Montage des circuits électriques (partie 1/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - réaliser un montage en série et un montage en parallèle de composants électriques automobiles (résistances, lampes, moteurs) ; - calculer la résistance équivalente, les courants de branche et les chutes de tension dans chaque type de montage ; - appliquer les lois de Kirchhoff (nœuds et mailles) pour analyser un circuit simple ; - lire et interpréter un schéma électrique d’un véhicule léger camerounais ; - mettre en œuvre les consignes de sécurité (déconnexion de la batterie, port d’EPI, vérification d’isolement) lors du montage et du dépannage ; - rédiger un compte‑rendu d’intervention conforme aux attentes du probatoire. **Prérequis** : notions de base d’électricité (tension U, courant I, résistance R, loi d’Ohm U = R·I), unités du Système international (volt, ampère, ohm, watt), capacité à lire les symboles schématiques standards (batterie, résistance, lampe, fusible, interrupteur) et à utiliser un multimètre en mode tension, courant et résistance. --- ### Introduction contextualisée Dans les véhicules automobiles camerounais, les circuits électriques assurent l’alimentation du démarrage, de l’éclairage, de la climatisation, de l’injection électronique et des systèmes de sécurité (ABS, airbag). La fiabilité de ces circuits dépend largement de la façon dont les composants sont interconnectés. Deux topologies fondamentales sont utilisées : le montage en série, où le même courant traverse tous les éléments, et le montage en parallèle, où chaque branche reçoit la même tension. Comprendre ces principes permet au technicien de dimensionner correctement les fils, de choisir les protections appropriées (fusibles, disjoncteurs) et de diagnostiquer rapidement les pannes (court‑circuit, ouverture, résistance parasite). Ce chapitre présente les deux montages, leurs lois caractéristiques, des procédés de mise en œuvre en atelier et une activité d’intégration qui simule une intervention réelle sur un véhicule léger de type Toyota Corolla ou Nissan Sunny fréquemment rencontré au Cameroun. --- ## I. Montage en série ### Définition et caractéristiques Un montage en série relie les composants les uns après les autres sur un même chemin conducteur. Le courant qui sort de la source traverse successivement chaque élément avant de revenir à la source. > **Dans un montage en série, le courant est identique en tous points du circuit.** ### Lois fondamentales - **Loi des courants** : I₁ = I₂ = … = Iₙ = I (même valeur partout). - **Loi des tensions** : La somme des chutes de tension aux bornes de chaque composant égale la tension d’alimentation : Uₐₗᵢₘ = U₁ + U₂ + … + Uₙ. - **Résistance équivalente** : Pour des résistances pures, Rₑq = R₁ + R₂ + … + Rₙ. ### Exemple chiffré entièrement résolu Un circuit d’éclairage de secours comporte trois lampes modélisées par des résistances : R₁ = 10 Ω, R₂ = 20 Ω, R₃ = 30 Ω. La batterie fournit Uₐₗᵢₘ = 12 V. 1. Résistance équivalente : Rₑq = 10 Ω + 20 Ω + 30 Ω = 60 Ω. 2. Courant du circuit (loi d’Ohm) : I = Uₐₗᵢₘ / Rₑq = 12 V / 60 Ω = 0,20 A. 3. Chute de tension sur chaque lampe : U₁ = I·R₁ = 0,20 A × 10 Ω = 2,0 V ; U₂ = 0,20 A × 20 Ω = 4,0 V ; U₃ = 0,20 A × 30 Ω = 6,0 V. Vérification : 2,0 V + 4,0 V + 6,0 V = 12,0 V = Uₐₗᵢₘ. 