L'intensité du courant électrique

Introduction

Allumer une lampe, recharger un téléphone ou démarrer un moteur : tous ces gestes du quotidien reposent sur la circulation d’un courant électrique dans un circuit. Pour comprendre, prévoir et maîtriser ce phénomène, il ne suffit pas de savoir qu’un courant « passe » : il faut pouvoir mesurer la quantité de charges électriques qui traversent un conducteur à chaque seconde. Cette grandeur, appelée intensité du courant électrique, est l’une des notions fondamentales de l’électricité. Ce cours en présente la définition, l’unité et les méthodes de mesure, les lois qui la gouvernent dans un circuit, son lien avec la tension et la résistance, ainsi que les effets du courant et les règles de sécurité qui en découlent. Un glossaire des termes techniques utilisés vient compléter l’ensemble.

1. Qu’est-ce que le courant électrique ?

Un courant électrique est un déplacement ordonné de porteurs de charge électrique. Dans un métal comme le cuivre, ces porteurs sont des électrons libres, c’est-à-dire des électrons faiblement liés aux atomes, qui peuvent se déplacer dans tout le matériau. Dans une solution ionique (eau salée, électrolyte d’une batterie), ce sont des ions positifs et négatifs qui se déplacent. Dans un gaz ionisé, comme à l’intérieur d’un tube néon, on retrouve à la fois des ions et des électrons.

Pour qu’un courant circule, deux conditions doivent être réunies : le circuit doit être fermé, et il doit contenir un générateur (pile, batterie, prise secteur) qui maintient une différence de potentiel entre ses bornes. Par convention, le sens du courant est celui du déplacement des charges positives : il va de la borne positive vers la borne négative du générateur, à l’extérieur de celui-ci. Les électrons, de charge négative, se déplacent donc en sens inverse du sens conventionnel.

2. Définition de l’intensité

L’intensité du courant électrique, notée I, représente le débit de charges électriques qui traverse un point d’un circuit pendant une secondePlus l’intensité est élevée, plus une grande quantité de charges électriques traverse le circuit pendant un même tempsL’intensité se mesure en ampères, dont le symbole est A. Pour mesurer l’intensité du courant, on utilise un appareil appelé ampèremètre. Celui-ci doit être branché en série dans le circuit afin que le courant traverse l’appareil de mesure.

La relation entre la charge et l’intensité. L’intensité peut être calculée à partir de la quantité de charge électrique et du temps :

Par exemple, si une charge de 20 C traverse un conducteur en 5 secondes, l’intensité du courant est :

Réponse : l’intensité du courant est donc de 4 ampères.

L’intensité dans un circuit en série

Dans un circuit en dérivation, le courant se divise entre les différentes branchesL’intensité du courant dans la branche principale est égale à la somme des intensités des différentes branches :

Par exemple, si deux branches sont parcourues respectivement par des courants de 1 A et 2 A, l’intensité dans la branche principale sera :

I = 1 + 2 = 3 A

3. Unité et mesure de l’intensité

L’unité de l’intensité est l’ampère, de symbole A, du nom du physicien français André-Marie Ampère. C’est l’une des sept unités de base du Système international. On utilise couramment ses sous-multiples, car de nombreux appareils électroniques fonctionnent avec de faibles courants :

• 1 mA (milliampère) = 0,001 A = 10⁻³ A
• 1 µA (microampère) = 0,000 001 A = 10⁻⁶ A
• 1 kA (kiloampère) = 1 000 A, utilisé pour les très fortes intensités industrielles

L’intensité se mesure avec un ampèremètre, que l’on branche toujours en série dans le circuit, de manière à ce que le courant à mesurer le traverse entièrement. Un ampèremètre possède une résistance interne très faible afin de ne pas perturber le circuit. Il ne faut jamais le brancher en dérivation aux bornes d’un générateur : il se comporterait comme un court-circuit et risquerait d’être détruit. Avant toute mesure, on choisit un calibre supérieur à la valeur attendue, puis on le réduit progressivement pour gagner en précision.

4. Les lois de l’intensité dans un circuit

L’intensité obéit à des règles simples qui permettent d’analyser n’importe quel circuit. Ces règles traduisent un principe fondamental : la charge électrique ne se crée pas et ne se perd pas, elle se conserve.

