Les varistances, également appelées résistances à tension variable ou VDR Variable Différence Resistance, sont des composants électroniques très utiles pour la protection des circuits contre les surtensions ou les pics de tension. Elles sont généralement faites de matériaux semi-conducteurs, comme le métal-oxyde, qui leur permettent de voir leur résistance diminuer lorsque la tension augmente. Ainsi, en cas de surcharge ou de décharge électrique, la varistance limite la tension pour protéger les autres composants du circuit. C’est un élément simple mais essentiel pour assurer la sécurité et la fiabilité de nombreux appareils électroniques. 

1. Définition d'une varistance

Une varistance est un composant électronique dont la résistance varie en fonction de la tension appliquée. Elle est principalement utilisée pour protéger les circuits électriques contre les surtensions. Lorsque la tension dépasse un certain seuil, la varistance diminue sa résistance, permettant ainsi de détourner le courant excessif et de protéger les autres éléments du circuit. On la trouve souvent dans des dispositifs de protection comme les parafoudres. 

2. Symbole de la varistance

Le symbole d'une varistance dans les schémas électriques est généralement représenté par une ligne diagonale à l'intérieur. Ce symbole peut varier légèrement selon les normes. Figure 2.1 et 2.2.

3. Principe de fonctionnement des varistances

Leur fonctionnement repose sur le principe que la résistance d'une varistance diminue lorsque la tension augmente, ce qui permet de dissiper l'énergie excédentaire et de protéger les autres composants du circuit. On les retrouve souvent dans les dispositifs de protection contre les surtensions, comme les parafoudres, ainsi que dans des applications où il est nécessaire de réguler la tension. Voici l’explication détaillée de son fonctionnement.

3.1 Fonctionnement en mode normal (sous - tension de seuil)

Lorsque la tension appliquée aux bornes de la varistance est inférieure à sa tension de seuil (ou tension de claquage, ou tension de serrage), la varistance présente une résistance extrêmement élevée (plusieurs centaines de mégaohms, voire des gigaohms).

Dans cet état, elle se comporte pratiquement comme un circuit ouvert, ce qui signifie qu'un courant très faible (courant de fuite) la traverse. Elle n'affecte donc pas le fonctionnement normal du circuit qu'elle protège. Elle est généralement montée en parallèle avec le composant ou le circuit à protéger.

3.2 Fonctionnement en mode de protection (surtension)

Lorsqu'une surtension transitoire (un pic de tension soudain et de courte durée) se produit et que la tension aux bornes de la varistance dépasse sa tension de seuil, son comportement change radicalement.La résistance interne de la varistance chute de manière drastique et quasi instantanée (passant à quelques ohms).Cette chute de résistance permet à la varistance de conduire un courant très élevé.

En se transformant en un chemin de faible impédance, elle court-circuite la surtension.L'excès de courant est alors dérivé à travers la varistance (généralement vers la terre ou le neutre), plutôt que de traverser et d'endommager les composants sensibles du circuit.La varistance serre ainsi la tension à ses bornes à une valeur proche de sa tension de seuil, protégeant efficacement le circuit en aval contre les tensions excessives.

Retour à l'état normal une fois que la surtension a disparu et que la tension revient à un niveau normal (inférieur à la tension de seuil de la varistance), la résistance de la varistance redevient très élevée, et elle cesse de conduire le courant. Elle est alors prête à protéger le circuit contre une nouvelle surtension.

4. Constitution d'une varistance

Une varistance est généralement constituée d'un matériau semi-conducteur, souvent à base d'oxyde de zinc, qui présente une résistance variable en fonction de la tension appliquée. Lorsque la tension dépasse un certain seuil, la résistance de la varistance diminue, permettant à l'excès de courant de passer et protégeant ainsi les autres composants du circuit.

4.1 Matériau semi-conducteur à base d’oxyde de zinc (ZnO)

La varistance est principalement constituée de Matériau semi-conducteur à base d’oxyde de zinc (ZnO) Composé principalement d’environ 90% de ZnO. Le ZnO possède une caractéristique non linéaire il devient conducteur au-delà d’une certaine tension. On y ajoute d'autres oxydes métalliques (Bi₂O₃, CoO, MnO, Sb₂O₃, etc.) pour modifier ses propriétés électriques, comme Le seuil de tension, La stabilité thermique et la durée de vie

4.2 Grains polycristallins

La poudre de ZnO est frittée pour former une structure avec des grains séparés par des jonctions. Les jonctions entre grains forment des barrières de potentiel, responsables du comportement non linéaire. En dessous d’un certain seuil de tension, la résistance est très élevée ; au-dessus, elle chute brutalement.

4.3 Électrodes métalliques

Elles sont fixées de part et d'autre de la pastille de ZnO. Souvent en argent ou en alliage de métaux conducteurs, elles permettent la connexion au circuit.

4.4 Encapsulation

Le tout est encapsulé dans un boîtier plastique ou céramique pour Protéger contre l’humidité et les chocs mécaniques Assurer l’isolation électrique.

