Intensité du courant électrique

Le courant électrique et son sens

Reprenons le tout début. Quand une lampe s'allume, c'est qu'un courant électrique la traverse. Mais que se passe-t-il à l'intérieur du fil de cuivre ? Quelque chose se déplace, et ce quelque chose, ce sont des charges électriques.

Dans un morceau de métal isolé, les électrons libres s'agitent en tous sens, dans le désordre : aucun courant ne circule. Dès qu'on relie ce métal aux deux bornes d'un générateur (une pile), le générateur impose une direction : il « pousse » les électrons, qui se mettent tous à dériver dans le même sens. C'est ce déplacement d'ensemble, organisé, qui constitue le courant.

Exemple 1. Dans le fil reliant la pile à la lampe de poche de Karim, des milliards de milliards d'électrons se déplacent lentement mais tous dans la même direction, tant que l'interrupteur est fermé. Ouvre l'interrupteur : le circuit n'est plus fermé, le déplacement cesse, la lampe s'éteint.

Le sens conventionnel du courant

Voici un point historique qui déroute beaucoup d'élèves. Les physiciens ont choisi un sens du courant bien avant de savoir que les porteurs étaient des électrons négatifs. Par convention, ils ont décidé que le courant sort de la borne + du générateur.

Le piège du sens réel des électrons

Surprise : les électrons, eux, se déplacent en sens inverse du sens conventionnel. Comme ils sont chargés négativement, ils sont attirés par la borne + et repoussés par la borne − : à l'extérieur du générateur, ils vont donc de − vers +, soit l'opposé de la flèche du courant.

Cette contradiction apparente n'est pas une erreur : c'est un héritage historique qu'on a gardé. Retiens simplement que le sens conventionnel (de + vers −) est celui qu'on utilise toujours en schéma, et que le sens réel des électrons est l'inverse. Tant que tu raisonnes avec le sens conventionnel, tu ne te trompes jamais.

L'intensité du courant

Tu sais maintenant ce qui circule et dans quel sens. Reste la question la plus utile : combien circule ? Deux lampes peuvent toutes deux être traversées par un courant, mais l'une plus « fort » que l'autre. Cette grandeur qui mesure la « force » du courant, c'est l'intensité.

Une image fidèle : pense à une rivière. Le débit d'eau, c'est le volume qui passe sous un pont chaque seconde. L'intensité du courant, c'est pareil, mais avec des charges électriques au lieu de l'eau. Un gros débit de charges = une forte intensité.

L'unité : l'ampère

Pour les petits courants, l'ampère est trop grand : on utilise alors le milliampère (mA).

Exemple 1. Une lampe de poche est parcourue par un courant d'intensité $I=\mathrm{0,25}$ A, soit $\mathrm{0,25}\times 1000=250$ mA.

Exemple 2. Une petite LED rouge fonctionne sous $I=20$ mA, soit ${\displaystyle \frac{20}{1000}}=\mathrm{0,02}$ A. C'est un courant faible, d'où l'usage du milliampère.

Exemple 3. Le courant qui alimente un moteur de jouet vaut $I=\mathrm{1,5}$ A. Exprimé en milliampères : $\mathrm{1,5}\times 1000=1500$ mA.

Le piège des unités de l'intensité

Une erreur fréquente est de confondre l'ampère (intensité) avec le volt (tension), que tu verras au chapitre suivant. Retiens que l'intensité, c'est un débit : « combien de charges passent par seconde ». Son symbole est la lettre $I$, son unité l'ampère (A). Ne mélange jamais $I$ (intensité, en A) avec d'autres grandeurs : à chaque grandeur son symbole et son unité.

Mesurer l'intensité : l'ampèremètre

Pour mesurer une intensité, il existe un appareil dédié : l'ampèremètre (souvent un multimètre réglé sur la fonction « ampèremètre »). Mais on ne le branche pas n'importe comment.

L'idée est limpide : pour mesurer un débit, il faut que le courant passe à travers l'appareil. On « ouvre » donc le circuit à l'endroit voulu et on intercale l'ampèremètre, exactement comme on ajouterait un compteur d'eau sur une canalisation en la coupant pour l'y insérer.

Les bornes COM et A, et le sens de branchement

Un ampèremètre possède deux bornes utiles : la borne COM (commune, souvent noire) et la borne A (souvent rouge, parfois notée « mA » ou « 10 A » selon le calibre).

Le calibre et la lecture

Sur un ampèremètre à aiguille (ou un multimètre), on choisit un calibre : c'est la valeur maximale que l'appareil peut mesurer sur la position choisie. La règle d'or : choisir le plus petit calibre supérieur à la valeur attendue, pour une lecture précise, et ne jamais dépasser le calibre (au risque de bloquer l'aiguille ou d'abîmer l'appareil).