4. Puissance dissipée par chaque lampe : P₁ = U₁·I = 2,0 V × 0,20 A = 0,40 W ; P₂ = 4,0 V × 0,20 A = 0,80 W ; P₃ = 6,0 V × 0,20 A = 1,20 W. ### Tableau récapitulatif | Composant | Résistance (Ω) | Tension (V) | Courant (A) | Puissance (W) | |-----------|----------------|-------------|-------------|----------------| | R₁ | 10 | 2,0 | 0,20 | 0,40 | | R₂ | 20 | 4,0 | 0,20 | 0,80 | | R₃ | 30 | 6,0 | 0,20 | 1,20 | | **Total** | **60** | **12,0** | **0,20** | **2,40** | ### Procédure de montage en atelier 1. **Préparation** : débrancher la borne négative de la batterie, porter des gants isolants et des lunettes de protection. 2. **Vérification des composants** : mesurer chaque résistance avec le multimètre (mode Ω) pour confirmer les valeurs nominales. 3. **Installation** : placer les résistances sur une plaque de prototypage ou un support isolé, relier les bornes successivement avec des fils de section adaptée (minimum 0,5 mm² pour 0,2 A). 4. **Contrôle de continuité** : vérifier l’absence de court‑circuit entre les nœuds intermédiaires. 5. **Mise sous tension** : reconnecter la batterie, mesurer la tension d’alimentation et le courant avec le multimètre en série (mode A). 6. **Relevé des données** : noter les tensions aux bornes de chaque résistance, comparer aux valeurs théoriques. 7. **Remise en état** : débrancher la batterie, ranger les outils, nettoyer le poste de travail. > **Toujours vérifier l’isolement avant de remettre sous tension pour éviter les risques de choc électrique ou d’endommagement du calculateur embarqué.** --- ## II. Montage en parallèle ### Définition et caractéristiques Dans un montage en parallèle, chaque composant est connecté directement aux mêmes deux points du circuit (les nœuds d’alimentation et de retour). Toutes les branches subissent la même tension, tandis que le courant se répartit entre elles. > **Dans un montage en parallèle, la tension est identique aux bornes de chaque branche.** ### Lois fondamentales - **Loi des tensions** : U₁ = U₂ = … = Uₙ = Uₐₗᵢₘ. - **Loi des courants** : Le courant total fourni par la source est la somme des courants de branche : Iₜₒₜ = I₁ + I₂ + … + Iₙ. - **Résistance équivalente** : Pour des résistances pures, 1 / Rₑq = 1 / R₁ + 1 / R₂ + … + 1 / Rₙ ou, pour deux résistances, Rₑq = (R₁·R₂) / (R₁ + R₂). ### Exemple chiffré entièrement résolu Un système d’éclairage de plaque arrière comporte deux lampes modélisées par des résistances : R₁ = 10 Ω (feu de stop) et R₂ = 20 Ω (feu de recul). La batterie fournit Uₐₗᵢₘ = 12 V. 1. Résistance équivalente : Rₑq = (10 Ω × 20 Ω) / (10 Ω + 20 Ω) = 200 / 30 ≈ 6,67 Ω. 2. Courant total : Iₜₒₜ = Uₐₗᵢₘ / Rₑq = 12 V / 6,67 Ω ≈ 1,80 A. 3. Courant de chaque branche (loi d’Ohm) : I₁ = Uₐₗᵢₘ / R₁ = 12 V / 10 Ω = 1,20 A ; I₂ = 12 V / 20 Ω = 0,60 A. Vérification : I₁ + I₂ = 1,20 A + 0,60 A = 1,80 A = Iₜₒₜ. 4. Puissance dissipée : P₁ = Uₐₗᵢₘ × I₁ = 12 V × 1,20 A = 14,4 W ; P₂ = 12 V × 0,60 A = 7,2 W ; Pₜₒₜ = 21,6 W. ### Tableau récapitulatif | Composant | Résistance (Ω) | Tension (V) | Courant (A) | Puissance (W) | |-----------|----------------|-------------|-------------|----------------| | R₁ (stop) | 10 | 12,0 | 1,20 | 14,4 | | R₂ (recul) | 20 | 12,0 | 0,60 | 7,2 | | **Total** | **6,67** | **12,0** | **1,80** | **21,6** | ### Procédure de montage en atelier 1. **Sécurité** : débrancher la batterie, vérifier l’absence de tension résiduelle avec le multimètre (mode V). 2. **Préparation des supports** : utiliser une plaque perforée ou un domino de connexion ; chaque branche obtient son propre jeu de fils. 3. **Câblage** : relier la borne positive de la batterie à un point commun (nœud A) ; de ce nœud, partir un fil vers chaque résistance. Relier ensuite les autres bornes des résistances à un deuxième nœud commun (nœud B) qui revient à la borne négative de la batterie. 