Conductivité électrique des matériaux et indice IACS

Posté le 15/03/2024 Tutoriels & Guides, Guides 640

Bannière de l'article sur la conductivité électrique des matériaux et l'indice IACS

Dans cet article, nous allons traiter de la conductivité électrique des différents matériaux ainsi que de la norme IACS (International Annealed Copper Standard). En effet, que ce soit le cuivre, l'or, l'argent ou encore d'autres matériaux tels que le rhodium, le nickel ou les différents alliages de cuivre existants, aucun ne possède la même conductivité. Il est donc parfois difficile de juger de la qualité d'un connecteur ou d'un câble si la conductivité de leur matériau nous est inconnue.

Un peu d'histoire...

Il faut savoir avant tout que le terme électricité s'est formé à partir du Grec ἤλεκτρον / ḗlektron, qui à l'époque de la Grèce antique désignait l'ambre jaune, soit une sorte de résine possédant des propriétés électrostatiques. Mais c'est bien plus tard que l'électricité comme nous la définissons aujourd'hui a été découverte et théorisée. En effet, c'est en 1600 qu'un prénommé William Gilbert étudiant les boussoles associe l'attraction de l'aimant et de l'ambre et invente le terme. À partir de là, de nombreux chercheurs, savants et mathématiciens participent aux avancées sur le sujet : Isaac Newton, Benjamin Franklin, André-Marie Ampère, Georg Ohm, Stephen Grey, Michael Faraday, Graham Bell, Thomas Edison et Nikola Tesla pour n'en citer que quelques-uns.
C'est ensuite en 1880 que l'électricité commence à être produite en masse et remplace peu à peu le gaz pour l'éclairage dans les foyers. Cette période marque donc l'apparition des premières centrales (hydroélectriques à l'époque) et des premières grandes lignes de réseaux électriques, du moins en France et aux États-Unis. Il a alors fallu se poser la question du transport de l'énergie et de l'acheminement du courant. C'est cette question même qui provoqua la fameuse guerre entre courant continu et alternatif dont vous connaissez le gagnant aujourd'hui. Il faut également savoir que les premiers câbles étaient fabriqués en fer et très difficiles à produire. Mais suite à des tests, la conductivité du cuivre a vite été découverte. Les conducteurs en cuivre se sont donc imposés rapidement.
Ce n'est finalement qu'en 1913 que la Commission Électrotechnique Internationale établit l'IACS (International Annealed Copper Standard) comme point de référence pour la résistivité du cuivre, équivalant à 100% de conductivité. Cette norme est encore utilisée aujourd'hui pour déterminer la conductivité de différents matériaux.

Mais qu'est-ce qu'un conducteur électrique exactement ?

Un conducteur électrique est un matériau qui permet à un courant électrique de circuler à travers lui. Généralement, ce sont des métaux tels que l'argent, le cuivre et l'or pour ne citer que ces derniers. Certains conducteurs aujourd'hui sont des alliages, c'est-à-dire des mélanges de différents matériaux dont certains peuvent ne pas être des métaux tel que le graphite par exemple. Les conducteurs sont généralement dotés de plusieurs caractéristiques :

Haute conductivité électrique : capacité à conduire le courant électrique.
Faible résistivité : le courant circule sans grande force d'opposition.
Point de fusion élevé : supporte les températures élevées sans fondre.
Ductilité : peut être façonné et étiré en fils sans se briser.
Haute densité : possède une masse élevée par unité de volume.

À l'inverse, certains matériaux possèdent des propriétés opposées et ne conduisent pas ou très peu le courant électrique, ils sont donc considérés comme des matériaux isolants. Souvent, les isolants sont faits de plastique ou encore de caoutchouc, par exemple.

Comment le courant circule-t-il à travers les matériaux ?

Pour comprendre comment le courant circule dans les matériaux, il faut revenir à la base de la constitution de ces derniers. C'est-à-dire tout simplement un ensemble d'atomes eux-mêmes constitués d'un noyau et de plusieurs électrons. Il faut savoir que le noyau des atomes est d'une charge positive, tandis que les électrons sont chargés négativement et gravitent autour du noyau. Plus un électron est proche, plus le noyau exercera une force d'attraction sur lui, plus il en est éloigné, plus la force d'attraction du noyau diminue. C'est alors que rentrent en jeu les électrons libres. En effet, certains électrons sont en capacité de se déplacer d'un atome à un autre. Sans aucune action électrique, ces électrons se déplacent de manière désordonnée. Néanmoins, si par exemple vous branchez aux extrémités d'une pile un fil de métal, alors les électrons se déplaceront ensemble de la borne (-) vers la borne (+) de cette même pile. Attention, cependant, le sens du courant est inversé par rapport au mouvement des électrons. Le courant électrique se déplace, dans son cas, de la borne (+) à la borne (-) de la pile.