Exemple 1. Karim s'attend à une intensité d'environ $\mathrm{0,3}$ A. Il dispose des calibres $200$ mA, $2$ A et $20$ A. Le calibre $200$ mA est trop petit ($\mathrm{0,3}$ A $=300$ mA $>200$ mA). Il choisit donc le calibre $2$ A, le plus petit qui dépasse la valeur attendue.

Exemple 2. Un ampèremètre numérique affiche directement « $\mathrm{0,45}$ » sur le calibre $2$ A : la lecture est immédiate, l'intensité vaut $I=\mathrm{0,45}$ A.

Le piège du branchement en dérivation

L'erreur la plus dangereuse est de brancher l'ampèremètre en dérivation (en parallèle d'un dipôle), comme on le fera plus tard pour le voltmètre. C'est interdit : l'ampèremètre a une très faible résistance, et le brancher en dérivation revient à créer un court-circuit. Le retiens-tu ? Ampèremètre = en série, toujours.

L'intensité dans un circuit en série

Maintenant que tu sais mesurer une intensité, posons une question décisive : dans un circuit en série, l'intensité est-elle la même partout, ou se « consomme »-t-elle au passage de chaque lampe ?

L'intuition trompe beaucoup d'élèves : on imagine que la première lampe « mange » du courant, et qu'il en reste moins pour la suivante. C'est faux. L'expérience est sans appel.

Pourquoi ? Parce que les charges ne disparaissent pas : tout ce qui entre dans un dipôle en ressort. Le courant n'est pas un « carburant » que les lampes brûleraient ; c'est un flux qui traverse, intact, l'ensemble de la boucle.

Exemple 1. Yasmine monte deux lampes en série avec une pile. Elle place un ampèremètre avant la première lampe : il indique $\mathrm{0,2}$ A. Elle le déplace entre les deux lampes : encore $\mathrm{0,2}$ A. Après la seconde lampe : toujours $\mathrm{0,2}$ A. L'intensité est identique partout.

Exemple 2. Dans une guirlande dont toutes les ampoules sont en série, chaque ampoule est traversée par exactement la même intensité. C'est aussi pourquoi, si une seule ampoule grille et coupe la boucle, toute la guirlande s'éteint : le courant ne peut plus circuler nulle part.

L'ordre des dipôles n'y change rien

Puisque l'intensité est la même partout, l'ordre dans lequel on place les dipôles en série n'a aucune influence sur sa valeur. Permuter la lampe et le moteur ne change pas l'intensité qui les traverse.

L'intensité dans un circuit en dérivation

Passons au second type de montage. En dérivation, le circuit se sépare en plusieurs branches à des points appelés nœuds. Que devient l'intensité quand le courant doit se répartir entre plusieurs chemins ?

Au nœud, le courant principal se sépare : une partie part dans une branche, le reste dans l'autre. Et au nœud suivant, les courants se rassemblent. La question est : la somme se conserve-t-elle ?

C'est exactement la même logique qu'une rivière qui se divise en deux bras puis se rejoint : tout le débit qui se sépare se retrouve à la confluence. Aucune charge n'est créée ni perdue à un nœud.

Exemple 1. Yasmine branche deux lampes en dérivation. La branche principale est parcourue par $I=\mathrm{0,5}$ A. La première lampe est traversée par $I_1=\mathrm{0,3}$ A. Alors la seconde reçoit $I_2=I-I_1=\mathrm{0,5}-\mathrm{0,3}=\mathrm{0,2}$ A.

Exemple 2. Trois branches en dérivation portent $I_1=\mathrm{0,15}$ A, $I_2=\mathrm{0,25}$ A et $I_3=\mathrm{0,1}$ A. Le courant principal vaut $I=I_1+I_2+I_3=\mathrm{0,15}+\mathrm{0,25}+\mathrm{0,1}=\mathrm{0,5}$ A. La loi se généralise à autant de branches qu'on veut.

Exemple 3. Le courant principal d'un montage vaut $I=600$ mA, réparti à parts égales entre deux lampes identiques. Chaque branche reçoit alors ${\displaystyle \frac{600}{2}}=300$ mA.

Le piège des unités mélangées

Avant d'additionner ou de soustraire des intensités, vérifie qu'elles sont toutes dans la même unité. Si $I=\mathrm{0,5}$ A et $I_1=200$ mA, tu ne peux pas écrire $\mathrm{0,5}-200$ ! Convertis d'abord : $I_1=\mathrm{0,2}$ A, puis $I_2=\mathrm{0,5}-\mathrm{0,2}=\mathrm{0,3}$ A. Ou bien tout en mA : $I=500$ mA, $I_2=500-200=300$ mA. Le mélange A/mA est l'erreur numéro un de ce chapitre.

