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Courant, tension et intensité...

L’électronique pour le musicien partie 3
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Pour comprendre le fonctionnement d’un montage, si basique soit-il, quelques notions théoriques s'avèrent indispensables. Nous allons de fait nous pencher sur le courant électrique en lui-même, et aborder deux unités de mesures qui le concernent.

T’es au courant ?

Le courant électrique est le phénomène qui se produit lorsque des particules subatomiques, chargées électriquement, se déplacent au sein d’un conducteur. Expliquons cette notion…

Art3 PHOTO 1Il existe deux types de particules chargées : celles porteuses d’une charge électrique négative (ce sont les électrons) et celles qui ont une charge positive (les protons).

Les électrons et les protons existent au sein de toute matière. Dans certaines (métaux, eau, charbon…), ils peuvent se déplacer. On dit ainsi que ces matériaux sont « conducteurs ». Lorsque les particules chargées se mettent en mouvement, on nomme ce phénomène : courant électrique.



NB : dans la plupart des conducteurs, seuls les électrons entrent en mouvement. Il existe toutefois des conducteurs où les protons peuvent se déplacer (on parle de courant protonique). Pour faire simple, je parlerai à partir de maintenant de « déplacement d’électrons ».

Au sein de la matière, le nombre des électrons et des protons est globalement « équilibré », hors activité électrique. Un courant se produit lorsqu’un déséquilibre apparaît entre deux bornes (deux points, deux endroits si l’on veut) au sein d’un conducteur : par des forces d’attraction et de répulsion, les électrons se mettent en mouvement pour se rééquilibrer.

Art3 PHOTO 2

En disant cela, on a déjà établi les bases pour comprendre ce que sont la tension et l’intensité.

V comme… tension électrique

La tension est une notion un peu compliquée à vulgariser, d’autant plus qu’elle se rapproche d’autres notions, comme la force électromotrice par exemple. Je vais donc tenter une définition imparfaite, mais qui devrait vous donner une idée suffisante à ce niveau.

On peut définir la tension comme la différence d’état électrique entre deux points de mesure. Expliquons cela.

Prenons l‘exemple d’une pile 9V : elle a deux bornes (+ et -). À sa borne négative, il y a trop d’électrons, et pas assez à sa borne positive. Il y a un déséquilibre, une différence entre les états de charge électrique des deux bornes. L’état de charge se nomme « potentiel » : on parlera donc d’une différence de potentiel (d.d.p.) entre ces deux bornes.

Art3 PHOTO 3

Cette notion de différence de potentiel est si proche de celle de tension, que nous les considérerons comme égale.

Pourquoi la tension aux bornes d’une pile génère-t-elle un courant ?

Si on veut faire dans l’anthropomorphisme, on pourrait dire que les charges électriques aux bornes de la pile « veulent » se rééquilibrer. Si on met cette pile en circuit, la tension à ses bornes va mettre en mouvement les électrons présents dans les conducteurs de ce circuit. La borne négative (en surplus de charges négatives) repousse les électrons, la borne positive (en manque de charges négatives) les attire. Un courant va donc se produire dans le circuit, généré par la tension aux bornes de la pile (puisque mouvement des électrons = courant).

La tension est symbolisée par la lettre U, et se mesure en volts (V).

Dans le cas de notre pile, la différence de potentiel à ses bornes est de 9V (mais ça on le savait déjà).

Comme le mot « différence » l’indique, elle se mesure en comparant deux points. Par exemple, dans un circuit, on choisit souvent un point dont l’état de charge est stable (son potentiel = 0 volts), et qui sert de référence pour mesurer le potentiel de l’autre point.

Attention, il n’est pas toujours nécessaire que le référent soit à 0 volt. En effet, on peut mesurer une différence, par exemple, entre un point à 10 volts et un à 20 volts (la différence de potentiel sera de 20 – 10 = 10 volts). Ce n’est qu’un exemple, mais retenez bien ce point, car il nous servira beaucoup par la suite.

NB : on trouve parfois l’anglicisme « voltage » : en français, l’usage du terme « tension » est préférable.

Et l’intensité…?

Lorsqu’il y a un courant électrique, l’intensité est la mesure du nombre de charges qui parcourent le conducteur en un temps donné.

