Le cas particulier du fil de Litz

Le fil dit de Litz est adapté au transport de courant à haute fréquence. Son nom provient d’une erreur de traduction de l’Allemand, M. Litz n’ayant jamais existé. En effet, Litzendraht signifie simplement multibrin.

Contrairement à ce qui est souvent avancé, l’effet de peau ne concerne pas que les hautes fréquences. Il commence même a être sensible en basses fréquences et est bien connu des spécialistes de conversion de l’énergie tant les pertes d’énergie peuvent être considérables.

Ce problème a été identifié dès 1873 lorsque les premiers électriciens se sont rendus compte que les courants alternatifs avaient la fâcheuse tendance de circuler à la périphérie des conducteurs massifs. Cette propriété ne serait pas en soi gênante si elle ne s’accompagnait pas de pertes supplémentaires. Ainsi, la résistance effective en courant alternatif est supérieure à la résistance réelle du même conducteur utilisé en courant continu. Ils ont mesuré une augmentation de résistance de l’ordre de 10 à 20% pour des conducteurs tarés à 2000A et ont constaté que cette augmentation de résistance croît beaucoup plus vite que l’augmentation de la section pour le transport d’intensités plus élevées.

Pour limiter les pertes dans les équipements modernes comme les alternateurs ou les transformateurs — surtout en aviation où ils travaillent à 400Hz —, il est classique d’utiliser des fils de Litz.

Et c’est ici que les audiophiles ou prétendus tels s’emparent d’un sujet applicable dans un domaine bien particulier et le détournent sans en comprendre une fois de plus la théorie.

Revenons à l’effet de peau. Le courant alternatif ne circule pas uniformément sur toute la section d’un conducteur. Il a tendance à davantage circuler sur l’extérieur et sur une couche de plus en plus mince à mesure que la fréquence augmente. Ainsi, contrairement à un courant continu, un courant alternatif n’utilise pas toute la section d’un conducteur. La résistance vis à vis du courant alternatif du conducteur augmente et donc les pertes par effet Joule.

La formule de calcul de la couche est la suivante :

δ = √(2ρ/(ω. µ )) = √(2/(σ.ω))

  • δ : épaisseur de peau en mètre [m]
  • ω : pulsation en radian par seconde [rad/s] (ω=2.π.f)
  • f : fréquence du courant en Hertz [Hz]
  • µ : perméabilité magnétique en Henry par mètre [H/m]
  • ρ : résistivité en Ohm par mètre [Ω.m] (ρ=1/σ)
  • σ : conductivité électrique en Siemens par mètre [S/m]

Quelques valeurs pour le cuivre en fonction de la fréquence :

  • 50 Hz : 9,38 mm
  • 60 Hz : 8,57 mm
  • 10 kHz : 0,66 mm
  • 20 kHz : 0,47 mm
  • 100 kHz : 0,21 mm
  • 1 MHz : 66 µm
  • 10 MHz : 21 µm

Dès 50Hz, l’effet de peau commence à se faire sentir, mais pour des conducteur cylindrique donc le diamètre est de plus de 18mm. Pour fixer les idées, il s’agit d’un câble de section de 276mm2 faisant quelques 2,7kg par mètre linéaire. En électrotechnique, pour un câble de 20mm de diamètre, on retient une densité de 2A/mm2, ce qui revient à dire qu’on peut y faire passer 550A ! Et c’est pour cela que l’on trouve dans les installations véhiculant des courants important des conducteurs méplats ou des tubes.

En haute fidélité, la fréquence supérieure du signal est de 20kHz. L’épaisseur de la peau est donc de 0,47mm. Ainsi, le diamètre maximal d’un brin est de 0,94mm, soit une section de 2,7mm2. Ce câble monobrin peut accepter dans les mêmes conditions 5,4A, soit 230W sous 8ohm.

Or nous parlons d’un câble monobrin. En utilisant un câble multibrin, même si ces brins ne sont pas isolés les uns des autres donc avec des conducteurs qui se touchent sur une ligne seulement, ce qui rend la résistance de contact importante vis à vis de la résistance de brin, il est possible de réduire drastiquement cet effet de peau.

Vous comprendrez donc qu’un fil de Litz, qu’il soit à brins isolés ou gonflé à l’hélium pour sans doute ne pas écraser les notes, ne sert à rien dans une installation audio.