Schémas, dipôles et conventions de signe

Mariam a passé une heure sur un exercice qui ne tombait jamais juste, à cause d'une seule flèche posée à l'envers. Un circuit mal dessiné est un circuit mal calculé. Ici, tu apprends à lire et à dessiner un schéma, puis à le préparer pour le calcul. Tu vas repérer les nœuds, les branches et les mailles, qui sont le vocabulaire des lois de Kirchhoff. Tu vas surtout apprendre à placer les flèches de courant et de tension avant de calculer. Ce petit travail prend deux minutes, et il t'évite de perdre une heure à chercher une erreur de signe. On prendra l'exemple d'une lampe solaire, avec son panneau, sa batterie et sa LED.

Chaque composant a son symbole. La résistance se dessine par un rectangle dans les schémas européens et africains, et souvent par un zigzag dans les schémas venus d'Amérique du Nord, comme ceux de LTspice. Ne t'en inquiète pas, c'est le même composant. La masse est un petit symbole en forme de râteau ou de triangle : tous les points qui le portent sont reliés entre eux. Retiens enfin qu'un schéma montre qui est relié à qui. Sur la carte de la lampe solaire, la LED peut être à l'autre bout du circuit imprimé, elle sera quand même dessinée à côté de sa résistance.

Trois mots vont revenir sans cesse. Un nœud est un point où au moins trois conducteurs se rejoignent. Une branche est la portion de circuit entre deux nœuds voisins : tous ses éléments sont traversés par le même courant. Une maille est un chemin fermé, qu'on parcourt en revenant au point de départ sans passer deux fois par le même nœud. Prends l'habitude de marquer les nœuds par des lettres, A, B, C, et de colorier les mailles. Sur le circuit classique où chaque source est en série avec une résistance et où la troisième résistance relie le point milieu à la masse, tu trouveras deux nœuds, trois branches et deux mailles indépendantes.

Avant de calculer, tu places sur chaque branche une flèche qui donne le sens du courant. Tu peux choisir ce sens au hasard, et c'est ce qui surprend souvent au début. Le calcul fera le reste. Si tu trouves un courant positif, il circule bien dans le sens de ta flèche. Si tu trouves moins deux milliampères, il circule dans l'autre sens, avec une valeur de deux milliampères. Ce n'est pas une erreur. L'erreur, c'est de changer de sens en cours de route, ou d'oublier la flèche sur une branche. Une fois posée, une flèche ne bouge plus jusqu'à la fin du calcul.

Pour la tension, l'usage francophone est de dessiner une flèche à côté du dipôle. La pointe de la flèche indique le point dont on mesure le potentiel, la queue indique le point de référence. Ainsi, la tension U A B se représente par une flèche qui pointe vers A. Si tu inverses la flèche, tu obtiens U B A, qui vaut l'opposé. Comme pour le courant, tu choisis librement, puis tu lis le signe du résultat. Sur ton multimètre, la borne rouge joue le rôle de la pointe et la borne noire celui de la queue : la convention et la mesure parlent la même langue.

Pour une résistance, une LED ou un moteur, on utilise la convention récepteur : la flèche de tension et la flèche de courant sont dessinées en sens contraires. Le produit U fois I donne alors la puissance reçue. Pour une pile ou un panneau solaire, on utilise souvent la convention générateur : les deux flèches vont dans le même sens, et U fois I donne la puissance fournie. Un même dipôle peut changer de rôle. Une batterie de lampe solaire fournit de l'énergie la nuit, mais elle en reçoit le jour, quand le panneau la recharge. Le signe de la puissance te le dit.

Prenons une petite lampe solaire comme on en vend sur les marchés d'Afrique de l'Ouest. Le jour, le panneau fournit de l'énergie et la batterie la reçoit : le courant entre par la borne plus de la batterie. La nuit, un petit circuit coupe le panneau et la batterie alimente la LED à travers une résistance. Si tu dessines ces deux situations avec les mêmes flèches, tu verras le courant de batterie changer de signe entre le jour et la nuit. C'est exactement ce que la convention permet de lire sans se tromper. Tu reverras ce montage plusieurs fois dans le parcours.

Retiens la méthode en quatre gestes. Tu dessines un schéma propre, avec des symboles clairs. Tu marques les nœuds par des lettres et tu repères les mailles. Tu poses une flèche de courant sur chaque branche et une flèche de tension sur chaque dipôle, puis tu n'y touches plus. Enfin, tu lis le signe des résultats : il te donne le vrai sens, et il te dit qui reçoit l'énergie et qui la fournit. Prends cette habitude dès maintenant, même sur les circuits les plus simples.