4. **Section des conducteurs** : choisir un fil d’au moins 1,5 mm² pour supporter le courant total de 1,8 A avec une marge de sécurité. 5. **Vérifications** : mesurer la résistance entre nœud A et nœud B (doit donner ≈6,7 Ω) ; vérifier l’absence de continuité entre les fils de branche et le châssis. 6. **Mise sous tension** : reconnecter la batterie, mesurer la tension aux nœuds (doit être 12 V) et le courant total. 7. **Contrôle de fonctionnement** : observer l’intensité lumineuse de chaque lampe (ou mesurer la chute de tension aux bornes de chaque résistance). 8. **Rapport** : consigner les valeurs mesurées, comparer aux calculs, noter toute anomalie (résistance de contact, chauffage excessif). > **En parallèle, une branche défectueuse (court‑circuit) augmente fortement le courant total et peut faire sauter le fusible de protection ; contrôler régulièrement l’intensité avec une pince ampèremétrique.** --- ## III. Activités d’intégration ### Mise en situation professionnelle Un véhicule léger de marque **Toyota Corolla** (année 2018) présente un défaut d’éclairage : les feux de position avant ne s’allument pas, tandis que le feu de stop arrière fonctionne. Le technicien doit diagnostiquer le circuit d’éclairage avant, identifier la cause et proposer une réparation conforme aux normes du constructeur et aux exigences de sécurité routière au Cameroun. ### Étapes de l’activité | Étape | Action détaillée | Outils / Documents | Résultat attendu | |-------|------------------|--------------------|------------------| | 1 | **Relevé du schéma** : consulter le manuel technique (section éclairage avant) pour repérer le montage des feux de position (généralement en parallèle avec une résistance de limitation de courant). | Manuel technique, lampe de poche, crayon | Schéma annoté avec nœuds d’alimentation et de masse. | | 2 | **Mesure de tension** : avec le multimètre en mode V continu, mesurer la tension entre la borne +12 V du fusible et la masse du véhicule au niveau du connecteur du feu de position gauche. | Multimètre, point de test | Tension ≈12 V si l’alimentation est bonne ; sinon, recherche de rupture de câble ou de fusible grillé. | | 3 | **Vérification de continuité** : mesurer la résistance entre les deux bornes du feu de position (lampe retirée). | Multimètre en mode Ω | Valeur proche de la résistance nominale de la lampe (≈2 Ω pour une lampe 5 W à 12 V). Valeur infinie indique lampe grillée ou connexion ouverte. | | 4 | **Contrôle du fusible** : inspecter le fusible dédié aux feux de position (souvent 5 A). | Pince à fusible, contrôle visuel | Fusible intact → continuité ; fusible fondu → remplacer par un fusible de même calibre. | | 5 | **Essai de fonctionnement** : après remplacement éventuel de la lampe ou du fusible, reconnecter la batterie et vérifier l’allumage des deux feux de position. | Batterie, lampe de rechange | Les deux feux s’allument avec intensité normale. | | 6 | **Rapport d’intervention** : rédiger un compte‑rendu incluant les mesures, les pièces remplacées, le temps passé et la conformité aux normes (ex. puissance maximale autorisée 5 W par feu de position selon la réglementation camerounaise). | Modèle de rapport, stylo | Document clair, signé, prêt pour la facturation. | ### Exemple de calcul de puissance conforme Un feu de position doit consommer au maximum 5 W à 12 V. La résistance équivalente d’une lampe de 5 W est : R = U² / P = (12 V)² / 5 W = 144 / 5 = 28,8 Ω. Si la lampe mesurée présente 2,5 Ω, elle est fortement sous‑dimensionnée (elle consommerait P = U² / R = 144 / 2,5 = 57,6 W, ce qui provoquerait une surchauffe et un risque d’incendie). Dans ce cas, la lampe doit être remplacée par une conforme au spécification. > **Toute lampe dont la puissance mesurée dépasse la limite réglementaire doit être retirée immédiatement pour éviter les risques de surchauffe et de non‑conformité au contrôle technique.