Alimentation 4 Pin : Définition et Explications

L'alimentation, ou simplement le bloc d'alimentation d'un PC, est le matériel informatique qui l'alimente. L’alimentation fournit du courant électrique à l’ensemble des composants de l’ordinateur.

Types d'Alimentation

En général, le bloc alimentation est un convertisseur de type alimentation à découpage, alliant légèreté, rendement important et compacité. Les deux types d'alimentation comportent des sorties pour alimenter les périphériques.

Connecteurs et Formats

  • Connecteur ATX, mini Molex et Molex : Utilisés pour alimenter divers périphériques.
  • Alimentation AT : C’est un format d’alimentation à découpage utilisé dans les ordinateurs PC de type Pentium et antérieur. Ce type d’alimentation fournit des tensions de sorties continues de +5 V, +12 V et -12 V.
  • Alimentation ATX : C’est le format d’alimentation à découpage utilisé dans les ordinateurs PC de type Pentium II et postérieur. L'alimentation fournit les tensions de sorties suivantes : +5 V, -5 V, +12 V, -12 V et +3.3 V.
  • BTX : Développé par Intel et Sony pour remplacer l’ATX, standard depuis de nombreuses années; le principal objectif du BTX est une ventilation optimale du processeur. Quelques défauts importants ont néanmoins freiné son expansion, et en 2007 il sera abandonné bien que décliné dans d’autres format : le microBTX (26,4 × 26,6 cm) et le picoBTX (20,3 × 26,6 cm).
  • Baby AT : Boîtier similaire au format AT, mais moins encombrant.
  • NLX : Format de boîtier et de carte mère ; il présente la particularité de séparer la carte mère en deux éléments distincts, l’un d’eux recevant le processeur, la mémoire et les autres composants essentiels de la carte, l’autre accueillant les cartes d’extensions.

Ventilateurs et Connecteurs 3/4 Broches

Les ventilateurs utilisés dans un ordinateur sont équipés d'une nappe de 3 ou 4 câbles qui se termine par un connecteur femelle à 3 ou 4 broches. Les ventilateurs de processeurs tendent à être systématiquement équipés de 4 broches. Deux broches transportent le courant qui va alimenter le moteur. La troisième broche transporte l'information de vitesse de rotation du moteur. La quatrième broche transporte un signal marche/arrêt contrôlant la transmission ou non au moteur du courant apporté par les deux premières broches.

Compatibilité et Détrompeurs

Cette compatibilité est facilitée par les détrompeurs dont sont équipés les ports des cartes mères et les connecteurs des ventilateurs. La carte mère récupère la vitesse de rotation (fournie par la troisième broche) afin d'adapter cette vitesse en fonction des besoins de refroidissement.

Ventilateurs à 3 Broches

Sur un ventilateur à 3 broches, la carte mère réduit la vitesse de rotation en faisant baisser la tension d'alimentation qu'elle lui fournit. Lorsqu'elle l'alimente en 12V, le ventilateur tourne à pleine vitesse. Si elle baisse cette tension à 11V, le ventilateur tournera moins vite. Supposons que la vitesse max, à 12V, soit de 2000 tours par minute (rpm).

Ventilateurs à 4 Broches (PWM)

Sur un ventilateur à 4 broches, la carte mère alimente le ventilateur à une tension constante de 12V. La quatrième broche lui permet d'ordonner au ventilateur de couper l'alimentation de son moteur pendant une fraction de temps. Il s'agit de microcoupures de quelques µs, intervenant plusieurs milliers fois par seconde. Plus les microcoupures sont longues, plus le ventilateur ralentit. Supposons que la vitesse max, sans coupure, soit de 2000 rpm.

Avantages de la PWM

La PWM permet d'atteindre une finesse de réglage très élevée tout en garantissant une stabilité de régime moyen. Les ventilateurs PWM sont supposés avoir une durée de vie supérieure. Sur le papier, ça paraît sensé en ce qui concerne le moteur. Le fonctionnement en tout ou rien permet un meilleur rendement, moins de pertes et d'échauffement, donc moins d'usure.

Mesure de la Vitesse de Rotation

J'ai supposé que la troisième broche fournissait la vitesse de rotation du moteur. Un moteur rotatif ne sait rien faire d'autre que “tourner”. Il fait de son mieux mais ne peut pas dire à quelle vitesse il tourne. Pour avoir une chance de la connaître, il faut lui adjoindre un dispositif minimum de mesure. Cette information doit ensuite être normalisée pour être envoyée sur la troisième broche, sous la forme de 2 impulsions à chaque tour. La carte mère récupère l'information (les impulsions) et utilise une horloge interne pour en déduire une vitesse de rotation.

