Charge, courant, tension et puissance

Bienvenue dans ce parcours sur l'analyse des circuits électriques. Tu vas travailler sur des objets que tu connais : le chargeur de ton téléphone, une lampe solaire, une carte Arduino, une petite enceinte. Avant de calculer quoi que ce soit, il faut parler la même langue. Dans cette première leçon, on pose les quatre grandeurs que tu vas manipuler pendant vingt-huit heures : la charge, le courant, la tension et la puissance. On termine par les règles de sécurité, parce qu'un bon électronicien commence toujours par savoir ce qu'il ne doit pas toucher.

Dans un fil de cuivre, des électrons se déplacent. Le courant mesure combien de charge traverse une section du fil chaque seconde, un peu comme un débit d'eau dans un tuyau. L'unité est l'ampère. Un ampère, c'est un coulomb par seconde. Depuis 2019, le Bureau international des poids et mesures définit l'ampère à partir de la charge de l'électron, fixée à une valeur exacte. Un ampère correspond donc à environ six milliards de milliards d'électrons par seconde. Retiens surtout l'idée de débit : le courant ne s'use pas dans un circuit, il circule.

Pour éviter les erreurs de calcul, garde en tête quelques ordres de grandeur. L'entrée d'une carte Arduino ne consomme presque rien, quelques microampères. Une petite LED témoin fonctionne bien entre cinq et vingt milliampères environ. Un téléphone en charge rapide tire de l'ordre d'un à deux ampères sur son câble. Si ton calcul te donne trois ampères dans une LED, tu sais tout de suite qu'il y a une erreur. Ces valeurs sont des repères, pas des consignes : pour un composant précis, c'est sa fiche technique qui fait foi.

La tension se mesure toujours entre deux points. On note U A B la tension entre le point A et le point B : c'est la différence entre le potentiel de A et celui de B. Pour simplifier, on choisit un point de référence, la masse, et on lui donne le potentiel zéro. Dire que le point A est à cinq volts veut donc dire cinq volts par rapport à la masse. Une pile de 1,5 volt ne contient pas de volts : elle maintient une différence de 1,5 volt entre ses deux bornes. Quand quelqu'un te parle de tension en un seul point, demande-lui toujours : par rapport à quoi ?

La puissance dit à quelle vitesse un dipôle reçoit ou fournit de l'énergie. Elle vaut la tension multipliée par le courant. Un port USB qui donne cinq volts et un demi-ampère fournit donc 2,5 watts. L'énergie, c'est la puissance multipliée par le temps. Sur une batterie, tu lis souvent des milliampères-heures. Pour avoir l'énergie, multiplie par la tension : une batterie de deux mille milliampères-heures sous 3,7 volts stocke environ 7,4 wattheures. C'est ce calcul qui te permet de comparer deux lampes solaires vendues au marché de Cotonou ou de Bamako, au lieu de croire l'étiquette.

Un courant continu garde le même sens et, idéalement, la même valeur : c'est ce que donnent une pile, une batterie ou un port USB. Un signal variable change avec le temps, comme la tension d'un capteur de lumière ou le signal carré qui sort d'une carte Arduino. Le courant alternatif sinusoïdal change de sens régulièrement. C'est celui du secteur, à cinquante hertz à Dakar, Paris ou Conakry, et à soixante hertz à Montréal ou à Port-au-Prince. Ce parcours va du continu au sinusoïdal, mais tu produiras tes signaux sinusoïdaux avec un générateur de laboratoire ou un simulateur, jamais avec le secteur.

Toutes les manipulations de ce parcours se font en très basse tension. Pour l'organisme français de prévention des risques professionnels, la très basse tension de sécurité reste sous 50 volts en alternatif dans le cas général et sous 12 volts en milieu mouillé ; les montages des labs, eux, restent sous 10 volts. Cet organisme rappelle aussi que seuls les travaux hors tension sont totalement sûrs face au risque électrique, et que les interventions sur une installation exigent une formation et une habilitation. Ne démonte jamais un chargeur ou un appareil alimenté par le secteur, même débranché, car un condensateur peut garder sa charge. Et méfie-toi aussi des batteries : un court-circuit sur une batterie au lithium peut la faire chauffer jusqu'au feu.

Tu as maintenant les quatre grandeurs de base. Le courant est un débit de charges et se mesure en ampères. La tension est toujours une différence entre deux points et se mesure en volts. La puissance est le produit des deux, en watts, et l'énergie est la puissance multipliée par le temps. Garde aussi les ordres de grandeur en tête, ils te sauveront de beaucoup d'erreurs. Dans la prochaine leçon, tu vas apprendre à dessiner un circuit proprement et à orienter tensions et courants. C'est l'étape qui évite la moitié des erreurs de signe.