** --- ## Synthèse du chapitre - **Montage en série** : même courant partout, tensions additives, résistance équivalente = somme des résistances. - **Montage en parallèle** : même tension partout, courants additives, inverse de la résistance équivalente = somme des inverses des résistances. - **Lois de Kirchhoff** : loi des nœuds (Σ Iₑₙₜᵣₐ = Σ Iₛₒᵣₜ) et loi des mailles (Σ U = 0 autour d’une boucle fermée). - **Procédure de montage** : déconnexion batterie, vérification des composants, câblage selon le schéma, contrôles de continuité et de tension, remise sous tension, relevé des données. - **Sécurité** : port d’EPI, vérification d’isolement, utilisation de fusibles adaptés, section des conducteurs suffisante, contrôle régulier des serrages. - **Application pratique** : diagnostic d’un circuit d’éclairage automobile, mesure de tensions, courants, résistances, remplacement de lampe ou de fusible, rédaction d’un rapport conforme. --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | Tension (U) | Différence de potentiel électrique entre deux points, exprimée en volts (V). | | Courant (I) | Flux de charges électriques traversant une section conductrice par unité de temps, exprimé en ampères (A). | | Résistance (R) | Propriété d’un matériau à s’opposer au passage du courant, exprimée en ohms (Ω). | | Loi d’Ohm | Relation U = R·I entre tension, courant et résistance dans un conducteur ohmique. | | Montage en série | Association de composants où le même courant traverse chacun d’eux successivement. | | Montage en parallèle | Association où chaque composant est relié aux mêmes deux nœuds, partageant la même tension. | | Résistance équivalente (Rₑq) | Valeur unique qui remplace un ensemble de résistances tout en produisant le même effet sur le circuit. | | Chute de tension | Diminution du potentiel électrique aux bornes d’un composant due à son passage de courant. | | Nœud | Point de connexion de deux ou plusieurs conducteurs où les courants se répartissent ou se rejoignent. | | Maille | Boucle fermée formée par des conducteurs dans un circuit, utilisée pour appliquer la loi des mailles de Kirchhoff. | | Loi des nœuds de Kirchhoff | La somme algébrique des courants entrant dans un nœud égale la somme des courants sortant de ce nœud. | | Loi des mailles de Kirchhoff | La somme algébrique des tensions autour d’une maille fermée est nulle. | | Court‑circuit | Connexion accidentelle à très faible résistance entre deux points de potentiel différent, provoquant un courant excessif. | | Ouverture | Interruption du chemin conducteur empêchant le passage du courant. | | Fusible | Dispositif de protection qui fond et ouvre le circuit lorsque le courant dépasse un seuil prédéfini. | | Relais | Interrupteur électromagnétique permettant de commander un circuit de puissance à partir d’un signal de faible puissance. | --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Montage en série Un faisceau de câblage d’un véhicule contient trois résistances de chauffage de siège : R₁ = 15 Ω, R₂ = 25 Ω, R₃ = 40 Ω. La batterie