Le signal 4–20 mA (milli ampère) : le standard incontournable de l’instrumentation industrielle

Qu’est-ce que le 4–20 mA ?

Le 4–20 mA est un standard de transmission analogique utilisé dans l’industrie depuis les années 1950. Son principe est simple : au lieu de transmettre une information sous forme de tension, sensible aux pertes et aux perturbations, on utilise un courant continu.

Le signal varie entre 4 mA (0 % de la mesure) et 20 mA (100 % de la mesure).

Exemple :
Un capteur de pression 0–10 bar transmettra :

• 4 mA → 0 bar
• 12 mA → 5 bar
• 20 mA → 10 bar

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Pourquoi 4 mA et pas 0 mA?

Ce choix apporte deux avantages majeurs :

1. Alimentation du transmetteur (boucle 2 fils)
Le courant minimal de 4 mA permet d’alimenter le transmetteur directement via la boucle.
Résultat : seulement deux fils pour l’énergie et le signal.

2. Détection des défauts
Un signal à 0 mA indique une anomalie claire :

• câble coupé
• perte d’alimentation
• défaut matériel

En pratique, les systèmes déclenchent une alarme sous environ 3,6 mA.

Cette détection de défault est parfois appelé « line monitoring ».

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Actif vs passif : comprendre qui fait quoi dans la boucle

C’est un point critique, et pourtant souvent mal compris.

Dans une boucle 4–20 mA, il faut distinguer qui alimente.

Transmetteur passif

Un transmetteur passif attendra l’énergie de la boucle d’une source externe (généralement le 24 Vdc).

Exemples :

• entrée analogique active d’automate
• alimentation intégrée

Dans ce cas :

• le transmetteur est passif
• il module le courant en fonction de la mesure

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Transmetteur actif

Un transmetteur actif sera la source d’énergie de la boucle de mesure.

Exemples :

• entrée analogique passive
• transmetteur actif dotée de sa source de 24Vdc

Les deux configurations typiques

1. Transmetteur passif + entrée active
→ L’automate alimente la boucle
→ Le capteur régule le courant

2. Transmetteur actif + entrée passive
→ Le capteur alimente la boucle
→ L’automate mesure

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Les erreurs à éviter

• Actif + actif → conflit électrique, dysfonctionnement voire dommage matériel
• Passif + passif → aucune alimentation, donc aucun signal

Règle simple :
👉 une seule source d’alimentation par boucle

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Pourquoi ce standard domine toujours ?

Immunité aux perturbations
Un signal en courant est beaucoup moins sensible au bruit électromagnétique qu’un signal en tension.

Transmission longue distance
Le courant reste stable malgré la résistance des câbles (dans la limite de la charge admissible).

Simplicité de mise en œuvre
Deux fils, une architecture robuste, peu de contraintes.

Interopérabilité
Standard universel adopté par tous les grands fabricants.

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HART : quand le 4–20 mA devient communicant

Le protocole HART (Highway Addressable Remote Transducer) superpose un signal numérique au courant analogique.

Résultat :

• le 4–20 mA continue de transmettre la mesure
• le numérique ajoute des données (diagnostic, configuration, identification)

Le tout sans interrompre le procédé.

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En résumé

Le 4–20 mA reste un standard incontournable grâce à :

• sa robustesse
• sa simplicité
• sa fiabilité

On le retrouve partout où la mesure doit être fiable :

• industrie pétrolière
• chimie
• traitement de l’eau
• énergie