Ventilateurs à 3 Broches : Variation de Tension

Sur un ventilateur à trois broches la carte mère utilise la variation de tension pour commander la vitesse de rotation. Hors les tensions qui lui sont fournies pas le bloc d'alimentation (PSU) de l'ordi sont aussi stables que possibles. La finesse d'ajustement et la stabilité de ce composant conditionnent la finesse de réglage de la vitesse de rotation. Une finesse d'autant plus appréciée qu'on ne dispose pas d'une plage de variation de 0V à 12V. En dessous d'une tension propre à chaque ventilateur, le moteur s'arrête tout en pouvant générer du bruit d'origine électronique.

Ventilateurs à 4 Broches : Modulation de Largeur d'Impulsion (PWM)

En fonctionnement, la carte mère fournit au ventilateur une tension constante de 12V. Pour simplifier les calculs, supposons que la fréquence est de 20KHz. Est ainsi créée une fenêtre de 50 µs pendant laquelle la carte mère choisira pendant combien de temps le moteur du ventilateur doit être alimenté et réciproquement, pendant combien de temps il ne le sera pas : par exemple, 30 µs de marche suivies de 20 µs d'arrêt. La carte mère peut changer cette répartition toutes les 50 µs. Sans surprise, plus la répartition est favorable au temps de marche, plus le ventilateur tourne vite. Avec 50 µs de marche (donc 0 µs d'arrêt), le ventilateur tournera à sa vitesse maximale. À cette fréquence, les arrêts et redémarrages du moteur sont imperceptibles. De plus, l'inertie mécanique du ventilateur va amortir l'effet des variations d'alimentation de son moteur.

Importance du Contrôle de la Vitesse des Ventilateurs

En soi, contrôler les vitesses de rotation d'un ensemble de ventilateurs ne sert à rien. Le premier objectif permet de rappeler que faire tourner tous les ventilateurs installés à leur vitesse maximale n'est pas nécessairement la meilleure réponse. Cette stratégie peut nuire à la qualité du flux d'air généré. Ainsi, lors du choix d'une technologie de ventilateurs, il convient d'interroger l'importance qu'on y attache au regard de l'attention que l'on accorde aux autres aspects. Quant au niveau de bruit, une technologie de modulation ne fera jamais que restituer plus ou moins bien les qualités ou les défauts “de base” d'un ventilateur.

Choisir une Alimentation Adaptée

La première chose à vérifier avant d’acheter une alim’, c’est la puissance nécessaire au fonctionnement de votre ordinateur lorsque celui-ci sera à sa charge maximale. Pour ne pas faire d’erreur, regardez bien les fiches techniques et utilisez un configurateur PC pour valider votre configuration finale.

Connecteurs Essentiels

  • Cartes graphique Nvidia founders edition et (certaines) RTX4000: connecteur 12VHPWR (aussi dit connecteur 12pin PCIE 5.0). Ce standard étant récent, un adaptateur est fourni avec les cartes graphiques concernées, permettant d’utiliser des connecteurs PCIE 6+2 pins classiques, mais avoir ce connecteur de base est plus esthétique et plus pratique.
  • Disque dur format 3.5″ et 2.5″: un connecteur SATA par disque.
  • CPU: en fonction de la carte mère, connecteur 2×4 pins le plus souvent, ou 2×4 pins + 1x4pin ( soit un 2x4pins entier + 1 séparé en deux), ou 2x 2×4 pins.
  • Certains ventilateurs bas de gamme: connecteur PATA, soit un par ventilateur, soit un seul et les ventilateurs branchés en série.

Facteurs à Considérer

  • Taille (Form-Factor) : La plupart des boitiers de PC fixe sont compatibles avec les alimentations au format ATX.
  • Certification 80 Plus : Indique le rendement énergétique de l'alimentation.
  • Ventilation Semi-Passive : Le ventilateur tourne seulement lorsque l’alimentation atteint un certain niveau de charge ou de chaleur.
  • LED RGB : Si le contrôle et le fonctionnement de ces éléments vous importe, assurez vous que votre carte mère dispose des connecteurs nécessaires pour brancher des câbles de contrôle rgb (ce sont le plus souvent des câbles rgb 3 ou 4 pins).
  • Câbles Inclus : En fonction de vos goûts, vous pouvez départager une alimentation avec une autre sur cette seule base.
  • Garantie : Une bonne alimentation dispose toujours d’un minimum de 5 ans de garantie.
  • PSU Modulaire : Si vous achetez un très grand boitier, il est fort probable que les câbles donnés ne soient pas suffisamment longs. Auquel cas une PSU modulaire sera obligatoire pour pouvoir remplacer les câbles par de plus longs.