4.5 Structure interne d'une varistance

La varistance est fabriquée à partir d’un semi-conducteur polycristallin, généralement de l’oxyde de zinc (ZnO) mélangé avec d’autres oxydes métalliques comme Oxyde de bismuth (Bi₂O₃), Oxyde de cobalt (CoO), Oxyde de manganèse (MnO₂), etc.

5. Différente forme de varistance

Les varistances existent sous différentes formes physiques, adaptées à leurs usages spécifiques. Voici les principales formes que vous pouvez rencontrer.

5.1 Disque (ou pastille)

• Forme: Disque plat avec deux pattes radiales.
• Usage: Très courant dans les alimentations, les équipements électroménagers, les tableaux électriques.
• Tension typique: 130 V à 680 V (voire plus).
• Exemple: MOV 275V.

Figure 5.1 Varistance en forme de disque.

5.2 Boîtier CMS (montage en surface)

• Forme: Petit boîtier rectangulaire, sans pattes, soudé directement sur le circuit imprimé.
• Usage: Électronique miniaturisée (smartphones, ordinateurs, télécoms).
• Avantage: Gain de place, intégration facile.

Figure 5.2 Varistance en boitier CMS.

5.3 Cylindrique axial

• Forme: Corps cylindrique avec deux fils axiaux (comme une résistance classique).
• Usage: Moins courant aujourd’hui, mais utilisé dans certains circuits analogiques ou anciens.

5.4 Modules haute énergie

• Forme: Boîtiers plus gros, parfois montés sur dissipateurs thermiques.
• Usage: Parafoudres industriels, équipements haute puissance.
• Caractéristique: Capacité d’absorption très élevée.

Figure 5.4 module haute énergie.

 5.5 Multicouches (MLV - Multi-Layer Varistor)

• Forme: Très petit boîtier céramique, souvent utilisé en SMD.
• Usage: Circuits très sensibles, protection de lignes de données, USB, HDMI, etc.
• Avantage: Réponse rapide, faible encombrement.

Figure 5.5 varistance multicouche.

6. Domaine d’application

Les varistances sont utilisées dans de nombreux domaines pour protéger les équipements électroniques et électriques contre les surtensions. Voici les principaux domaines d'utilisation

6.1 Domaine domestique

• Appareils électroménagers: téléviseurs, réfrigérateurs, micro-ondes, lave-linge.
• Prises parafoudre: pour protéger les équipements branchés contre les surtensions du réseau.
• Tableaux électriques résidentiels: protection globale de l’installation.

6.2 Domaine industriel

• Automates programmables (PLC), capteurs, variateurs de vitesse.
• Armoires électriques: protection contre les surtensions dues aux commutations de charges.
• Machines-outils: pour éviter les arrêts dus à des pics de tension.

 6.3 Électronique et informatique

• Ordinateurs, serveurs, routeurs: protection des alimentations et des ports de communication.
• Cartes électroniques: protection des microcontrôleurs, circuits logiques, interfaces USB, HDMI, etc.

6.4 Automobile

• Systèmes électroniques embarqués: ECU, ABS, airbags, capteurs.
• Protection contre les surtensions générées par l’alternateur ou les relais.

 6.5 Télécommunications

• Lignes téléphoniques et réseaux: protection contre les surtensions induites par la foudre.
• Équipements de transmission de données: modems, commutateurs, antennes.

 6.6 Le domaine médical

• Équipements médicaux sensibles: moniteurs, appareils d’imagerie, dispositifs de diagnostic.
• Protection contre les perturbations électriques externes.

6.7 Réseaux électriques

• Postes de transformation: protection des équipements haute tension.
• Parafoudres industriels: pour absorber les surtensions dues à la foudre ou aux manœuvres de réseau.

7.Tester une varistance avec un multimètre

Tester une varistance ou VDR -Voltage Dépendent Résistor consiste à vérifier si elle fonctionne correctement, c’est-à-dire si elle protège réellement le circuit contre les surtensions. Voici les étapes à suivre à l’aide d’un multimètre.

7.1 Matériel nécessaire

• Un multimètre numérique
• Une source de tension variable(facultatif, pour test avancé)
• La varistanceà tester

7.2 Mesure de sécurité

• Déconnecte toujours la varistance du circuit pour la tester.
• Si elle a été exposée à une surtension, il se peut qu’elle soit endommagée sans signe visible.
• Certaines varistances explosent ou noircissent après une surtension dans ce cas, il faut la remplacer sans test.

Test de base avec un multimètre

1. Déconnecter la varistance du circuit

Toujours tester la varistance hors du circuit pour éviter les lectures faussées.

2. Réglage du multimètre

Positionner le multimètre en mode ohmmètre(mesure de résistance).

3. Mesure de la résistance

Placez les sondes du multimètre sur les deux bornes de la varistance.

4. Interprétation de la mesure

Une varistance en bon état doit afficher une résistance très élevée souvent proche de l’infini ou OL. Si la résistance est faible ou nulle, la varistance est probablement endommagée (court-circuitée).   

Conclusion