Pièges classiques

Piège 1 : confondre le sens du courant et le sens des électrons. Le sens conventionnel du courant va de + vers − à l'extérieur du générateur, et c'est lui qu'on dessine. Les électrons, eux, vont en sens inverse (de − vers +). Sur un schéma, c'est toujours le sens conventionnel qu'on indique par une flèche.

Piège 2 : croire que le courant se consomme en série. En série, l'intensité est la même en tout point : la première lampe ne « mange » pas de courant au détriment de la seconde. Tout ce qui entre dans un dipôle en ressort. Si tu penses que l'intensité diminue de lampe en lampe, tu confonds l'intensité avec l'énergie, qui, elle, est bien transformée.

Piège 3 : brancher l'ampèremètre en dérivation. L'ampèremètre se branche toujours en série, jamais en dérivation. En dérivation, sa faible résistance créerait un court-circuit. C'est l'inverse du voltmètre (que tu verras au chapitre suivant), qui, lui, se branche en dérivation.

Piège 4 : mélanger les ampères et les milliampères. Avant tout calcul (loi des nœuds, comparaison, lecture), assure-toi que toutes les intensités sont dans la même unité. $1$ A $=1000$ mA. Additionner $\mathrm{0,5}$ A et $200$ mA sans convertir donne un résultat faux.

Piège 5 : choisir un calibre trop petit ou inverser les bornes. Sur un ampèremètre, on prend le plus petit calibre supérieur à la valeur attendue. Trop petit, on dépasse l'échelle ; beaucoup trop grand, la lecture manque de précision. Et on relie la borne A du côté + : sinon l'appareil numérique affiche une valeur négative (heureusement, la valeur absolue reste juste).

Piège 6 : oublier que toutes les branches en dérivation comptent. La loi des nœuds additionne toutes les branches dérivées. Avec trois branches, $I=I_1+I_2+I_3$. Ne te limite pas à deux par habitude : compte les branches réellement présentes au nœud.

Application concrète

Karim bricole une maquette de feu de signalisation pour un exposé. Il veut alimenter deux lampes avec une seule pile et comprendre exactement comment le courant se répartit. Suivons son raisonnement.

Étape 1 — Choisir le sens du courant.

Karim repère les bornes de sa pile : la borne + et la borne −. Il dessine son schéma et trace la flèche du courant sortant de la borne +, parcourant le circuit, et revenant à la borne −. Il sait que les électrons, eux, filent en sens inverse, mais pour son schéma c'est le sens conventionnel qui compte.

Étape 2 — Monter les lampes en dérivation.

Karim veut que ses deux lampes brillent indépendamment : si l'une grille, l'autre doit rester allumée. Il les branche donc en dérivation, chacune sur sa propre branche, reliées aux mêmes deux nœuds. (En série, une lampe grillée éteindrait tout, comme une guirlande.)

Étape 3 — Mesurer l'intensité principale.

Il intercale un ampèremètre en série dans la branche principale, juste après la pile. Il relie la borne A du côté +, la borne COM de l'autre côté. L'appareil affiche $I=\mathrm{0,48}$ A sur le calibre $2$ A. C'est le courant total débité par la pile.

Étape 4 — Mesurer une branche et appliquer la loi des nœuds.

Karim déplace l'ampèremètre dans la branche de la première lampe : il lit $I_1=\mathrm{0,28}$ A. Plutôt que de mesurer la seconde branche, il applique la loi des nœuds : $I_2=I-I_1=\mathrm{0,48}-\mathrm{0,28}=\mathrm{0,20}\text{ A}$ La seconde lampe est donc traversée par $\mathrm{0,20}$ A, soit $200$ mA. Il vérifie en mesurant : l'ampèremètre confirme bien $\mathrm{0,20}$ A.

Étape 5 — Vérifier en série pour comparaison.

Curieux, Karim remonte ensuite ses deux lampes en série. Cette fois, un seul courant les traverse, identique en tout point. L'ampèremètre indique la même valeur avant la première lampe, entre les deux, et après la seconde : c'est la loi d'unicité de l'intensité. Les lampes brillent toutefois plus faiblement qu'en dérivation.

Conclusion.

En une seule maquette, Karim a mobilisé tout le chapitre : le sens conventionnel du courant, le branchement en série de l'ampèremètre, la loi d'unicité en série et la loi des nœuds en dérivation. Cette logique du « débit qui se conserve » est la première forme d'une idée que tu retrouveras partout en physique : les lois de conservation. Au chapitre suivant, tu étudieras l'autre grandeur reine des circuits, la tension électrique, qui se mesure, elle, avec un voltmètre branché en dérivation : l'exact symétrique de ce que tu viens d'apprendre.

À retenir

Avant les exercices, voici les règles essentielles à mémoriser.