Puissance et Stabilité

Un PC puissant, pour le jeu ou tout autre usage, ne doit pas disposer d’une alimentation sous-dimensionnée. Le système d’exploitation pourrait y être instable, les redémarrages intempestifs et le PC pourrait refuser de démarrer. Un courant électrique erratique délivré par une alimentation en surchauffe et ce sont vos composants qui se retrouveraient en danger. Ne tombez pas non plus dans l’excès inverse, une course à la puissance aussi dispendieuse qu’inutile : une alimentation surdimensionnée n’offrira en effet aucun gain de performance et alourdira considérablement votre facture, même si elle consommera et chauffera moins (et donc durera plus longtemps.

Il y a une règle d’or à garder en tête : une alimentation PC consomme ce dont elle a besoin (à nuancer toutefois avec la notion de certification, voir plus bas). Il vous faut donc estimer la consommation électrique de tous vos composants en incluant une marge supplémentaire.

Certifications 80 Plus

Une partie de la puissance électrique entrant dans l’alimentation est perdue : en schématisant, elle est transformée en chaleur en cheminant dans les composants. Le rapport entre énergie consommée et énergie produite permet d’en déduire un rendement énergétique en pourcentage. Et c’est ce rendement qui a été mis à profit en 2004 par Ecos consulting pour créer les certifications « 80 Plus » qui indiquent à minima un rendement de 80%. Au fur et à mesure des progrès technologiques, ce label a évolué pour distinguer différents niveaux de rendements, chacun portant le nom d’un métal. Attention toutefois, ce label est un indicateur de rendement, pas de qualité et il est payant pour les constructeurs.

Connecteurs d'Alimentation Spécifiques

Toutes les alimentations disposent d’un connecteur ATX 24 broches, parfois détachable, pour se relier à votre carte mère. Et c’est notamment le modèle de votre carte graphique qui va être déterminant : certaines réclament un ou plusieurs connecteurs PCI-Express à 6 broches, d’autres en 8 broches. Les processeurs nécessitent, eux, souvent un connecteur 4 ou 8 broches (qui peut être un 2x4 broches).

Alimentations Multi-Rails vs Mono-Rail

Dans le cadre d’une alimentation multirails, vous disposez de plusieurs lignes 12V limitées en intensité. La puissance requise est alors répartie entre lesdits rails. Ainsi, en cas de surintensité, une alimentation multirails va se couper pour éviter les dégâts. En contrepartie, la charge - même peu importante - doit être équitablement répartie entre les différents rails pour éviter une surcharge. Avec une alimentation monorail, cette contrainte disparaît, toute la puissance est disponible sur un seul et unique rail de 12 V.

La Carte Mère et Ses Connecteurs

La carte mère est le circuit imprimé principal de l'ordinateur. Elle présente une variété de ports et de connecteurs qui permettent l'installation et la connexion de divers composants matériels. Il s'agit notamment du processeur, de la mémoire, des unités de stockage, de la carte graphique et d'autres cartes d'extension. Elle doit également être alimentée en courant. Chacun de ces composants doit être connecté à la carte mère pour que l'ordinateur fonctionne correctement. Il est donc essentiel de comprendre comment relier chacun de ces composants à la carte mère pour construire et mettre à niveau votre système informatique.

Étapes de Connexion

  1. Placez la carte mère dans le boîtier : cette étape consiste à placer soigneusement la carte mère sur les socles du boîtier, en veillant à ce que les trous de vis de la carte mère soient alignés avec les socles.
  2. Vissez la carte mère sur les berceaux : cette étape consiste à fixer la carte mère en place en la vissant sur les béquilles.
  3. Connectez le câble d'alimentation 24 broches : le câble d'alimentation à 24 broches est utilisé pour alimenter la carte mère et les autres composants de l'ordinateur.
  4. Connectez le câble d'alimentation du CPU : le câble d'alimentation du processeur est utilisé pour alimenter le processeur.
  5. Raccordez le câble de connexion du panneau avant (JFP1) : cette étape consiste à connecter les câbles de l'interrupteur d'alimentation, de l'interrupteur de réinitialisation reset, de la DEL du disque dur et de la DEL d'alimentation de l'avant du boîtier aux broches correspondantes de la carte mère.
  6. Installez le processeur : cette étape consiste à installer soigneusement le processeur dans l'emplacement désigné sur la carte mère.
  7. Installez la carte graphique : la carte graphique est responsable de l'affichage des images sur le moniteur de l'ordinateur.
  8. Installez le lecteur SSD/NVME : le lecteur à état solide (SSD ou NVME) est une option de stockage plus rapide et plus fiable par rapport aux disques durs traditionnels.
  9. Insérez les modules de RAM : les modules de RAM fournissent de la mémoire à l'ordinateur, lui permettant d'exécuter plusieurs programmes à la fois et pour stocker temporairement des données.
  10. Connectez les ventilateurs, les câbles SATA et les câbles ARGB et autres branchements à leurs ports respectifs sur la carte mère : cette étape consiste à connecter les ventilateurs, les câbles SATA (pour les disques durs ou autres périphériques de stockage) et les câbles ARGB (pour l'éclairage RVB) à leurs ports respectifs sur la carte mère, en s'assurant qu'ils sont correctement fixés.

