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 Par , publié ou actualisé le 13 mars 2012
 Rubrique "Cours électricité"

Le courant électrique

Pour comprendre ce qu'est le courant électrique, il nous faut commencer par nous faire une idée plus précise de ce qu'est l'électricité, au sens large. Où prend-elle sa source et dans quel milieu évolue-t-elle ? 

Nous allons tenter de décrire ces phénomènes par comparaison avec d'autres phénomènes connus, et n'en déplaise aux puristes, en prenant parfois quelques raccourcis. Il est toutefois quelques notions fondamentales qui n'ont pas d'équivalents dans d'autres domaines et qu'il nous faudra aborder.  

Ce premier cours est en quelque sorte une introduction aux rouages de l'électricité.

Le courant…

Nous connaissons d'autres formes de courant, comme le courant d'air ou encore celui de l'eau. C'est le déplacement d'un groupe d'éléments de même nature (eau, air,...) et dans une même direction. courant d'eau entre deux réservoirs

Un courant peut être généré de manière naturelle, notamment par gravité terrestre et des écarts de température. Il peut aussi être créé de manière artificielle, soit par reproduction des phénomènes naturels, soit en appliquant aux éléments des contraintes mécaniques ou chimiques.
Un simple balayage de la main est une contrainte mécanique capable de déplacer de l'air comme de l'eau. Ici à droite ce sont les volumes d'eau qui associés à la gravité vont être à l'origine de la formation d'un courant entre les deux réservoirs, jusqu'à arriver à un équilibre des niveaux de ces derniers. C'est le principe des vases communicants.

Un phénomène électrique naturel bien connu est la foudre, et nous savons également produire de l'électricité par procédés chimiques et mécaniques, mais il est encore trop tôt pour en parler.

… électrique

Les mots « électrique » ou « électricité » nous viennent de l'une des plus petites particules qui soient, l'électron.

Le monde est un peu comme une gigantesque cuisine avec ses différents ingrédients, dont certains comme le chocolat sont eux-mêmes des mélanges d'autres éléments (sucre, cacao, etc.), à leur tour constitués de sous-éléments plus primaires encore.  La matière telle que nous la connaissons est ainsi constituée, de sous-éléments imbriqués, chauffés, compressés... lui donnant son aspect et ses propriétés finales : solide, liquide, gazeux, lisse, poreux, opaque, translucide, …, conducteur et isolant. 

Pour trouver notre fameux électron, il nous faut descendre jusque dans les éléments de base qui constituent la matière, les atomes. 

vue d'un atome avec ses électrons et son noyau (protons/neutrons)


C'est dans l'atome que l'électricité prend sa source. 

Les électrons tournent inlassablement autour d'un noyau central et ne peuvent pour la plupart s'en échapper.
Noyau et électrons sont chargés électriquement. Les électrons sont des charges négatives (-) attirées par le noyau, lui de charge positive (+). Les charges électriques se comportent comme en magnétisme :

+ et - s'attirent
+ et + se repoussent
- et - se repoussent


Le nombre d'électrons dépend de la nature du noyau, et lorsqu'un atome comporte tous ses électrons ont dit de lui qu'il est électriquement neutre (autant de + que de -). Les électrons ayant la faculté de s'échapper sont appelés "électrons libres".

Le courant électrique résulte d'un déplacement plus ou moins massif d'électrons (charges électriques) dans une certaine direction. 

illustration du comportement des électrons dans un circuit électrique


Une pile se comporte comme si l'on avait aspiré tous les électrons libres d'un réservoir (le +, électrons en sous-nombre) pour les entasser dans le second (le -, électrons en sur-nombre). Ainsi, dès que l'on relie ces deux résevoirs, les électrons libres entassés dans l'un se précipitent vers l'autre jusqu'à atteindre un niveau d'équilibre (pile usagée).

Le filament de l'ampoule ici représentée agit comme un entonnoir, freinant ainsi le passage des électrons qui par frottements et du fait de leur vitesse élevée dégageront de la chaleur.

Certains lecteurs seront certainement surpris par le sens du courant ici représenté , du moins de la pile vers le plus. Il ne s'agit pas d'une erreur mais bien du sens réel du courant électrique.
Le sens conventionnel, donc du + vers le -, fut déterminé jadis pensant que les électrons étaient chargées positivement, hors c'est bien l'inverse qui se produit. Les scientifiques de l'époque ont néanmoins jugé bon de conserver cette convention déjà trop bien établie.

Isolants et conducteurs

Un isolant est de la matière (matériau) dont les atomes ne comportent pas d'électrons libres. Leur nombre reste constant et équilibré, les rendant hermétiques au passage d'autres électrons. L'air, le verre et le plastique sont des matières isolantes. 

Les matériaux conducteurs ont quant à eux de ces électrons libres, et plus ils en auront plus la « conduction » s'en trouvera facilitée. Nous pouvons comparer les électrons libres d'un conducteur à de l'eau stagnante dans un tuyau (un conduit). Circuit fermé ils sont présents dans le conducteur, mais à l'arrêt, attendant d'être de nouveau soumis à une force, la tension comparable à la pression des fluides. 

