurs. Ils est possible de les regrouper par technologie car ils diffèrent de par leurs structures, leurs matériaux, leurs tailles et donc leurs capacités. 

Voici une liste non-exhaustive du plus courant au moins courant : 

• Condensateur électrolytique
• Condensateur céramique
• Condensateurs à film
• Condensateurs à diélectrique en verre
• Condensateurs au mica
• Supercondensateurs
• Condensateurs variables
• Condensateurs à air
• ​​Condensateurs à papier

Qu’est qu’un condensateur auto-cicatrisant ? 

Un condensateur auto-cicatrisant est un type de condensateur capable de récupérer automatiquement sa capacité nominale après un court-circuit ou une surtension momentanée. Sa technologie diffère donc des condensateurs traditionnels.

Lorsqu’un court-circuit ou une surtension survient, il survient généralement l’un des deux cas suivants avec un condensateur non cicatrisant : 

• Court-circuit : En cas de court-circuit, un chemin électrique de très faible résistance est créé, ce qui permet à un courant excessivement élevé de circuler à travers le condensateur. Étant donné que les condensateurs ont une très faible impédance à haute fréquence, ils permettent à ce courant de passer. Le condensateur se décharge très rapidement dans ce processus, libérant toute son énergie stockée presque instantanément.

• Surtension : Une surtension se produit lorsque la tension aux bornes du condensateur dépasse la tension nominale ou la tension de claquage du diélectrique. Dans ce cas, le diélectrique peut subir une défaillance diélectrique, provoquant une décharge du condensateur. Encore une fois, cela entraîne la libération rapide de l’énergie stockée dans le condensateur.

Les condensateurs non cicatrisants ne sont généralement pas capables de récupérer leur énergie stockée une fois qu’elle a été libérée. En effet, contrairement aux condensateurs autorégénératifs (cicatrisants), qui peuvent récupérer une partie de leur capacité après une surtension ou un court-circuit, les condensateurs non cicatrisants subissent généralement une dégradation permanente de leurs caractéristiques après de tels événements.

Les condensateurs cicatrisants utilisent quant à eux un matériau diélectrique spécifique capable d’isoler la zone endommagée et de la “réparer” partiellement pour continuer de fonctionner des conditions quasi-nominales.Ils sont utilisés dans des applications où des surtensions temporaires peuvent se produire, contribuant ainsi à prolonger la durée de vie des circuits en minimisant les dommages causés par les événements de surtension. 

Cependant, ils ont leurs limites. Les petits claquages qui surviennent continuellement, les surtensions excessives ou prolongées diminuent au fur et à mesure leurs capacités d’auto-régénération et finissent par les endommager de manière irréversible. Des protections appropriées sont donc nécessaires dans les circuits.

Quel est la durée de vie d’un condensateur ?

La durée de vie d’un condensateur est très variable et multifactorielle. Il est donc difficile de répondre à cette question en dehors des applications aérospatiale et militaire où la sûreté de fonctionnement est extrêmement importante. 

Le condensateur est normalement un composant fiable lorsque l’on respecte les états de l’art mais il faut noter qu’il vieillit un peu plus vite que les autres composants passifs ou actifs. Voici quelques facteurs pouvant influencer sa durée de vie.

• L’influence du prix sur les condensateurs

Evidemment, le prix du condensateur influe directement sur sa qualité. Un condo très fiable et rarement un condo très bon marché ! Les matériaux qui le composent peuvent être de plus ou moins bonne facture tout comme la qualité de sa fabrication. C’est d’ailleurs très souvent là que réside le problème. Les fabricants de produits de faible qualité tirent sur les prix de tous les composants, y compris sur les condos.

• L’influence du dimensionnement du condensateur sur la carte électronique

Le fabricant doit choisir le bon type de condensateur par rapport à l’application attendue et dimensionner celui-ci avec une marge de sécurité en particulier pour la température de fonctionnement mais également pour les surtensions.

• L’influence de la localisation du condensateur sur la carte électronique

Il n’est pas si fréquent que la température impacte directement et massivement le vieillissement des condensateurs car ils ont généralement des caractéristiques leur permettant de résister à des températures de fonctionnement comprises entre 85 degrés et 105 degrés.

