Le courant

Définitions

Un courant électrique est un déplacement de charges électriques. A part le cas des semi-conducteurs (diodes, transistors, circuits intégrés), les charges sont des électrons. On peut donc retenir en première approximation qu'un courant est un déplacement d'électrons.

L'unité de mesure est l'ampère et son abréviation est A. C'est le nombre d'électrons qui passent divisé par environ 6.10²³.

Le courant à un sens, car les électrons ont un sens de déplacement. Quand on parle d'un courant, on peut parler de sa valeur absolue si on n'indique pas le sens. Par exemple, on dira qu'une carte Uno consomme 0,02A. Si on précise le sens, la valeur indiquée sera souvent positive (c'est plus facile à comprendre), mais elle peut être négative, ou tantôt positive, tantôt négative. Par exemple une broche de sortie d'une Uno peut avoir un courant sortant ou entrant. Sur un schéma, on dessine le courant par une flèche. Si le courant va vraiment dans le sens de la flèche, il est positif, sinon il est négatif. On peut donc prendre les sens que l'on veut, mais souvent on essaie de choisir le sens pour n'avoir que des valeurs positives.

Souvent, on utilise la lettre I pour désigner un courant. Si le courant est continu, on emploie en général une lettre majuscule, et pour un courant variable, on utilise soit i en minuscule soir i(t) pour insister sur le fait que i dépend du temps

Un courant continu est un courant qui va toujours dans le même sens et qui devrait avoir une valeur constante. Comme les courants qui nous intéressent sont limités dans le temps, on parle quand même de courant continu pour des courants dont la valeur varie. Mais dans ce cas, la variation ne porte pas d'information. On dira qu'une carte Uno est alimentée en courant continu, même si le dit courant peut varier notamment en fonction de ce que délivrent les sorties.

Un courant alternatif est un courant qui va tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre. Si la forme de cette variation est sinusoïdale, on parlera de courant sinusoïdal. C'est par exemple le cas du courant qui traverse le grille pain. On parle aussi de courant en dents de scie ou de courant triangulaire si le courant croit linéairement (ou presque) pendant un certain temps et décroît linéairement (ou presque) pendant un deuxième temps (et cela se répète). On parle aussi d'une impulsion de courant si ce dernier est quasi nul en général et présente une montée brusque et un retour brusque à 0.

Mesurer un courant avec un ampèremètre

Avec un multimètre, il faut bien entendu mettre le commutateur rotatif sur "A". Si on veut mesurer un courant continu (en fait on mesure le courant moyen sur un temps d'environ 1s), il faut se mettre sur continu c'est à dire valider les lettres DC (Direct Courant = courant continu) ou symbole (représente la référence en pointillés et le signal continu en trait fort). Pour mesurer de l'alternatif (on mesure un courant efficace), il faut se mettre sur alternatif c'est à dire valider les lettres AC (Alternatif Courant) ou symbole (représente un signal sinusoïdal).

Pour mesurer un courant, il faut "compter" le nombre d'électrons qui traverse par exemple un fil. Comme on ne peut pas les voir, on a besoin d'utiliser un ampèremètre qui sait évaluer le courant qui le traverse. Pour que tout le courant que l'on veut mesurer traverse l'ampèremètre, il faut ouvrir le circuit pour insérer l'ampèremètre. Il est donc difficile de mesurer le courant qui passe dans une piste de circuit imprimé car on ne peut que difficilement couper la piste pour y insérer l'ampèremètre. Pour les schémas, un ampèremètre est un appareil de mesure (dessin d'un rond) avec la lettre A comme ampère à l'intérieur. L'ampèremètre mesure le courant qui entre par sa borne rouge et qui sort par sa borne noire (repérée 0V ou GND). Si on a le circuit:

et que l'on veuille mesurer le courant dans un enroulement du moteur (bobine dessinée comme un ressort cerclée de rouge), il va falloir ouvrir le circuit (débrancher quelque chose):

On peut alors insérer l'ampèremètre:

Si on ne connaît pas la valeur du courant, il faut se mettre sur le plus grand calibre et diminuer ensuite. Si on met un ampèremètre sur un calibre trop petit, on peut griller l'appareil ou un fusible.

Si on veut mesurer le débit sanguin dans un bras, il suffit de couper le bras, mettre l'appareil entre le bras et le corps du bonhomme... C'est pour cela que l'on utilise d'autres méthodes.

Mesurer un courant avec une pince ampèremétrique

Pour éviter d'avoir à ouvrir le circuit, et surtout quand les courants sont importants, on peut utiliser une pince ampèremétrique. La pince s'ouvre et on met le fil dont on veut mesurer le courant dans la pince. Le courant dans le fil va créer un champ magnétique et la mesure de ce champ permet la mesure du courant. C'est un dispositif assez simple pour les courants alternatifs, mais plus complexes pour les courants continus. La plupart des pinces ne mesurent que les courants alternatifs d'au moins 1A.

