Le circuit électrique

Introduction

L’électricité est partout : la lampe de ta chambre, ta lampe de poche, tes écouteurs… Tous ces objets contiennent un circuit électrique.

Dans ce chapitre, tu vas apprendre à reconnaître les composants d’un circuit, à les représenter avec leurs symboles, et à distinguer deux façons de les brancher : en série et en dérivation.

I. Les composants d’un circuit

Pour faire briller une lampe, il faut un générateur (la pile) qui fournit l’énergie, des fils de connexion, et un récepteur (la lampe). On peut ajouter un interrupteur pour allumer et éteindre.

Chaque composant qui possède deux bornes s’appelle un dipôle. Pour dessiner un circuit simplement, chaque dipôle est représenté par un symbole normalisé — le même pour tout le monde.

Vocabulaire. Le générateur (la pile) fournit l’énergie. La lampe et le moteur sont des récepteurs. L’interrupteur ouvre ou ferme le circuit. Les fils de connexion relient les dipôles.

II. Le circuit électrique simple

Un circuit électrique simple est une boucle : le courant part d’une borne de la pile, traverse les fils et la lampe, puis revient à l’autre borne.

• Si la boucle est complète, le courant circule et la lampe brille : le circuit est fermé.
• Si la boucle est coupée (interrupteur ouvert, fil débranché), le courant ne circule plus et la lampe s’éteint : le circuit est ouvert.

À retenir. Circuit fermé = la lampe brille (le courant circule). Circuit ouvert = la lampe est éteinte (le courant ne circule pas).

Le sens du courant. Par convention, on représente le courant par une flèche qui sort de la borne + de la pile, parcourt le circuit, et revient par la borne –.

Expérience 1 — Allumer une lampe

• Matériel : une pile, une lampe, un interrupteur, des fils de connexion.
• Protocole : relie la pile, la lampe et l’interrupteur en une boucle ; ouvre puis ferme l’interrupteur.
• Observation : interrupteur fermé → la lampe brille ; interrupteur ouvert → la lampe s’éteint.

Conclusion. La lampe ne brille que si le circuit est fermé (la boucle est complète).

III. Le circuit en série

Dans un circuit en série, tous les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres, en formant une seule boucle.

Le circuit en série a deux particularités :

• si une lampe grille ou est dévissée, la boucle est coupée : toutes les autres lampes s’éteignent ;
• plus on ajoute de lampes en série, moins elles brillent (l’énergie de la pile est partagée entre toutes).

Expérience 2 — En série, que se passe-t-il si on dévisse une lampe ?

• Matériel : une pile, deux lampes, des fils.
• Protocole : branche les deux lampes en série ; dévisse une des deux lampes.
• Observation : quand on dévisse une lampe, l’autre s’éteint aussi.

Conclusion. En série, les dipôles dépendent les uns des autres : si l’un est coupé, tout le circuit est ouvert.

IV. Le circuit en dérivation

Dans un circuit en dérivation, les dipôles sont placés sur des branches séparées, reliées à la pile. Les points où les branches se rejoignent s’appellent des nœuds.

Le circuit en dérivation a l’avantage inverse du circuit en série :

• si une lampe grille, les autres continuent de briller (chaque branche est indépendante) ;
• chaque lampe reçoit l’énergie de la pile : les lampes brillent normalement.

C’est pour cela que, dans une maison, les lampes sont branchées en dérivation : si une ampoule grille, les autres restent allumées.

À retenir. Série = une seule boucle, les dipôles dépendent les uns des autres. Dérivation = plusieurs branches reliées par des nœuds, chaque branche est indépendante.

V. Conducteurs et isolants

Pour que le courant circule, les fils doivent être en matériau conducteur.

• Un conducteur laisse passer le courant électrique (les métaux : cuivre, fer, aluminium…).
• Un isolant ne laisse pas passer le courant (le plastique, le verre, le bois sec, le caoutchouc…).

C’est pour cela que les fils électriques sont en métal (conducteur) recouvert de plastique (isolant), pour qu’on puisse les manipuler sans danger.