fournit 12 V. **a)** Calculer la résistance équivalente du faisceau. **b)** Déterminer le courant qui traverse le faisceau. **c)** Trouver la tension aux bornes de chaque résistance. **d)** Vérifier que la somme des tensions égale la tension d’alimentation. **Corrigé** a) Rₑq = 15 Ω + 25 Ω + 40 Ω = 80 Ω. b) I = U / Rₑq = 12 V / 80 Ω = 0,15 A. c) U₁ = I·R₁ = 0,15 A × 15 Ω = 2,25 V ; U₂ = 0,15 A × 25 Ω = 3,75 V ; U₃ = 0,15 A × 40 Ω = 6,00 V. d) Somme = 2,25 V + 3,75 V + 6,00 V = 12,00 V = Uₐₗᵢₘ. ### Exercice 2 – Montage en parallèle Deux feux de freinage d’un camion sont modélisés par des résistances : R₁ = 12 Ω (feu gauche) et R₂ = 18 Ω (feu droit). La tension de bord est 24 V. **a)** Calculer la résistance équivalente du montage. **b)** Déterminer le courant total tiré de la batterie. **c)** Calculer le courant dans chaque feu. **d)** Déduire la puissance consommée par chaque feu et vérifier que la puissance totale égale celle délivrée par la source. **Corrigé** a) 1/Rₑq = 1/12 + 1/18 = (3+2)/36 = 5/36 → Rₑq = 36/5 = 7,2 Ω. b) Iₜₒₜ = U / Rₑq = 24 V / 7,2 Ω = 3,33 A. c) I₁ = U / R₁ = 24 V / 12 Ω = 2,00 A ; I₂ = 24 V / 18 Ω = 1,33 A. Vérification : I₁ + I₂ = 2,00 A + 1,33 A = 3,33 A = Iₜₒₜ. d) P₁ = U·I₁ = 24 V × 2,00 A = 48,0 W ; P₂ = 24 V × 1,33 A ≈ 31,9 W ; Pₜₒₜ = 48,0 W + 31,9 W ≈ 79,9 W. Puissance délivrée par la source : Pₛ = U·Iₜₒₜ = 24 V × 3,33 A ≈ 79,9 W. Les valeurs sont égales (arrondi). --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Oublier de débrancher la borne négative de la batterie avant de travailler sur le câblage. | Risque de court‑circuit, étincelles, endommagement du calculateur ou blessure. | Toujours déconnecter la masse en premier, vérifier l’absence de tension avec un multimètre avant toute manipulation. | | 2 | Utiliser un fil de section trop faible pour le courant prévu (ex. fil 0,5 mm² pour 5 A). | Surchauffe du fil, dégradation de l’isolant, risque d’incendie. | Appliquer la règle de la section minimale : S ≥ I·k (k≈2 mm²/A pour cuivre en environnement automobile) ; choisir au moins la section recommandée par le constructeur. | | 3 | Placer une résistance de valeur incorrecte en série avec une lampe, croyant limiter le courant alors qu’elle augmente la chute de tension inutilement. | Lampe sous‑alimentée, éclairage faible, consommation d’énergie accrue dans la résistance. | Vérifier la puissance nominale de la lampe et calculer la résistance série nécessaire uniquement si une limitation de courant est réellement requise (ex. LED). | | 4 | Ne pas serrer correctement les cosses ou les bornes de connexion, entraînant une résistance de contact élevée. | Chute de tension locale, surchauffe de la connexion, intermittence du fonctionnement. | Utiliser une clé dynamométrique ou un tournevis adapté, appliquer le couple de serrage spécifié (souvent 1,5–2,5 Nm pour les bornes automobiles). | | 5 | Remplacer un fusible par un de calibre supérieur « pour éviter qu’il saute ». | Absence de protection, risque de détérioration du câblage ou des composants en cas de surcharge. | Toujours remplacer par un fusible du même calibre et du même type (lent, rapide) que celui préconisé dans le schéma électrique. | | 6 | Effectuer des mesures de courant en plaçant le multimètre en mode tension en série avec la charge. | Destruction du multimètre, création d’un circuit ouvert, mauvais diagnostic. | Rappeler que le multimètre doit être en mode courant (A) et placé en série ; en mode tension (V) il se branche en parallèle. | --- *Fin du cours.*