Dans l’automatisation industrielle, les signaux analogiques permettent de mesurer des grandeurs physiques comme la température, la pression ou le niveau d’un réservoir.
Contrairement aux signaux tout ou rien (TOR), ils représentent des valeurs continues qui évoluent dans le temps.

Dans cet article, nous allons poser des bases claires et solides pour comprendre les deux standards les plus utilisés en industrie : le 0–10 V et le 4–20 mA.
Aucun automate en particulier n’est abordé ici : l’objectif est de comprendre le principe, indépendamment du matériel.

Ces principes sont indispensables pour comprendre comment les entrées analogiques fonctionnent dans des automates comme LOGO!8, que nous utiliserons dans les prochains articles.

Qu’est-ce qu’un signal analogique ?

Signal analogique vs signal tout ou rien (TOR)

Un signal tout ou rien (TOR) ne peut prendre que deux états :

• 0 ou 1
• OFF ou ON
• ouvert ou fermé

Il est parfaitement adapté pour représenter un bouton, un contact de sécurité ou un voyant.

Un signal analogique, à l’inverse, peut prendre une infinité de valeurs dans une plage donnée.
Il permet de représenter une grandeur physique qui varie progressivement, comme :

• une température
• une pression
• un niveau de liquide
• une position ou une vitesse

L’analogique permet donc de mesurer, pas seulement de détecter.

Pourquoi utiliser des signaux analogiques dans l’industrie ?

Les signaux analogiques sont utilisés dès que l’on a besoin de :

• connaître une valeur précise
• suivre une évolution continue
• réguler un procédé (chauffage, débit, vitesse…)

Sans signaux analogiques, il serait impossible de :

• maintenir une température stable
• ajuster automatiquement un débit
• surveiller une pression avec précision

Ils sont au cœur de la mesure industrielle et du contrôle de procédé.

Les deux standards principaux : 0–10 V et 4–20 mA

En industrie, deux formats dominent très largement :

• le signal analogique en tension (0–10 V)
• le signal analogique en courant (4–20 mA)

Chacun répond à des contraintes différentes.

Le signal analogique 0–10 V : principe et fonctionnement

Le signal 0–10 V représente une grandeur physique par une tension proportionnelle.

Exemple :

• 0 V → 0 % de la grandeur
• 10 V → 100 % de la grandeur
• 5 V → 50 %

Si un capteur mesure un niveau de 0 à 100 %, il délivrera une tension comprise entre 0 et 10 volts.

Avantages du 0–10 V :

• simple à comprendre
• facile à mesurer
• très répandu en automatisme léger et didactique

Limites du 0–10 V :

• sensible aux perturbations électriques
• sensible aux chutes de tension
• moins fiable sur de longues distances

Le signal analogique 4–20 mA : principe et fonctionnement

Le 4–20 mA fonctionne différemment : la grandeur est représentée par un courant, et non une tension.

Exemple :

• 4 mA → 0 % de la grandeur
• 20 mA → 100 %
• 12 mA → 50 %

Le courant circule dans une boucle, souvent appelée boucle de courant.

Avantages du 4–20 mA :

• très robuste face au bruit électrique
• fiable sur de longues distances
• insensible aux chutes de tension du câble
• standard industriel historique

C’est pour ces raisons que le 4–20 mA est très largement utilisé en industrie lourde.

Pourquoi le 4–20 mA commence à 4 mA et non à 0 mA

C’est une question essentielle.

Si le signal démarrait à 0 mA, il serait impossible de distinguer :

• une mesure réelle à 0 %
• une coupure de câble
• une panne de capteur

Avec un minimum à 4 mA :

• 0 mA signifie clairement un défaut
• le système peut détecter une anomalie immédiatement

Ce choix améliore fortement la sécurité et la fiabilité du système.

Comparaison 0–10 V vs 4–20 mA

Avantages et inconvénients du 0–10 V

Avantages :

• simplicité
• faible coût
• très utilisé en formation et en automatisme léger

Inconvénients :

• sensible au bruit électrique
• limité en distance
• moins adapté aux environnements industriels perturbés

Avantages et inconvénients du 4–20 mA

Avantages :

• très grande robustesse
• excellente fiabilité
• détection des défauts facilitée
• standard industriel reconnu

Inconvénients :

• mise en œuvre légèrement plus complexe
• nécessite parfois des modules spécifiques

Ce tableau résume les différences principales entre les deux standards analogiques les plus utilisés en automatisation industrielle

Quand choisir le 0–10 V et quand choisir le 4–20 mA

En pratique :

• 0–10 V → bancs didactiques, petites installations, environnements propres
• 4–20 mA → industrie, longues distances, environnements perturbés

Le choix dépend toujours :

• de l’environnement
• de la distance
• du niveau de fiabilité attendu

Capteurs industriels courants utilisant des signaux analogiques

De nombreux capteurs industriels délivrent des signaux analogiques :

• capteurs de température
• capteurs de pression
• capteurs de niveau
• capteurs de débit

Ils utilisent presque toujours le 0–10 V ou le 4–20 mA.

Erreurs fréquentes de compréhension

Confondre tension et courant

Tension et courant sont deux choses différentes :

• la tension se mesure en volts
• le courant se mesure en milliampères

Un signal 4–20 mA n’est pas une tension déguisée.

Penser que plus de volts ou de milliampères signifie plus de précision

La précision dépend :

• du capteur
• de la résolution de l’entrée analogique
• du traitement numérique

Pas de la valeur maximale du signal.

Négliger le bruit électrique et l’environnement

Un signal analogique mal câblé ou mal protégé peut devenir instable, même si le capteur fonctionne parfaitement.

C’est une réalité terrain souvent sous-estimée.

Ce qu’il faut retenir

• Un signal analogique représente une grandeur continue
• Les standards dominants sont 0–10 V et 4–20 mA
• Le 4–20 mA est plus robuste que le 0–10 V
• Le choix dépend toujours de l’application

Comprendre ces principes est essentiel avant d’utiliser les entrées analogiques d’un automate comme le Siemens LOGO!8, que nous aborderons dans la suite de cette série.

Ce que nous verrons dans le prochain article

Dans le prochain article, nous verrons comment lire concrètement un signal analogique avec Siemens LOGO!8 :

• câblage
• valeurs internes
• mise à l’échelle
• premiers exemples pratiques