Comprendre
Pour comprendre une installation électrique, il est essentiel de maîtriser trois grandeurs fondamentales : la tension, l’intensité et la résistance.
Pour bien comprendre quel rôle joue chacune de ces grandeurs, nous proposons d’interpréter l’analogie entre le circuit électrique et le réseau hydraulique illustrée par la figure ci-dessous. A gauche nous avons un montage électrique simple comprenant une source d’alimentation (ici une pile) dont la tension à ses bornes, notée V débite un courant I qui circule au travers d’une charge résistive (par exemple une ampoule). La figure de droite montre un réservoir qui se vide via une conduite dont le débit peut être réglé à l’aide d’une vanne. Ces deux systèmes se comportent de manière identique. La tension du circuit électrique (ou potentiel) peut être assimilé à la hauteur de liquide dans le réservoir alors que le courant qui circule pour alimenter la charge est comparable au débit qui traverse la vanne.
Pour un pourcentage d’ouverture de la vanne (0% la vanne est fermée, 100% la vanne est complétement ouverte) le débit dépend de la pression exercée dans le tuyau celle-ci pouvant être considérée proportionnelle à la hauteur de liquide dans le réservoir (à noter cependant qu’il s’agit d’une hypothèse simplificatrice !). Ainsi peut-on écrire la relation de causalité suivante :
Q = A x H
dans laquelle Q désigne le débit et H la hauteur d’eau. A représente une constante qui dépend des paramètres géométrique du conduit, mais aussi des caractéristiques du liquide en mouvement. Par analogie, nous pouvons établir une relation équivalent exprimant le courant électrique circulant dans la charge comme étant proportionnel au potentiel électrique l’alimentant, c’est à dire la tension à ses bornes. Il vient ainsi la relation de causalité :
I = G x V
où I désigne le courant électrique, V la tension et G la conductance. On note G = 1 / R avec R qui désigne la résistance électrique, plus couramment utilisée dans la littérature.
Les grandeurs fondamentales de l’ELECTRICITE
Pour résumer ce qui précéde, nous introduisons les grandeurs fondamentales de l’électricité
La Tension (V)
La tension, mesurée en volts (V), représente la différence de potentiel électrique entre deux points d’un circuit. Elle est souvent comparée à la pression de l’eau dans un tuyau : plus la pression est élevée, plus l’eau circule rapidement. De même, plus la tension est élevée, plus le courant électrique est fort.
L’Intensité (I)
L’intensité, mesurée en ampères (A), correspond au débit des électrons dans un conducteur. Elle indique la quantité de charges électriques qui traversent une section du circuit par unité de temps.
La Résistance (R)
La résistance, mesurée en ohms (Ω), est la capacité d’un matériau à s’opposer au passage du courant électrique. Plus la résistance est élevée, plus le courant a du mal à circuler. La conductance G qui est l’inverse de la résistance est mesurée en Siemens (S).
et le lien entre ces différentes grandeurs, exprimé par :
La Loi d’Ohm
La loi d’Ohm est une relation fondamentale en électricité qui s’écrit :
V = R × I
Cette loi permet de calculer l’une des trois grandeurs si les deux autres sont connues.
Les Circuits Électriques
Un circuit électrique est un ensemble d’éléments connectés qui permettent la circulation du courant électrique. Il existe deux types de circuits de base : les circuits en série et les circuits en parallèle.
Circuit en Série
Dans un circuit en série, les composants sont connectés les uns à la suite des autres. Le courant électrique ne dispose que d’un seul chemin pour circuler. Si un composant tombe en panne, le circuit est interrompu.
Circuit en Parallèle
Dans un circuit en parallèle, les composants sont connectés de manière à offrir plusieurs chemins au courant électrique. Si un composant tombe en panne, les autres continuent de fonctionner.
La figure suivante reprend l’analogie évoquée précédemment pour expliquer comment opèrent ces deux types de montage. La Figure 2.1. montre deux circuits montés en parallèle et les compare au schéma hydraulique équivalent. Nous avons deux résistances alimentés sous la même tension V, chacune des résistances étant traversés par un courant, respectivement I1 pour la résistance R1 ( ou conductance G1) et I2 pour la résistance R2 ( ou conductance G2). Le système hydraulique équivalent représente deux conduits soumis à une pression identique engendrée par la hauteur H du réservoir. Selon les caractéristiques des vannes, les débits de liquide traversant chaque conduit sont donnés par Q1 = A1 x H et Q2 = A2 x H. Le débit total en sortie est bien évidemment égal à la somme des 2 débits : Q = Q1 + Q2. Par analogie pour le circuit électrique, nous pouvons écrire : I1 = G1 x V et I2 = G2 x V ainsi que I = I1 + I2. En conséquence, nous avons I= (G1 x V) + (G2 x V) soit encore I= (G1 + G2) x V. La conductance totale est donnée par G= G1 + G2 = (1 / R1) + (1 / R2) et la résistante totale R = 1 / G .
la Figure 2.2 illustre le montage en série.