Expérience 3 — Conducteur ou isolant ?

• Matériel : une pile, une lampe, des fils, et des objets variés (trombone, règle en plastique, clou, gomme, pièce de monnaie…).
• Protocole : laisse un espace dans le circuit et place chaque objet pour essayer de fermer la boucle ; observe si la lampe brille.
• Observation : la lampe brille avec les objets en métal (conducteurs) ; elle reste éteinte avec le plastique, le bois, la gomme (isolants).

Conclusion. Seuls les matériaux conducteurs laissent passer le courant.

VI. Attention au court-circuit

Si on relie directement les deux bornes de la pile par un fil (sans récepteur), on crée un court-circuit. Le courant devient très important, les fils et la pile chauffent fortement : c’est dangereux (risque de brûlure ou d’incendie) et la pile s’use très vite.

Le sais-tu ? Dans une maison, le disjoncteur coupe automatiquement le courant en cas de court-circuit, pour éviter les accidents.

L’essentiel à retenir

À retenir.

• Un circuit électrique est une boucle : générateur (pile) + récepteurs (lampe…) + fils, parfois un interrupteur.
• Circuit fermé → le courant circule (lampe allumée) ; ouvert → pas de courant.
• Le courant circule de la borne + vers la borne – (à l’extérieur de la pile).
• Série : une seule boucle ; si un dipôle est coupé, tout s’éteint.
• Dérivation : des branches indépendantes (nœuds) ; si une lampe grille, les autres restent allumées.
• Conducteur : laisse passer le courant (métaux) ; isolant : ne le laisse pas passer (plastique, verre…).

Exercices

Exercice 1 — Vrai ou faux

Pour chaque affirmation, réponds par vrai ou faux et justifie :

1. Une lampe brille seulement si le circuit est fermé.
2. Le courant sort de la borne – de la pile.
3. En série, si une lampe grille, les autres restent allumées.
4. Le plastique est un bon conducteur.

Exercice 2 — Série ou dérivation ?

Pour chaque situation, indique s’il s’agit d’un circuit en série ou en dérivation :

1. Deux lampes branchées l’une à la suite de l’autre, dans une seule boucle.
2. Deux lampes sur deux branches séparées reliées à la pile.
3. Quand on dévisse une lampe, l’autre s’éteint aussi.
4. Quand une lampe grille, l’autre continue de briller.

Exercice 3 — Conducteur ou isolant ?

Range ces matériaux dans la bonne colonne : cuivre — plastique — fer — verre — aluminium — bois sec.

Conducteurs	Isolants
…	…

Exercice 4 — Le bon branchement

Dans une maison, on veut que chaque lampe puisse être allumée ou éteinte sans éteindre les autres.

1. Faut-il brancher les lampes en série ou en dérivation ? Justifie ta réponse.

Exercice 5 — Petit raisonnement

On branche 3 lampes identiques en série sur une pile. Puis on branche ces mêmes 3 lampes en dérivation sur la même pile.

1. Dans quel cas les lampes brillent-elles le plus ? Justifie.

Corrigés

Corrigé de l’exercice 1

1. Vrai.
2. Faux. Le courant sort de la borne + (et revient par la borne –).
3. Faux. En série, si une lampe grille, le circuit est ouvert : toutes les lampes s’éteignent.
4. Faux. Le plastique est un isolant.

Corrigé de l’exercice 2

1. Série. — 2. Dérivation. — 3. Série. — 4. Dérivation.

Corrigé de l’exercice 3

Conducteurs	Isolants
cuivre, fer, aluminium	plastique, verre, bois sec

Corrigé de l’exercice 4

1. En dérivation : chaque lampe est sur une branche indépendante, donc on peut en éteindre une sans couper les autres.

Corrigé de l’exercice 5

1. Les lampes brillent le plus en dérivation : chaque lampe reçoit toute l’énergie de la pile. En série, l’énergie est partagée entre les 3 lampes, donc chacune brille moins.