Dans le cas d’un mauvais placement ou montage,où un condensateur serait placé contre un dissipateur de chaleur (radiateur aluminium dispersant) ou au sein d’un système résistif, il pourrait être impacté. Cependant, cette panne surviendrait assez rapidement et très probablement pendant la garantie légale de conformité. Les concepteurs d’électronique ont depuis longtemps intégré ce principe et sauf exception, la localisation et la chaleur n’ont que peu d’impact sur les condensateurs lorsque le travail est bien fait.

• L’influence du temps de fonctionnement sur le condensateur

Le temps de fonctionnement entraîne un vieillissement normal des condensateurs. Sa durée de vie est corrélée à la compatibilité entre ses spécifications et la tension / température appliquée en fonctionnement.

La durée de vie peut-être préalablement estimée selon une formule de calcul. Un modèle couramment utilisé pour estimer la durée de vie des condensateurs électrolytiques est le modèle de vie à l’échelle d’activation d’Arrhenius. Cette équation est basée sur la théorie de l’accélération de la vie due à la température. Elle donne le résultat de la durée de vie prévue du condensateur en fonction de sa température de fonctionnement en Kelvins.

Qu’est qui engendre des défaillances sur les condensateurs ? 

Tous les condensateurs ont une durée de vie limitée, même s’ils ne sont pas utilisés. Au fil du temps, les matériaux internes peuvent se dégrader, ce qui entraîne une perte de capacité ou des fuites. Mais certaines conditions de fonctionnement sont susceptibles d’accroître le risque de défaillance.

• Les surintensité 

  En cas de dépassement de la tension nominale de fonctionnement, lors d’un pic de tension ou d’un problème sur le produit, le condensateur peut être altéré et ne plus remplir sa fonction. Il peut se mettre en court-circuit lorsque la surtension entraîne une dégradation voire une fusion des matériaux diélectriques à l’intérieur du condensateur. Cela arrive assez fréquemment lorsqu’un condensateur de remplacement ne respecte pas les caractéristiques du composant original.

• Tensions inverses excessives

  En cas de démontage d’une partie ou de remplacement, un mauvais branchement peut entraîner une défaillance. En effet, certains condensateurs possèdent une polarité. Ainsi, l’application d’une tension inverse peut provoquer des fuites, une gonflement et plus rarement une explosion. 

• Vieillissement électrolytique

  Les condensateurs électrolytiques, couramment utilisés dans l’électronique, ont une durée de vie limitée en raison de la dégradation de l’électrolyte. Cela peut provoquer une augmentation de la résistance interne du condensateur et une diminution de sa capacité.

• Variations de température

  Pour les condensateurs exposés à des conditions environnementales sévères, les fortes variations de température peuvent entraîner une diminution importante de leurs performances.

Quelles pannes engendrent les condensateurs ?

Les pannes engendrées par défaillance du condensateur sont multiples et dépendent de la fonction du condensateur.Dans le cas d’une défaillance sur un condensateur de démarrage, le moteur électrique n’arrivera pas à démarrer ou il tournera à une vitesse trop faible.Si le condensateur remplit une fonction de réglage de la temporisation comme dans un grille-pain, alors vos tartines seront soit pas assez grillées soit trop ! Pour un affichage LED, il est possible que l’alimentation soit mal maîtrisée et que l’affichage, l’inscription des caractères devienne partiel.

Dans toutes ces situations, il est possible que les produits remontent des messages d’erreurs ou des codes défaut. 

L’électronique est un domaine qui comporte un degré de fiabilité normalement assez élevé mais aucun système n’est infaillible. Chacun de ces composants peut défaillir pour de multiples raisons mais le condensateur est assez régulièrement pointé du doigt.

Les condensateurs et l’obsolescence programmée

Les condensateurs ont régulièrement été soupçonnés d’obsolescence programmée au point que France 2 à repris cette thématique dans une émission de Cash Investigation intitulée “La mort programmée de nos appareils “. Selon des réparateurs, l’émission n’a que partiellement traité de ce sujet complexe. 

