Sciences · Physique
Circuit électrique
Un circuit électrique est une chaîne fermée de dipôles reliés par des fils, comprenant au moins un générateur. Le courant ne circule que si la boucle est fermée, sans interruption.
Mis à jour le 5 min de lecture
Un circuit électrique relie un générateur (pile, batterie, alimentation de laboratoire) à un ou plusieurs récepteurs (lampe, moteur, résistance, DEL) par des fils conducteurs. Le courant électrique ne circule que si la boucle est fermée : il suffit d’une coupure (interrupteur ouvert, fil débranché, lampe grillée) pour qu’il s’arrête partout dans la boucle. C’est la première notion d’électricité étudiée au collège, généralement dès la 5e en France.
Les éléments d’un circuit
| Rôle | Exemples | Ce qu’il fait |
|---|---|---|
| Générateur | Pile, batterie, alimentation, panneau solaire | Fournit l’énergie électrique, impose une tension |
| Récepteur | Lampe, moteur, résistance, DEL, buzzer | Convertit l’énergie électrique en lumière, mouvement, chaleur, son |
| Interrupteur | Interrupteur, bouton-poussoir | Ouvre ou ferme le circuit |
| Fils de connexion | Fils de cuivre gainés | Relient les dipôles (conducteurs) |
| Appareils de mesure | Ampèremètre, voltmètre | Mesurent intensité et tension |
Une pile possède une borne positive (+), souvent repérée par la partie la plus longue de son symbole, et une borne négative (−).
Les symboles normalisés
On ne dessine jamais les objets eux-mêmes : on trace un schéma normalisé, lisible par tous les électriciens du monde. Les fils sont représentés par des traits droits, horizontaux ou verticaux, avec des angles droits.
| Dipôle | Symbole (description) |
|---|---|
| Pile ou générateur | Deux traits parallèles inégaux : le long pour la borne +, le court pour la borne − |
| Lampe | Cercle barré d’une croix |
| Interrupteur ouvert | Trait oblique décollé du fil |
| Interrupteur fermé | Trait continu reliant les deux bornes |
| Moteur | Cercle contenant la lettre M |
| Résistance | Petit rectangle |
| Diode | Triangle pointant vers un trait perpendiculaire |
| DEL | Symbole de la diode avec deux petites flèches sortantes |
| Ampèremètre | Cercle contenant la lettre A |
| Voltmètre | Cercle contenant la lettre V |
Circuit ouvert, circuit fermé
- Circuit fermé : la chaîne est continue d’une borne du générateur à l’autre. Le courant circule, la lampe brille.
- Circuit ouvert : la chaîne est interrompue en un point. Aucun courant ne circule, dans aucun dipôle de la boucle.
Un interrupteur peut être placé n’importe où dans une boucle simple : avant ou après la lampe, il commande toujours la lampe, puisque le courant est le même partout dans une boucle unique.
Le sens conventionnel du courant
Par convention, le courant circule de la borne + vers la borne − du générateur, à l’extérieur de celui-ci. On le représente par une flèche sur un fil. Cette convention a été fixée au XIXᵉ siècle, avant la découverte de l’électron : dans un fil métallique, les électrons se déplacent en réalité dans le sens inverse, de la borne − vers la borne +. Les calculs restent justes tant qu’on garde la même convention.
Le sens du courant compte pour certains dipôles :
- un moteur change de sens de rotation si l’on inverse les bornes de la pile ;
- une diode ou une DEL ne laisse passer le courant que dans un sens (voir diode et DEL) ;
- une lampe ou une résistance fonctionnent de la même façon dans les deux sens.
Expérience classique : la lampe qui s’allume
Matériel : une pile plate de 4,5 V, une lampe de 3,5 V ou 6 V sur son support, un interrupteur, trois fils.
- Relier la borne + de la pile à une borne de l’interrupteur.
- Relier l’autre borne de l’interrupteur à la lampe.
- Relier l’autre borne de la lampe à la borne − de la pile.
- Fermer l’interrupteur : la lampe brille. L’ouvrir : elle s’éteint.
On peut ensuite remplacer un fil par différents objets (clé, gomme, crayon à papier, règle en plastique) pour tester s’ils sont conducteurs ou isolants.
Boucle simple et circuit à dérivations
Un circuit qui ne comporte qu’une seule boucle est dit en série : tous les dipôles sont traversés par le même courant. Dès qu’il existe des nœuds (points reliés à au moins trois fils), le circuit comporte des branches : on parle de circuit en dérivation. Les deux montages sont comparés en détail dans la fiche circuit en série et en dérivation.
Erreurs fréquentes
- Dessiner des fils courbes ou en biais : un schéma normalisé n’utilise que des traits droits.
- Croire que le courant « s’use » dans la première lampe : dans une boucle simple, l'intensité est la même partout.
- Oublier le générateur : sans lui, aucun courant ne circule.
- Confondre pile « vide » et circuit ouvert : une lampe peut rester éteinte parce que la pile est usée, la lampe grillée ou un contact défectueux. On teste chaque élément un par un.
Exercice corrigé
Énoncé. Un circuit comprend une pile, un interrupteur K, une lampe L et un moteur M, en une seule boucle. 1) La lampe brille-t-elle si K est ouvert ? 2) On dévisse la lampe, K étant fermé : que fait le moteur ? 3) On inverse la pile : que se passe-t-il ?
Corrigé.
- Non : le circuit est ouvert, aucun courant ne circule.
- Le moteur s’arrête : dévisser la lampe ouvre la boucle unique.
- La lampe brille toujours ; le moteur tourne dans l’autre sens, car le sens du courant s’est inversé.
Questions fréquentes
Pourquoi un oiseau peut-il se poser sur une ligne électrique ?
Parce qu’il ne ferme aucun circuit : ses deux pattes touchent le même fil, presque au même potentiel. Il n’y a quasiment pas de tension entre elles, donc pas de courant dans son corps. S’il touchait deux fils ou un fil et un pylône, il serait électrocuté.
Qu’est-ce qu’une boucle dans un circuit ?
C’est un chemin fermé que l’on peut parcourir en partant d’un point et en y revenant sans passer deux fois par le même fil. Un circuit en série a une seule boucle ; un circuit en dérivation en compte plusieurs.
Les électrons partent-ils de la pile pour arriver à la lampe ?
Non. Les électrons libres sont déjà présents dans tous les fils métalliques. La pile les met en mouvement d’ensemble, très lentement (souvent moins d’un millimètre par seconde), mais le signal se propage presque instantanément : c’est pourquoi la lampe s’allume dès la fermeture de l’interrupteur.