Sur un sapin, une vieille guirlande s’éteint entièrement dès qu’une seule ampoule grille, alors que chez toi, éteindre la lampe du bureau ne coupe pas la lumière du salon. Deux façons différentes de brancher des appareils : le montage en série et le montage en dérivation. Ce chapitre t’apprend à les reconnaître, à les dessiner et à prévoir leur comportement.
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Circuits en série et en dérivation : un circuit électrique simple
Un circuit électrique est formé d’un générateur (une pile, par exemple) et de dipôles (lampe, moteur, interrupteur…), tous reliés par des fils conducteurs. Pour qu’un courant circule, il faut que le circuit soit une boucle fermée contenant le générateur. Si l’interrupteur est ouvert, ou si un fil se débranche, la boucle est coupée : le courant s’arrête et la lampe s’éteint.
Un dipôle est un composant qui possède deux bornes. Le générateur fournit l’énergie, les récepteurs (lampe, moteur) la convertissent. Le courant circule à l’extérieur du générateur de sa borne + vers sa borne − : c’est le sens conventionnel du courant.
Les schémas normalisés
Pour dessiner un circuit, on utilise des symboles que tout le monde comprend, tracés à la règle, avec des fils en lignes droites et des angles bien nets.
| Dipôle | Symbole |
|---|---|
| Pile (générateur) | deux traits parallèles : un long (borne +) et un court plus épais (borne −) |
| Lampe | un cercle barré d’une croix |
| Interrupteur | un trait qui peut s’écarter du fil (ouvert) ou le toucher (fermé) |
| Moteur | un cercle contenant la lettre M |
| Résistance | un petit rectangle |
Le circuit en série
Des dipôles sont en série lorsqu’ils sont placés les uns à la suite des autres, sur une seule boucle : le courant n’a qu’un seul chemin possible.
Dans un circuit en série : (1) si un seul dipôle est coupé (lampe grillée, fil débranché), tout le circuit s’arrête ; (2) l’interrupteur commande l’ensemble du circuit, quelle que soit sa position dans la boucle ; (3) plus on ajoute de lampes identiques, moins elles brillent.
Le circuit en dérivation
Dans un circuit en dérivation, le courant se partage en plusieurs chemins qui se rejoignent ensuite. Les points où le courant se sépare ou se rejoint sont appelés nœuds ; les portions de circuit entre deux nœuds sont des branches. La branche qui contient le générateur est la branche principale, les autres sont des branches dérivées.
Dans un circuit en dérivation : (1) si la lampe d’une branche est grillée, les autres branches continuent de fonctionner ; (2) un interrupteur placé sur une branche dérivée ne commande que cette branche, alors qu’un interrupteur sur la branche principale commande tout le circuit ; (3) les lampes brillent chacune comme si elles étaient seules.
Comparer les deux montages
| En série | En dérivation | |
|---|---|---|
| Nombre de boucles | une seule | plusieurs boucles |
| Une lampe grille | tout s’éteint | les autres restent allumées |
| Éclat de deux lampes | plus faible qu’une seule | comme une lampe seule |
| Exemples | vieilles guirlandes, fusible, interrupteur d’un appareil | prises et lampes d’une maison, phares d’une voiture |
Dans une habitation, tous les appareils sont branchés en dérivation : chacun peut fonctionner indépendamment des autres, et chacun reçoit le même « courant du secteur ». Un interrupteur, lui, se place en série avec la lampe qu’il commande.
Le court-circuit
Il y a court-circuit lorsqu’un fil (ou un dipôle conducteur) relie directement les deux bornes du générateur, sans récepteur. Le courant prend alors ce chemin sans obstacle : il devient très grand, le fil et la pile chauffent, ce qui peut provoquer des brûlures ou un incendie. De même, un fil placé en parallèle d’une lampe la « court-circuite » : la lampe s’éteint car le courant passe par le fil.
Ne pas confondre l’ordre des dipôles et le type de montage : dans un circuit en série, l’interrupteur peut être placé avant ou après les lampes, il commande de toute façon l’ensemble. Et deux lampes ne sont pas « en dérivation » simplement parce qu’elles sont dessinées côte à côte : il faut qu’il y ait un nœud entre elles.
Exemples
Dans un circuit en dérivation à deux branches, la lampe L1 grille. La boucle passant par L1 est coupée, mais la boucle passant par L2 reste fermée : L2 continue de briller. Dans le même circuit mais en série, L1 grillée coupe la seule boucle : L2 s’éteint.
Sur le schéma en dérivation ci-dessus, on repère 2 nœuds (A et B) et 3 branches : la branche principale (pile et interrupteur) et les deux branches dérivées (L1 et L2).
L’essentiel à retenir
- Un circuit comprend un générateur, des dipôles et des fils, et doit former une boucle fermée pour que le courant circule.
- Dans un circuit en série, il y a une seule boucle : si un dipôle est coupé, tout s’arrête.
- Dans un circuit en dérivation, il y a des nœuds et des branches : une branche coupée n’arrête pas les autres.
- Un interrupteur sur la branche principale commande tout ; sur une branche dérivée, seulement cette branche.
- Les appareils d’une maison sont branchés en dérivation.
- Un court-circuit relie directement les bornes du générateur : c’est dangereux.