Mesurer un courant avec un voltmètre

Si on ne dispose pas d'un ampèremètre, mais que l'on a un voltmètre, on peut utiliser une simple résistance que l'on mettra à la place de l'ampèremètre et on mesurera la tension aux bornes de la résistance. La loi d'Ohm (I=U/R) permet alors de calculer le courant. Pour ne pas trop perturber le montage, il faut que la tension mesurée soit petite devant la tension du montage. On utilise des résistances avec des valeurs de l'ordre du ohm ou du milliohm. Bien sûr tout dépend du montage.

Loi des nœuds

En électricité statique, il peut y avoir une accumulation d'électrons. C'est ce qui se passe dans les nuages qui accumulent les charges. Quand il y a du tonnerre, une partie de ces charges s'écoulent via l'éclair. Quand vous enlevez un pull et que les cheveux se dressent c'est encore une accumulation de charges. Par contre en électronique, on essaie au maximum de ne pas avoir d'accumulation de charge et on va s'intéresser aux passages des courants. Dans un fil qui est branché à ses extrémités, comme il ne peut y avoir accumulation de charges dans ce fil, tout le courant qui entre d'un côté doit ressortir de l'autre. Dans un fil, si il n'y a rien de branché entre ses extrémités, le courant est le même en tout point.

Quand on a plusieurs fils qui se rejoignent en un point, on appelle cela un nœud. Sachant qu'il ne peut y avoir accumulation de charges, la somme algébrique de tous les courant qui vont au nœud est nulle. Il y aura des courants positifs et d'autres négatifs, mais la somme est nulle.

On a donc I₁ + I₂ + I₃ + I₄ + I₅ = 0.

On peut exprimer ceci sous une autre forme en orientant tous les courants de façon à avoir leur valeur positive. Et on dira alors "La somme des courants entrants est égale à la somme des courants sortants:

Dans cet exemple on sait que le courant va du haut vers le bas, et les courants orientés ainsi sont tous positifs. C'est plus facile à comprendre que de prendre les courants dans n'importe quel sens et d'en avoir une partie négative. Ici on écrira I₁ = I₂ + I₃

Pour aller plus loin

Le nombre 6.10²³ s'appelle nombre d'Avogadro. Il est du au fait que l'on a mesuré des courants et choisi l'ampère avant de connaître les électrons. Mais rassurez-vous, on ne se sert jamais de ce nombre.

Le sens du courant a été décidé avant de connaître les électrons. On a donc choisi un sens et par manque de chance, on a choisi le mauvais. Quand on dit que le courant va dans un sens, le électrons se déplacent dans l'autre sens. Dans un montage, le courant va du plus vers le moins, mais les électrons (charge négative) vont du moins vers le plus. On a gardé cette convention, cela n'a pas vraiment d'importance, les électrons sont trop petits pour qu'on les voit se promener.

Dans un fil l'information circule quasiment à la vitesse de la lumière. C'est pour cela que quand on presse l'interrupteur, la lumière s'allume de suite. Pourtant les électrons se déplacent avec une vitesse proche de 1m/s. En plus comme le courant est alternatif et change de sens toutes les 10ms, le pauvre électron qui peut passer dans l'interrupteur, n'aura pas le temps d'aller dans la lampe (ou du moins pas dans la minute). Les électrons se poussent les uns les autres, un peu comme les wagons se dans un train. Si le train fait 100m et recule, et que vous regardez le dernier wagon, dès que la locomotive se met en marche, vous voyez reculer le dernier wagon, alors que le locomotive arrivera bien longtemps après. Le courant n'est pas du au déplacement d'un électron, mais au déplacement global de l'ensemble des électrons.

Quand une alimentation est écrite 12V/2A, cela veut dire qu'elle peut fournir jusqu'à 2A. Vous pouvez très bien alimenter une carte Uno (par la broche Vin) qui n'a besoin que de 25mA. Il ne passera pas 2A. Les circuits vont laisser passer le courant qu'ils leur faut. C'est pareil si vous savez que la batterie de la voiture à essence est capable de fournir 300A au démarreur, si vous mettez les doigts dessus, le courant qui vous traverse est bien inférieur au mA.

1mA est la valeur du courant qui vous permet de le sentir. A 25mA, si le courant peut passer par le coeur, vous pouvez être électrocuté. C'est pour cela que 'on met des disjoncteurs différentiels 25mA dans les maisons. Mais pour avoir ces courants, il faut des tensions assez élevées. Vos ne vous électrocuterez jamais avec le 12V, même avec les pieds dans l'eau. Par contre si le montage utilise le 230V, il peut y avoir des risques, y compris de brûlures.