Tous les conducteurs n'ont pas les mêmes propriétés conductrices. Les métaux sont connus pour être de bons conducteurs, notamment l'or, le cuivre et l'aluminium, ces deux derniers étant les plus largement utilisés. 

L'or est le meilleur conducteur des trois, mais il est rare donc cher. Il est aussi plus dense que les deux autres le rendant impossible à manipuler à froid. On en trouvera sur certains circuits imprimés en petites quantités (électronique). 
Le cuivre est bon conducteur et souple, constituant la majorité de nos câbles et fils électriques. 
L’aluminium est moins bon conducteur que le cuivre, mais est aussi plus abondant, souple, léger et fragile. Il est possible de compenser cette moins bonne conduction en augmentant sa surface. Les conducteurs en aluminium étant moins chers et plus volumineux que ceux en cuivre, ils seront davantage utilisés pour les forts besoins en courant et les longues distances (réseau ERDF et grosses alimentations).  

L'eau connue pour être conductrice du courant ne l'est en réalité que si elle est impure. L'eau peut en effet se charger d'autres particules (molécules pour être exacte) conductrices comme le fer. 
L'air quant à lui, bien qu'il puisse également contenir toutes sortes de particules, la gravité terrestre fait que les métaux restent en grande partie cloués au sol. L'eau en s'évaporant laisse donc derrière elle ses propriétés conductrices, faisant de l'air un très bon isolant.

Résistance

Comme évoqué précédemment tous les matériaux, métaux y compris, ne se valent pas. Certains conduisent mieux le courant électrique que d'autres, et leur capacité à faciliter le passage du courant fait appel à la notion de conductivité (conduit plus ou moins bien). 

La conductivité du cuivre est meilleure que celle de l'aluminium, mais elle n'est pas parfaite, tout comme l'air bien qu'offrant moins de résistance que l'eau nous freine également dans nos déplacements, nous amenant également à la notion de résistivité. 

Le courant est donc ralenti dans sa course, quel que soit le matériau parcouru. Cela s'explique en partie du fait que les électrons ne se déplacent pas de manière linéaire. Ils se frayent un chemin entre les atomes et se gênent mutuellement. Plus ils progressent difficilement plus ils gaspillent de l'énergie, dissipée sous forme de chaleur. 

Synthèse

Les électrons sont partout et en quantité infinie. Certains ont la faculté de se déplacer (matériaux conducteurs) d'autres non (matériaux isolants). 

Lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique (attraction / répulsion) les électrons libres dans leur déplacement forment un flux d'électrons plus ou moins dense (intensité), appelé « courant électrique ». 

À propos de ce cours

Nous avons fait notre possible pour vous épargner des termes et informations inutiles à la compréhension des bases de l'électricité, mais comme énoncé en introduction il en est qui peuvent difficilement être évité pour bien comprendre les mécanismes. 

Certains lecteurs trouveront au contraire que le présent « cours » présente trop d'imprécisions, voire des inexactitudes. L'espace de commentaires qui suit est là pour vous permettre de vous exprimer à ce sujet et éventuellement nous aider à l'améliorer, mais avant cela il convient de se faire une idée précise du public visé et de se poser la question suivante : « Cette information est-elle utile à la compréhension dans son ensemble, ou ne va-t-elle pas la compliquer inutilement au risque d'en décourager un grand nombre ? ». 

Ce cours d'introduction n'a pas pour prétention de vouloir former de futurs spécialistes. L'idée est simplement ici d'aider nos lecteurs les moins avertis à se faire une idée plus précise de ce qu'est l'électricité. À noter également qu'il s'en suivra d'autres publications s’inscrivant dans une démarche progressive. 


Comme à l'habitude, les questions personnelles sont à poser sur le forum. Pour les critiques positives comme négatives, l'espace commentaires qui suit est à votre disposition. 

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9 commentaires
le 08 septembre 2012 à 18h54
isabelle
J'ai beaucoup aimé ce cours. Ça m'a vraiment aider à comprendre.
le 02 octobre 2012 à 00h54
Yohan
Simple, suffisant, parfait pour commencer sans se faire peur.
le 16 octobre 2012 à 17h56
Boanes
j'ai aime ce cours m'a aider a comprendre l’électricité...
le 18 octobre 2012 à 19h18
Profil
gibus24
bon, bon, je dirais meme mieux!!!! bon
quoi d'autre
bon @+
le 15 août 2013 à 13h04
Rattier
je souhaite connaître l'essentiel de l'électricité domestique et votre cours est d'un ton agréable et d'une pédagogie intelligente. merci
le 09 octobre 2013 à 13h38
JM
je suis formateur dans un CFA, et j'étais à la recherche de ressources pédagogiques sur les notions d'électricité et je trouve ce dossier très bien fait.
le 14 octobre 2013 à 22h01
vincent
Merci de partager votre savoir. C'est clair. Bien fait.
le 23 octobre 2013 à 22h49
André
Retraité, un rafraîchissement indispensable même si le début parait simple. Comme l'écrit Rattier, la pédagogie est intelligente.
le 14 février à 16h58
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Chimerebx
Merci de ce travail de vulgarisation bien fait. Je savais ça, (si si) mais face à un travail d'extension de réseau, un rappel est le bienvenu !
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