Le circuit électrique simple : cours de 5e

Tu appuies sur le bouton d'une lampe de poche et la lumière apparaît. Tu relâches ou tu éteins : plus rien. Derrière ce geste de tous les jours se cache un circuit électrique. Dans ce cours, tu vas comprendre ce qu'il faut pour qu'une lampe brille, pourquoi elle s'éteint parfois, et comment dessiner proprement ce que tu as monté.

Tu as déjà vu en début de chapitre que l'énergie existe sous plusieurs formes et qu'une chaîne énergétique décrit comment elle passe d'un objet à un autre. Le circuit électrique est l'un des plus simples exemples où l'on peut suivre cette chaîne : une source d'énergie électrique, des fils qui la transportent, un objet qui la convertit en lumière, en mouvement ou en chaleur.

Le mot important ici est boucle. Le courant ne « sort » pas de la pile pour se perdre dans la lampe : les éléments forment un chemin qui revient à son point de départ.⁵ Si tu imagines un circuit de petites voitures de course, les voitures ne roulent que si la piste est continue. Pour l'électricité, c'est pareil : il faut un trajet sans interruption.¹

Ce que l'on appelle un circuit simple est un circuit très réduit. Dans les ressources officielles pour l'école, on en parle comme d'un montage de trois éléments, dont un seul récepteur.² C'est exactement le niveau de ce cours.

Le générateur est le composant qui fournit l'énergie électrique et met le courant en circulation dans les conducteurs.⁵ Dans tes montages de classe, c'est une pile ou une batterie.¹ On parle des pôles du générateur : le circuit les relie l'un à l'autre.⁵

Le récepteur est le composant qui utilise cette énergie pour faire quelque chose : une lampe qui éclaire, un moteur qui tourne, un buzzer qui sonne. Dans la chaîne énergétique que tu connais, le générateur est le début de la chaîne électrique, le récepteur en est la fin utile.

Les fils conducteurs relient les composants entre eux. Ils laissent passer le courant et forment la boucle.⁵ Leur rôle est de transporter, pas de consommer.

Quand tu actionnes un interrupteur, tu ouvres ou tu fermes la boucle. On distingue deux états :

• interrupteur ouvert : le circuit est ouvert, il n'y a pas de courant électrique ;⁴
• interrupteur fermé : le circuit est fermé, la lampe s'allume.¹

Prenons une pile, une lampe et deux fils. Si tu relies un fil de la pile à la lampe, mais que l'autre extrémité de la lampe ne touche rien, la boucle est interrompue : rien ne se passe. En revanche, si tu relies le second fil entre la lampe et l'autre borne de la pile, tu fermes la boucle et la lampe brille.¹

Tu peux donc raisonner ainsi quand un montage ne marche pas : suis le trajet avec ton doigt depuis une borne de la pile, fil après fil, en passant par chaque composant, jusqu'à l'autre borne. Si tu rencontres une coupure, c'est là qu'il faut agir.

Dessiner un montage tel qu'on le voit, avec les couleurs et les formes réelles, prend du temps et dépend du dessinateur. Les scientifiques utilisent donc des schémas : ce sont des représentations simplifiées, où chaque composant est remplacé par un symbole normalisé. Apprendre à réaliser un circuit et à le schématiser est un objectif de ce chapitre.⁴

Pour que ton schéma soit lisible, respecte quelques habitudes :

• utilise une règle et trace les fils par des segments droits ;
• dessine une boucle bien fermée quand l'interrupteur est fermé ;
• place chaque composant sur un des côtés du rectangle, jamais dans un coin ;
• utilise les symboles normalisés : la pile est représentée par deux traits parallèles de longueurs différentes (le plus long marque la borne +), la lampe par un cercle barré d'une croix, le moteur par un cercle contenant la lettre M, l'interrupteur fermé par un trait continu et l'interrupteur ouvert par un trait incliné qui laisse un espace.

Dans tout circuit, les fils sont des conducteurs : ce sont eux qui laissent passer le courant électrique.⁵ Dans une autre partie du chapitre, tu étudieras quels matériaux sont conducteurs ou isolants. Pour l'instant, retiens simplement que la boucle doit être faite de matériaux qui conduisent.

Tu verras ensuite deux grandes manières d'assembler plusieurs récepteurs : le circuit en série et le circuit en dérivation. Ils se construisent à partir du circuit simple étudié ici, en ajoutant des composants dans la boucle ou en créant plusieurs chemins.

Enfin, les physiciens étudient chaque circuit en cherchant l'intensité du courant et la tension à chaque endroit.⁵ Ces deux grandeurs relèvent des classes suivantes ; l'essentiel en 5e est de comprendre la boucle, les rôles des composants et les états ouvert et fermé.