Sur ton chargeur de téléphone, il est écrit « 5 V – 2 A ». Sur les grandes lignes électriques, jusqu'à 400 000 volts… et pourtant des pigeons y font la sieste sans le moindre souci. Pour comprendre ce mystère, on va oublier les électrons cinq minutes et parler plomberie.
Bienvenue chez le plombier de l'électricité
Imagine une boucle de tuyaux pleine d'eau, comme un chauffage central. Une pompe fait tourner l'eau en rond. Quelque part, le tuyau se rétrécit et l'eau y passe en traînant des pieds, comme toi le lundi matin. Félicitations : tu viens de construire un circuit électrique, version mouillée.
La pompe, c'est le générateur (la pile, la batterie). Elle ne fabrique pas d'eau, elle la pousse : les charges électriques sont déjà dans les fils, le générateur les met en mouvement. La poussée de la pompe, cette différence de pression entre sa sortie et son entrée, c'est la tension, en volts (V). Le débit, la quantité d'eau qui passe chaque seconde, c'est l'intensité, en ampères (A). Et le tuyau étroit qui freine tout le monde, c'est la résistance, en ohms (Ω).
Un détail qui change tout : comme une pression, la tension se mesure toujours entre deux points, alors que le débit se compte en un point, comme avec un compteur d'eau. Voilà pourquoi le voltmètre se branche « à cheval » sur un composant, et l'ampèremètre directement dans la boucle.
Des électrons plus lents qu'un escargot
Avec autant d'électrons, on imagine un Grand Prix de Formule 1 dans chaque fil. Eh bien… c'est plutôt un bouchon de départ en vacances.
Georg Ohm, ou l'art de freiner
Plus la pompe pousse fort, plus le débit est grand ; plus le tuyau est étroit, plus il faut pousser pour le même débit. En 1827, le professeur allemand Georg Ohm met cette idée en équation pour l'électricité. Accueil glacial : son travail est si mal reçu qu'il quitte son poste d'enseignant à Cologne. Il faudra attendre 1841 pour que la Royal Society de Londres lui décerne sa médaille Copley. Aujourd'hui, son nom sert d'unité à toutes les résistances du monde : belle revanche. Sa loi tient en trois lettres :
U = R × I
La tension (en volts) égale la résistance (en ohms) fois l'intensité (en ampères). Avec une résistance de 100 Ω, il faut 4 V pour faire passer 40 milliampères, c'est-à-dire 0,040 A. Si convertir te donne des sueurs froides, le jeu des conversions est là pour toi.
Petit bémol : cette belle droite ne vaut que pour une famille de composants, les conducteurs ohmiques. Une lampe à filament ou une diode n'en font qu'à leur tête, et leur courbe tord le cou à la ligne droite.
Pour voir ça bouger : l'animation des caractéristiques de dipôles.
Série ou dérivation : le drame de la guirlande
Brancher en série, c'est mettre les composants à la queue leu leu sur une seule boucle, comme plusieurs rétrécissements sur le même tuyau. Tout le monde voit passer le même débit, donc la même intensité. Mais si un seul maillon lâche, plus rien ne circule. C'est le drame des vieilles guirlandes de Noël : une ampoule grillée, tout le sapin s'éteint, et la soirée y passe.
Brancher en dérivation, c'est donner à chaque composant sa propre branche, comme des tuyaux parallèles reliés à la même pompe. Chacun reçoit la même tension, et si une branche est coupée, les autres continuent. C'est ainsi qu'est câblée ta maison : éteindre le grille-pain n'éteint pas le frigo, heureusement pour les yaourts. Pour t'entraîner, essaie le jeu Allume la lampe.
Pour voir ça bouger : l'animation des circuits en série et en dérivation.
Pourquoi le pigeon sur la ligne ne grille pas
Ce qui fait passer un courant, c'est une différence de tension entre deux points. Or les deux pattes du pigeon sont sur le même câble, à quelques centimètres l'une de l'autre : entre elles, à peine quelques millivolts. Côté plomberie, c'est un minuscule tuyau branché entre deux points d'une conduite géante, à la même pression : l'eau n'a aucune raison d'y faire un détour. Le pigeon ne sent rien, et en prime, il a la vue.
Le drame arrive si un oiseau touche deux câbles à la fois, ou un câble et le pylône : là, le courant le traverse, ce qui arrive parfois aux cigognes et à leurs grandes ailes. Et toi, tu n'es pas un pigeon : un cerf-volant ou une canne à pêche qui touche une ligne peut faire passer le courant par toi jusqu'au sol. On ne joue jamais près des lignes électriques.
Là où le plombier nous mène en bateau
Gare au piège de vocabulaire : un interrupteur ouvert coupe le courant, alors qu'une vanne ouverte laisse couler l'eau. Visiblement, l'électricien et le plombier ne se parlent pas.
Dernier cadeau du plombier : la puissance, c'est la poussée multipliée par le débit, donc, en électricité, la tension fois l'intensité (en watts). Le « 5 V – 2 A » de ton chargeur est enfin décodé : 5 × 2 = 10 watts, de quoi sauver ton téléphone à 1 % avant le contrôle de vendredi.
Si tu ne retiens qu'une chose
La tension pousse, l'intensité coule, la résistance freine. Et sans différence de « pression » entre deux points, rien ne bouge : demande au pigeon.
Pour aller plus loin
- BIPM : la définition officielle de l'ampère
- Wikipédia : la loi d'Ohm et son histoire
- Cours, fiches et exercices corrigés : physique-chimie de Seconde et physique-chimie de Première spécialité.
Soufiane ISMAILI ALAOUI — ingénieur diplômé de l'INSA Lyon, passé par les classes préparatoires MP, professeur de mathématiques et de physique-chimie. Il donne des cours particuliers à domicile en Île-de-France et en ligne. Découvrir son parcours
