Principes de l’électricité en courant continu.

Les principes de base et leur intérêt sur un bateau

En électricité on parle de trois grandeurs principales : la Tension (ou différence de potentiel), la Résistance, l’Intensité. La tension se mesure en Volts (V), l’Intensité en Ampères (A) et la résistance en Ohms (Ω). Par exemple la tension d’une batterie de 12V est au repos de 12,7 V environ. Pour comprendre ces grandeurs, on peut faire une analogie avec de l’eau.

Imaginons un réservoir d’eau avec un tuyau en dessous permettant à l’eau de s’écouler. Plus le tuyau est incliné, plus l’eau s’écoule. La quantité d’eau qui s’écoule pendant 1 seconde sera plus grande si la différence de hauteur entre l’entrée et la sortie du tuyau est plus grande. Elle sera aussi plus grande si le diamètre du tuyau est plus grand. La différence de hauteur est équivalente à la tension (U) entre les bornes de la batterie, le diamètre du tuyau est équivalent à la résistance d’un appareil électrique (R )et la quantité d’eau est équivalente à l’intensité du courant (I).

 

Une ampoule branchée au bornes d’une batterie possède une résistance. C’est-à-dire qu’elle laisse plus ou moins passer le courant. La batterie présente une tension à ses bornes. Le courant qui passe dans le circuite est I. La règle en courant continu est U=R x I. Plus U est grand, pus l’intensité du courant est forte, plus R est petit plus l’intensité du courant est forte. Ce qui est la même chose que plus la hauteur du tuyau est grande, plus l’eau s’écoule et plus le tuyau est large plus l’eau s’écoule.

Concernant les appareils que nous utilisons sur un bateau, on ne connaît en général pas R mais nous pouvons le mesurer.  U est fixe, c’est arbitrairement 12V. Donc si nous savons qu’une ampoule laisse passer un courant de 1 A, c’est qu’elle a une résistance R = U/I=12/1= 12 Ohms. Mais ceci n’est très intéressant, ce qui nous intéresse vraiment sur un bateau c’est la puissance consommée car c’est elle qui vide les batteries.

La puissance électrique P exprimée en Watts (W) est égale à U x I. Par exemple notre ampoule consomme 12W. Comme U est fixé à 12V, on peut très bien ramener la mesure de la puissance consommée à I. Comme par ailleurs la puissance d’une batterie est exprimée en Ah (voir le post Comprendre le fonctionnement d’une batterie), ce qui nous intéressera dans la consommation du bateau c’est le nombre d’Ampères consommés par l’installation par heure. Par exemple si je laisse mon ampoule allumée une heure, j’ai consommé 1Ah.

Les différents montages

Vous avez sûrement entendu parler de montage en série et de montage en parallèle. De quoi s’agit-il ?

Imaginons que sous notre réservoir d’eau nous mettions 2 tuyaux.

Le premier a une résistance de R1, il laisse passer une quantité d’eau égale à I1, U=R1 x I1. Le second a une résistance R2 et laisse passer une quantité d’eau I2, U= R2 x I2. Nous avons ici un montage en parallèle. C’est-à-dire que deux dispositifs laissent passer l’eau chacun de son côté. La quantité d’eau total qui sort du bac est I = I1 + I 2.  Si on connaît U et R1 et R2 on peut calculer I. Mais ce qui est important de comprendre c’est que chaque élément va avoir le même U (même tension à ses bornes) et que chaque élément laissera le courant passer sans interférence avec l’autre. Pour s’amuser calculons I.

I = I1 + I2 = U/R1 + U/R2=(R2*U)/R1*R2+ (R1*U)/R1*R2= ((R2*U)+(R1*U))/R1*R2=((R2+R1)/R1*R2)*U

I = ((R1+R2)/R1*R2)*U donc U= ((R1*R2)/(R1+R2))*I

La résistance du montage en parallèle de R1 et R2 est R1*R2/(R1+R2). Donc si on monte deux appareils de 10 Ω en parallèle, c’est équivalent à monter un seul appareil d’une résistance de 10*10/20 = 5Ω.

 

Voilà un montage parallèle de deux lampes sur une batterie. Les deux lampes fonctionnent indépendamment et éclairent normalement. Si une lampe allumée une heure consomme 1 Ah, les deux lampes vont consommer 2 Ah. Les montages de nos bateaux sont en parallèle, donc pour connaître notre consommation, il suffit d’additionner la consommation de chaque appareil.

 

 

Imaginons maintenant que notre tuyau se rétrécisse à partir d’un certain point.

C’est ce que nous appellerons un montage série. Les deux tuyaux sont branché l’un après l’autre. La différence de hauteur du premier segment de tuyau est U1, celle du second est U2. U = U1 + U2.

Comment calculer I la quantité d’eau qui va passer dans les tuyaux.

U1 = R1 * I1 et U2 = R2 * I2.

U = U1 + U2 = R1 * I1 + R2 * I2. Mais est-ce que I1 et I2 peuvent être différents ? Peut-il y avoir plus d’eau qui coule dans la partie haute du tuyau que dans la partie basse ? Non bien sûr, où irait-elle ?

Donc I1= I2 = I.

U = R1 * I + R2 * I = (R1 + R2) *I

I = U/ (R1+R2)

Ce qu’il faut en retenir, c’est que si l’on branche deux appareils en série, leurs résistances s’additionnent. Donc le courant qui passe dans le circuit est plus faible que si on branche les appareils indépendamment.

Que se passe-t-il si nous branchons nos deux lampes de 12W en série ?

On a vu qu’une lampe de 12W a une résistance R1 ou R2 ici de 12 Ohm. Donc nous aurons au total une résistance de 24 Ohm. Le courant I qui va passer suit la loi U=R*I donc I=U/R= 12/24=0,5A.

Dans chaque lampe in passera 0,5 A au lieu de 1A lorsqu’elle est branchée seule. Eclaire-t-elle aussi bien ? Si U1 est la tension aux bornes de la première lampe, cette tension U1 = R1 * I = 12 * 0,5= 6V. La puissance fournie par la lampe est donc P=U*I = 6*0,5= 3W au lieu des 12 Watts nominaux. Elle éclairera donc nettement moins bien.

 

En pratique, on ne fait jamais un montage en série sauf si un composant à une très faible résistance comparé à l’autre. Si R1 est très petit par rapport à R2, la résistance totale R1+R2 sera presque égale à R2.

Néanmoins ces notions sont très importantes pour comprendre ce que l’on fait lorsque l’on mesure la tension ou la résistance avec un testeur (voir article Mesurer le courant continu).

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