• Dans un circuit en série : l’intensité est la même en tout point du circuit. Si deux lampes sont montées en série, le courant qui traverse l’une est égal à celui qui traverse l’autre.
• Dans un circuit en dérivation : l’intensité dans la branche principale est égale à la somme des intensités dans les branches dérivées : I = I₁ + I₂. C’est la loi d’additivité des intensités.
• Loi des nœuds : la somme des intensités des courants qui arrivent en un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui en repartent. Cette loi, établie par Gustav Kirchhoff, généralise les deux règles précédentes.

Par exemple, si un courant de 0,5 A arrive à un nœud d’où repartent deux branches, et que la première branche est parcourue par 0,3 A, alors la seconde est nécessairement parcourue par 0,2 A.

5. Intensité, tension et résistance

L’intensité du courant dans un conducteur dépend de la tension appliquée à ses bornes et de sa résistance. Pour un conducteur ohmique, comme une résistance métallique à température constante, la loi d’Ohm indique que la tension U (en volts) est proportionnelle à l’intensité I :

U = R × I

D'où R est la résistance exprimée en ohms (Ω). À tension constante, plus la résistance est grande, plus l’intensité est faible. Ainsi, une résistance de 100 Ω soumise à une tension de 12 V est traversée par un courant de 12 / 100 = 0,12 A, soit 120 mA.

L’intensité intervient aussi dans le calcul de la puissance électrique P, exprimée en watts (W) : P = U × I. Un appareil de 1 150 W branché sur le secteur à 230 V consomme donc un courant de 1 150 / 230 = 5 A. Cette relation est essentielle pour dimensionner les installations chaque câble et chaque disjoncteur est prévu pour supporter une intensité maximale, au-delà de laquelle l’échauffement devient dangereux.

6. Les Effets du courant 

Le passage d’un courant électrique produit plusieurs effets, d’autant plus marqués que l’intensité est élevée. L’effet thermique (effet Joule) échauffe les conducteurs : il est exploité dans les radiateurs, les grille-pains et les fusibles, mais il est aussi à l’origine des incendies d’origine électrique lorsqu’un câble est surchargé. L’effet magnétique crée un champ autour du conducteur : il est à la base des électroaimants et des moteurs. L’effet chimique provoque des transformations dans les solutions, comme lors de l’électrolyse. Enfin, l’effet physiologique concerne le corps humain.

Ce dernier effet mérite une vigilance particulière : c’est l’intensité, bien plus que la tension, qui détermine la gravité d’une électrisation. À partir de quelques milliampères, on ressent une secousse ; autour de 30 mA, la contraction des muscles peut empêcher de lâcher le conducteur et gêner la respiration ; au-delà, le risque de fibrillation cardiaque apparaît. C’est pourquoi les installations domestiques sont équipées d’un disjoncteur différentiel de 30 mA, qui coupe le courant dès qu’il détecte une fuite. Quelques règles de prudence s’imposent : ne jamais manipuler un appareil électrique avec les mains mouillées, couper l’alimentation avant toute intervention et remplacer tout câble endommagé.

7. Exemples d’application

8. Les dangers de l’intensité électrique

Le danger du courant électrique dépend avant tout de l’intensité qui traverse le corps, mais aussi de la durée du passage et du trajet suivi, par exemple main-main ou main-pied, qui traverse le cœur. Les effets sur l’organisme augmentent avec l’intensité :

• Environ 1 mA : sensation de picotement, sans danger.
• Environ 10 mA : contractions musculaires douloureuses ; on peut ne plus réussir à lâcher le conducteur.
• Environ 30 mA : difficultés respiratoires, risque d’asphyxie ; c’est le seuil de déclenchement du disjoncteur différentiel.
• Au-delà de 75 mA : fibrillation cardiaque, brûlures graves, arrêt cardiaque pouvant entraîner la mort.

Les surintensités représentent un second danger : un court-circuit ou une surcharge fait circuler dans les câbles une intensité supérieure à celle qu’ils peuvent supporter. L’effet Joule les échauffe, fond leur isolant et peut provoquer un incendie. Fusibles et disjoncteurs protègent l’installation en coupant le circuit dès que l’intensité dépasse leur seuil. En cas d’accident, il faut couper le courant avant de toucher la victime, appeler les secours (15 ou 112) et, si besoin, pratiquer les gestes de premiers secours.

Conclusion