Elle est symbolisée par la lettre I et se mesure en ampères (A).

Pour utiliser une analogie classique, si le courant électrique était un flux de liquide, l’intensité serait le nombre de litres s’écoulant en un point donné, durant un temps donné.

Pour aller plus loin : l’ampère est en relation avec une autre unité, le coulomb (C), qui représente un nombre fixe de charges (pour les plus curieux, 1 coulomb = 6.241509 6471204 x 1018 charges… voilà, maintenant vous pouvez briller en soirée).

Reprenons donc la première phrase de cette partie : si l’intensité mesure le nombre de charges par rapport au temps, on comprend facilement la formule suivante : A = C / S, c’est-à-dire 1 ampère = 1 coulomb par seconde.

Art3 PHOTO 4

NB : là aussi, on trouve parfois l’anglicisme : « ampérage ». Encore une fois, préférez « intensité » en français.

Courant continu, courant alternatif

Pour terminer cet article, un point rapide sur ces deux termes, pour les plus débutants. Le courant électrique au sein d’un circuit peut se manifester sous une forme continue ou alternative. En audio, les deux formes coexistent dans presque tous les circuits.

Dans un circuit électronique audio, le courant continu (CC ou, anglicisé, DC) sera le courant d’alimentation.

C’est lui qui permet aux transistors, aux AOP ou aux tubes de « travailler » et d’amplifier le signal. Un courant continu a une tension et une intensité fixe, indépendamment du temps. De manière graphique, cela donne :

Art3 PHOTO 5

Un courant continu a lieu dans une seule direction. Comme on l’a évoqué au tout début de cet article, le courant est basé sur le mouvement des charges polarisées (électrons). On utilise cette polarisation pour marquer le sens du courant continu. Ainsi, si l’on place une pile dans un circuit, le sens du courant se marque de façon conventionnelle depuis la borne + vers la borne -.

Art3 PHOTO 6
Schéma d’une pile qui alimente un moteur

Une expérience simple pour observer l’existence d’une direction du courant continu : une pile raccordée à un moteur le fera tourner dans un sens ; inversez les connexions de la pile, le moteur tournera dans l’autre sens.

De même, de par cette polarité du courant continu, on dira souvent que l’on « polarise » tout ou partie d’un composant auquel on applique un courant continu.

NB : Le courant continu est bien pratique pour utiliser l’analogie du flux de liquide : comme une rivière, il s’écoule de façon constante dans une même direction.

En audio, un signal se transmet sous la forme d’un courant alternatif.

Un courant alternatif (CA ou, anglicisé, AC) est périodique, c’est-à-dire qu’il change de direction dans le temps (précisément il change de direction deux fois durant un cycle). Expliquons cela :

Sa représentation graphique la plus simple et la plus courante est la suivante :

Les Mains dans le Cambouis : Art3 PHOTO 7

Analysons la photo ci-dessus : on y voit un cycle complet (on nomme cela une « période ») ; la tension passe d’abord de 0 à 9V, puis redescend à 0, puis passe de 0 à -9V, puis revient à 0 à nouveau. Et ça recommence.

Un courant alternatif possède une fréquence. Qu’est-ce que cela signifie ? Prenons l’exemple du courant secteur en Europe : il a une fréquence de 50Hz, ce qui revient à dire qu’il répète son cycle 50 fois par seconde.

NB : Ici, l’analogie du flux liquide ne fonctionne plus du tout. En effet, il faudrait imaginer une rivière dont le flux s’inverserait, avec de l’eau qui irait d’avant en arrière. Ça ne ressemble plus à rien. Alors qu’en électricité, le fait que les électrons changent de direction n’a aucune importance, ce qui compte, c’est qu’ils se déplacent puisque le courant = le déplacement des électrons.

Vous savez probablement qu’on parle également de fréquence (Hz) pour mesurer la hauteur d’une note. Sans rentrer dans des détails beaucoup trop complexes à ce stade, on ne sera pas étonné qu’un signal musical soit transmis sous la forme de tensions alternatives.

Dans le prochain article, nous aborderons la loi d’Ohm…

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Les composants passifs : le condensateur
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