Sciences · Physique
Circuit en série et circuit en dérivation
En série, les dipôles se suivent sur une seule boucle et sont traversés par le même courant. En dérivation (en parallèle), ils sont sur des branches différentes et ont la même tension à leurs bornes.
Mis à jour le 4 min de lecture
Il existe deux façons d’associer plusieurs dipôles à un générateur. En série, ils sont branchés les uns à la suite des autres, sur une boucle unique. En dérivation (on dit aussi en parallèle), chacun est placé sur sa propre branche, entre deux mêmes nœuds. Ces deux montages n’ont pas du tout le même comportement : c’est pourquoi les lampes d’une maison sont toujours branchées en dérivation.
Les différences en un tableau
| Propriété | Circuit en série | Circuit en dérivation |
|---|---|---|
| Nombre de boucles | Une seule | Plusieurs |
| Nœuds | Aucun | Au moins deux |
| Intensité | La même partout : I = I₁ = I₂ | S’additionne : I = I₁ + I₂ |
| Tension | S’additionne : U = U₁ + U₂ | La même pour chaque branche : U = U₁ = U₂ |
| Si un dipôle grille | Tout s’arrête | Les autres branches fonctionnent |
| Ajout d’une lampe identique | Les lampes brillent moins | Chaque lampe brille autant, le générateur débite plus |
| Exemple | Guirlande ancienne, interrupteur et lampe | Installation électrique d’un logement, multiprise |
Le circuit en série
Dans un montage en série, le courant n’a qu’un chemin possible. Il traverse successivement chaque dipôle.
- Loi d’unicité de l’intensité : l’intensité est la même en tout point de la boucle. Placer l’ampèremètre avant ou après une lampe donne la même valeur.
- Loi d’additivité des tensions : la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des récepteurs,
U_G = U₁ + U₂ + …. C’est un cas particulier de la loi des mailles.
Conséquence pratique : deux lampes identiques en série sur une pile de 4,5 V se partagent la tension (environ 2,25 V chacune) et brillent faiblement. Si l’une grille ou est dévissée, la boucle est ouverte et l’autre s’éteint.
Le circuit en dérivation
Dans un montage en dérivation, le courant se partage aux nœuds entre plusieurs branches.
- Loi d’additivité des intensités : l’intensité dans la branche principale est égale à la somme des intensités dans les branches dérivées,
I = I₁ + I₂ + …. C’est la loi des nœuds. - Loi d’égalité des tensions : les dipôles branchés en dérivation entre deux mêmes nœuds ont la même tension à leurs bornes.
Conséquence pratique : deux lampes identiques en dérivation sur une pile de 4,5 V reçoivent chacune 4,5 V et brillent normalement. Si l’une est dévissée, l’autre continue de briller. En contrepartie, le générateur fournit deux fois plus de courant et se décharge plus vite.
Expérience classique : comparer les deux montages
Matériel : une pile de 4,5 V, deux lampes identiques (6 V), des fils, un multimètre.
- Brancher les deux lampes en série. Observer l’éclat, mesurer la tension aux bornes de chaque lampe et de la pile.
- Dévisser une lampe : l’autre s’éteint.
- Brancher les deux lampes en dérivation. Observer l’éclat (plus fort), mesurer les tensions (égales à celle de la pile).
- Dévisser une lampe : l’autre reste allumée.
- Mesurer l’intensité dans la branche principale puis dans chaque branche avec un multimètre en position ampèremètre.
Les résistances équivalentes
Pour des conducteurs ohmiques (voir loi d’Ohm) :
- en série, les résistances s’additionnent :
R_éq = R₁ + R₂; - en dérivation, ce sont les inverses qui s’additionnent :
1/R_éq = 1/R₁ + 1/R₂, soit pour deux résistancesR_éq = (R₁ × R₂) / (R₁ + R₂).
Exemple : 100 Ω et 100 Ω donnent 200 Ω en série, mais 50 Ω en dérivation. Mettre des résistances en dérivation diminue toujours la résistance totale.
Erreurs fréquentes
- Juger le montage à l’œil : deux lampes côte à côte sur un dessin ne sont pas forcément en dérivation. Il faut chercher les nœuds.
- Inverser les lois : en série c’est l’intensité qui est la même ; en dérivation c’est la tension.
- Croire qu’un interrupteur en dérivation coupe tout : un interrupteur fermé placé en dérivation sur une lampe la court-circuite et l’éteint, sans couper les autres.
Exercice corrigé
Énoncé. Une pile de 6 V alimente deux lampes L₁ et L₂. 1) En série, on mesure U₁ = 3,8 V. Que vaut U₂ ? 2) En dérivation, on mesure I₁ = 0,20 A et I₂ = 0,30 A. Que vaut l’intensité dans la branche principale et la tension aux bornes de L₁ ?
Corrigé.
- Additivité des tensions :
U₂ = 6 − 3,8 = 2,2 V. - Loi des nœuds :
I = 0,20 + 0,30 = 0,50 A. En dérivation,U₁ = 6 V(même tension que la pile, si l’on néglige les pertes dans les fils).
Questions fréquentes
« En parallèle » et « en dérivation », est-ce la même chose ?
Oui. « En dérivation » est le terme employé dans les programmes scolaires français ; « en parallèle » est courant en électronique et au Québec.
Pourquoi une guirlande entière s’éteint-elle parfois quand une ampoule grille ?
Parce que ses ampoules sont montées en série : une ampoule grillée ouvre l’unique boucle. Les guirlandes récentes à DEL combinent souvent plusieurs petites séries montées en dérivation.
Quel montage use le plus vite la pile ?
Le montage en dérivation, car le générateur fournit la somme des courants de toutes les branches. Les lampes brillent davantage, mais la pile s’épuise plus vite.