Chaque connecteur d'une carte mère est destiné à une utilisation bien spécifique avec des câbles ou une nappe. Toute mauvaise connexion peut entraîner des dysfonctionnements, voire l'endommagement des composants ou de la carte mère.

Types de Connexions

  • Connexion ATX : Utilisée pour alimenter la carte mère et les autres composants de l'ordinateur.
  • Connexion ATX12V : Utilisée pour alimenter le processeur.
  • Connexion de type pin header : Permet de connecter les boutons d'alimentation, de réinitialisation et les LED du boîtier à la carte mère.
  • Connexion de type socket : Permet d'installer le processeur sur la carte mère.
  • Connexion de type PCIe : Permet d'installer une carte graphique sur la carte mère.
  • Connexion de type SATA ou M.2 : Permet d'installer un disque dur à état solide (SSD) sur la carte mère.
  • Connexion de type DIMM : Permet d'installer des modules de mémoire RAM sur la carte mère.
  • Connexion de type pin header ou molex : Permet de connecter les ventilateurs du boîtier à la carte mère.
  • Connexion de type SATA : Utilisée pour connecter les disques durs, les lecteurs optiques et autres périphériques de stockage à la carte mère.
  • Connexion de type 3-pin ou 4-pin : Permet de connecter des dispositifs d'éclairage à la carte mère.

Précautions à Prendre

Lors du branchement de la carte mère, il est important de prendre certaines précautions pour éviter d'endommager les composants ou le système dans son ensemble.

Erreurs Courantes à Éviter

  • Oublier d'installer les entretoises : Les entretoises permettent de surélever la carte mère par rapport au boîtier de l'ordinateur et d'éviter les courts-circuits.
  • Forcer le processeur dans le socket : Le processeur doit être inséré délicatement et correctement aligné dans le socket de la carte mère. Forcer le processeur peut endommager les broches et causer des problèmes de démarrage.
  • Ne pas vérifier la compatibilité des composants : Il est important de vérifier la compatibilité des composants tels que le processeur, les barrettes de RAM et la carte graphique avant de les installer sur la carte mère.
  • Ne pas prendre en compte la polarité de la connexion des câbles : Les connecteurs de la carte mère ont souvent une polarité, c'est-à-dire qu'ils doivent être connectés dans un sens spécifique. Ignorer cette polarité peut empêcher le démarrage.
  • Utiliser trop de force pour insérer les cartes d'extension : Les cartes d'extension telles que les cartes graphiques doivent être insérées délicatement dans les slots d'extension de la carte mère.

Évolution des Alimentations

ATX12VO

Le standard triple rail 3,3V / 5V / 12V en place depuis des années pour l’alimentation de nos PC pourrait prochainement connaître son changement le plus important depuis 1995, Intel préparant le lancement de la plateforme ATX12VO un peu plus tard encore cette année !

Sur le papier, les rails mineurs 3,3V et 5V disparaitraient complètement des futures alimentations qui ne fourniront ainsi plus que du 12V à la cartes mère, cartes graphique, processeur et l’ensemble du matériel de PC. Avec ce changement de conception, le connecteur ATX 24 pins existants des cartes mères sera remplacé par une nouvelle prise 10 pins et le branchement auxiliaire EPS 8 pins (celui généralement à proximité du CPU) deviendra optionnel.

Connecteur ATX-P4

C’est un connecteur moins encombrant, tout en offrant également quatre broches. Ce connecteur, appelé « ATX-P4 » (ou aussi ATX 12V), fut introduit par Intel pour les pentium 4 (d’où son nom). Il se branche sur la carte mère et il est exclusivement réservé à l’alimentation du processeur. Sans lui, le démarrage du PC est impossible.

Connecteurs Supplémentaires

La puissance des cartes graphiques ne cessant d’augmenter également, nombres d’entre elles réclament aujourd’hui une alimentation en provenance direct du bloque principal (parfois même deux !). C’est le rôle de ce connecteur. A l’origine, en 6 broches, on le trouve de plus en plus en 8 broches.

  • un connecteur à 15 broches pour les composants utilisant des prises d’alimentation SATA.
  • Connecteur d’alimentation de la norme SATA, pour alimenter les disques dur et lecteurs optiques (CD-ROM, BD-ROM) SATA.
  • Vidéo PCIe; se connecte à une carte vidéo PCIe.

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