Voici le retour d’un réparateur : 

(…)La démonstration qui avait été faite dans l’émission Cash investigation…était biaisée et partiellement fausse. Samsung y était clairement soupçonné d’accélérer le vieillissement des condensateurs en les plaçant à proximité de radiateurs en aluminium chargés de dissiper les calories provoquées par l’échauffement de composants électroniques.En l’occurrence, les propos inexacts d’un « enseignant chercheur » sur une volonté d’obsolescence programmée avaient été illustrés par une animation en image de synthèse. 

Si un technicien télévision avait été interrogé, il n’aurait eu aucun mal à apporter la preuve que cela était sans aucun rapport avec la proximité d’un radiateur. En effet, sur les 5 condensateurs placés en parallèle dans des conditions électriques totalement identiques, présentant le même défaut de vieillissement accéléré, 2 d’entre eux étaient très éloignés de tout dissipateur de chaleur.

La raison de la défectuosité était sans rapport avec la chaleur ambiante (condensateurs prévus pour fonctionner à 105°). C’était simplement dû à la mauvaise qualité des condensateurs d’origine chinoise qui avaient sans doute été choisis par des acheteurs plus attentifs au prix qu’au respect du cahier des charges. 

Pour preuve, à cette époque, dans des conditions de fonctionnement identiques, seuls les constructeurs japonais ont été épargnés par ce type de problème. C’est d’ailleurs mentionné dans le reportage.C’est une certitude prouvée aujourd’hui : ce problème ne devait sa cause qu’à la seule qualité des condensateurs, car une fois remplacés en SAV par des composants de bonne qualité (japonaise), le défaut ne s’est plus jamais reproduit. Les constructeurs ont depuis rectifié le tir et sont montés en gamme sur ce type de composant.

Ce témoignage confirme que les condensateurs sont bien une sources de panne mais infirme le principe que cela était volontaire et qu’il y aurait une volonté de programmer la durée de vie de l’appareil. En effet, lorsqu’un constructeur choisit par erreur ou pour des questions de coûts des composants de mauvaise qualité, il lui sera très difficile de maîtriser la durée de vie de son produit tant les défaillances seront aléatoires.

Les condensateur dans le petit électroménager

Bouilloire, grille-pain, aspirateur, machine à café…ces petits équipements  électroménagers (PEM)  embarquent très régulièrement une petite carte électronique auxiliaire, permettant de piloter un affichage ou une fonction de régulation (température, vitesse). Il est nécessaire d’alimenter électriquement cette carte pour qu’elle fonctionne. Pour ce faire, une alimentation en courant continue, minimaliste, chargé de transformer le 220 Volts en 5v,12v ou 24 Volts est intégré au produit. Cette carte électronique simple (l’alimentation) ne nécessite que quelques composants basiques tels que résistance, diode, condensateur. C’est un montage très courant.

Témoignage d’une problématique avec les condensateurs  

Selon des témoignages rapportés, cette “alimentation DC à condensateur” semblerait engendrer des défaillance récurrentes et poserait plus particulièrement problème sur les petits appareils chauffants ne possédant pas d’interrupteur de fonctionnement ou de système de mise à l’arrêt automatique. 

Le condensateur est alors soumis continuellement à la tension 230V du réseau ce qui accélère son vieillissement. Or, comme expliqué plus haut, le vieillissement des condensateurs est principalement impacté par la température de fonctionnement, la tension à laquelle il est soumis et le temps d’application de cette tension. Ce phénomène sera plus particulièrement renforcé si le  condensateur est de mauvaise qualité, mal dimensionné ou placé dans un environnement très chaud (rare).

Ses performances et plus particulièrement sa valeur en uF vont peu à peu diminuer. En conséquence, la carte d’alimentation ne va plus jouer son rôle car peu à peu la tension va se dégrader et fournir par exemple 9 Volts au lieu des 12 et le fonctionnement de l’appareil va devenir aléatoire. Généralement à partir d’un baisse de 30 % de la capacité (ex: 0,32uF pour un nominal de 0,47uF ), le condensateur entraîne un dysfonctionnement de l’appareil. 

Cette panne se caractérise par un fonctionnement intermittent ou aléatoire du produit concerné. La mise en marche ne se fait pas systématiquement, l’écran LCD clignote, les caractères sont incomplets ou l’appareil s’arrête de fonctionner de façon aléatoire.