1.2 Tension, intensité, résistance, puissance : les quatre grandeurs de base

Pour créer un courant, un générateur accumule des électrons sur sa borne négative. Cela provoque une différence de charge entre ses deux bornes, appelée différence de potentiel ou tension. Elle s'exprime en volts (symbole V), avec ses multiples et sous-multiples : le millivolt (mV, soit 0,001 V) et le kilovolt (kV, soit 1 000 V).

L'énergie électrique produite est proportionnelle à la tension : un générateur « haute tension » met en jeu beaucoup plus d'énergie qu'un générateur « basse tension ». Les ordres de grandeur donnés par l'INRS :

Des transformateurs abaissent ensuite ces tensions jusqu'à des valeurs de 230 à 400 V. La tension se mesure toujours entre deux points : on parle de la tension « aux bornes » d'un appareil.

Le courant ne peut exister que si le circuit est relié, de part et d'autre, aux bornes d'un générateur de façon à former une boucle fermée. L'intensité du courant est le nombre de charges (la quantité d'électricité) débitées chaque seconde. Son unité est l'ampère (symbole A) ; on utilise le milliampère (mA, soit 0,001 A) pour les faibles valeurs et le kiloampère (kA, soit 1 000 A) pour les valeurs très importantes, comme lors d'un court-circuit.

Dans un conducteur de longueur et de section données, la vitesse des électrons libres dépend de l'intensité. Au-delà d'une certaine vitesse, les électrons perdent beaucoup d'énergie par frottements et chocs, ce qui se manifeste par une élévation de la température du conducteur. Ce phénomène est exploité dans un radiateur électrique ; il est subi, au contraire, dans un câble trop sollicité.

Tous les matériaux n'opposent pas la même résistance au déplacement des charges. Les conducteurs la facilitent, les isolants s'y opposent. On caractérise ce comportement par la résistance électrique, en ohms (symbole Ω), avec le kilo-ohm (kΩ, 1 000 Ω) et le mégohm (MΩ, 1 000 000 Ω). La résistance d'un conducteur dépend principalement de la résistivité du matériau, de sa longueur et de sa section :

R = ρ × l / s

R en ohms · ρ (résistivité) en ohms-mètres · l (longueur) en mètres · s (section) en mètres carrés

Exemple de l'INRS : un conducteur en cuivre (résistivité de 17.10^-9 Ω·m), de section 16 mm² et de longueur 50 m, a une résistance de 0,053 Ω, soit 53 milliohms. Un conducteur a donc une résistance très faible, inférieure à l'ohm, alors qu'un isolant peut atteindre plusieurs mégohms.

D'autres facteurs jouent (température du matériau, fréquence du courant). En courant alternatif, la notion de résistance est d'ailleurs remplacée par celle d'impédance (symbole Z), dont la définition sort du cadre de cette formation.

Conséquence pratique : à longueur égale, un câble de forte section oppose moins de résistance et s'échauffe moins qu'un câble fin. C'est la raison pour laquelle la section d'un câble se choisit en fonction du courant qu'il doit transporter (chapitre 2.2).

La tension aux bornes d'un circuit est égale à l'intensité qui le traverse multipliée par la résistance de l'ensemble du circuit. C'est la loi d'Ohm :

U = R × I

U en volts · R en ohms · I en ampères

Elle se lit dans les deux sens : à tension donnée, plus la résistance est faible, plus l'intensité est importante. C'est ce qui rend un court-circuit si dangereux : la résistance du circuit devient très faible et l'intensité atteint des valeurs qui se chiffrent en kiloampères.

Les exemples de ce tableau sont des applications directes de la formule, choisies pour des calculs « ronds ».

La puissance d'un générateur ou d'un récepteur est la quantité d'énergie délivrée ou consommée par unité de temps. Elle s'exprime en watts (W), avec le milliwatt (mW) et le kilowatt (kW, soit 1 000 W). Elle est égale au produit de la tension par l'intensité :

P = U × I

P en watts · U en volts · I en ampères

Les exemples donnés par l'INRS :

• une lampe de 15 W sous 230 V est parcourue par un courant de 15 / 230 ≈ 65 mA ;
• une lampe de 100 W sous 230 V : environ 0,4 A ;
• un moteur à courant continu de 5 kW sous 110 V : environ 45,5 A.

Pour tester d'autres valeurs, le site propose un calculateur électrique de puissance et d'intensité.

Quatre confusions reviennent sans cesse chez les débutants. Elles se corrigent en regardant l'unité.

Un dernier réflexe : avant toute opération, vérifiez l'unité et le préfixe (m, k, M). Une erreur d'un facteur 1 000 sur un courant de fuite ou une tension change complètement la lecture d'une situation.

Calculez d'abord de tête ou sur papier, puis ouvrez la réponse. Les valeurs sont choisies pour des calculs simples, en courant continu pour que P = U × I s'applique sans réserve.