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pédago

Courant, tension et intensité...

L’électronique pour le musicien partie 3

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.

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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 ©, qui repré­sente un nombre fixe de charges (pour les plus curieux, 1 coulomb = 6.241509 6471204 × 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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