Représentation d'un atome et de ses électrons

Conductivité des matériaux selon la norme IACS

Le matériau conducteur le plus utilisé aujourd'hui est toujours le cuivre. Certains autres matériaux tels que l'or et l'argent sont également souvent utilisés en conducteur ou simplement en plaquage du fait de leurs avantages supplémentaires. Voici les principaux matériaux et leurs avantages :

Argent : c'est le matériau métallique le plus conducteur avec un IACS de 106% et même 107% pour l'argent OCC. Assez coûteux, il est plus généralement utilisé en plaquage sur les connecteurs ou les conducteurs de câble. Cependant, certains produits haut de gamme présentent des contacts ou des conducteurs entièrement en argent.
Cuivre : il est depuis longtemps le matériau privilégié pour conduire l'électricité. La norme IACS est même basée sur sa conductivité avec une note de 100%. Sont apparues les versions OFC (Oxygen Free Copper) et OCC (Ohno Continuous Casting) dans un souci de qualité supérieure avec des conductivités respectives de 101% et 103% IACS.
Or : l'or, bien qu'il ait une conductivité qui chute à 76% IACS est bien souvent très utilisé en plaquage, puisqu'il possède des propriétés de résistance à la corrosion et à l'oxydation.
Aluminium : l'aluminium, bien que moins conducteur que le cuivre, possède une conductivité s'élevant à 62% IACS ce qui en fait un très bon conducteur. Son prix stable sur le marché et ses caractéristiques comme sa légèreté et sa malléabilité le rendent très utilisé pour des applications comme les câbles de grande taille et les lignes aériennes, par exemple. En audio, l'aluminium fait souvent plutôt office de blindage. Vous trouverez cependant certains câbles dits CCA sur le marché, qui sont faits d'aluminium plaqué d'une couche de cuivre.
Rhodium, Nickel, Platine, Paladium, Beryllium, Tellurium : ils sont souvent utilisés en plaquage ou en alliage avec du cuivre sur des connecteurs, leur permettant une résistance à la corrosion et à l'oxydation tout en gardant un aspect argenté.
Laiton (cuivre + zinc), Bronze (cuivre + étain) : Le laiton et le bronze sont des alliages de cuivre. Ils sont essentiellement utilisés pour leur faible coût et leur bonne conductivité, bien que plus faible que le cuivre pur. Leur conductivité dépend du pourcentage des différents matériaux qui les composent. Le laiton est le plus utilisé des alliages de cuivre de par sa résistance à la corrosion.

Comparatif de conductivité des matériaux selon l'indice IACS*
Matériau	Résistance nOhm-m	Conductivité 109S/m	IACS
Argent OCC	-	-	107%
Argent	15.87	0.0630	106%
Cuivre OCC	-	-	103%
Cuivre OFC	-	-	100-101%
Cuivre	16.78	0.0596	100%
Or	22.14	0.0452	76%
Aluminium pur	22.14	0.0452	62%
Rhodium	43.3	0.0231	39%
Nickel	69.3	0.0144	24%
Platinium	105	0.0095	16%
Palladium	105.4	0.0095	16%

Les données receuillies proviennent de diverses sources web, et ne sont pas exhaustives.

Comparatif de conductivité des alliages de cuivre selon l'indice IACS*
Alliage	IACS
C10100 (Cuivre OFC grade electronique)	101%
C10200 (Cuivre OFC)	100 - 101%
C11000 (Cuivre OFC ETP)	100 - 101%
C14500 (Cuivre Tellurium)	93%
C17500 (Cuivre Beryllium)	45%
C31400 (Bronze commercial au plomb)	42%
C17530 (Cuivre Beryllium)	38%
C37700 (Laiton de forge)	27%
C27450 (Laiton jaune)	27%
C36000 (Laiton de décolletage)	26%
C17300 (Cuivre Beryllium)	22%
C54400 (Bronze au phospore B2)	19%
C53400 (Bronze au phospore B1)	15%

Les données receuillies proviennent de diverses sources web, et ne sont pas exhaustives.

Pour aller plus loin : Cuivre OCC VS Cuivre OFC

Nous avons mentionné plus haut l'existence de ces deux types de conducteurs et bien que l'un semble mieux classé en termes de conductivité selon la norme IACS, le débat sur le cuivre OFC et le cuivre OCC reste vigoureux au sein du milieu audiophile. Mais quelle est donc vraiment la différence entre cuivre OFC et cuivre OCC ?

Ces deux types de conducteurs sont apparus au Japon. Le premier à être créé fut le cuivre OFC en 1975, soit un cuivre très pur dit sans oxygène. Ce cuivre est souvent caractérisé par la mention industrielle 4N signifiant pur à 99.99%, 5N équivalant à 99.999% de pureté, etc. Le cuivre OFC est composé d'une multitude de petits cristaux. Vous rencontrerez aussi souvent le cuivre OFHC qui signifie cuivre sans oxygène à haute conductivité thermique. Au sein du Cuivre OFC on retrouve principalement 3 types de compositions : C10100, C10200, C11000.

Le cuivre OCC (Ohno Continuous Casting) quant à lui n'est apparu que 10 ans plus tard, en 1985. Il a été développé comme son nom l'indique par le professeur Ohno de l'université de Chiba. Le professeur Ohno est parti d'un constat simple : pour améliorer la qualité d'un conducteur et éliminer certaines impuretés, il faut réduire le nombre de cristaux qui le composent. Cela équivaut en fait à réduire le nombre de barrières à sauter pour les électrons.

Certains diront que le cuivre OCC est d'une bien meilleure qualité et qu'il permet d'améliorer grandement la qualité du son en matière de clarté, de dynamisme et de transparence, tandis que les autres préféreront le cuivre OFC pour un son plus chaud et un prix plus raisonnable. Nous vous invitons à vous faire votre propre avis sur la question en testant différents câbles de modulation ou d'enceinte.