TENSION ÉLECTRIQUE

Le cours

1. Notion de tension électrique\n\nDéfinition : La tension électrique $U_{AB}$ entre deux points A et B est la différence de potentiel électrique entre ces points.\n\nAnalogie hydraulique :\n- Potentiel ↔ hauteur d'eau\n- Tension ↔ différence de hauteur\n- Courant ↔ débit d'eau\n- Résistance ↔ rétrécissement du tuyau\n\nExpression : $U_{AB} = V_A - V_B$ où $V_A$ et $V_B$ sont les potentiels électriques en A et B.\n\n## 2. Unité de tension\n\nUnité SI : le volt (V), en l'honneur d'Alessandro Volta.\n$$1 \\text{V} = 1 \\text{J/C} = 1 \\text{W/A}$$\n\nOrdres de grandeur :\n- Pile AA : 1,5 V\n- Batterie voiture : 12 V\n- Secteur CI : 220 V (monophasé), 380 V (triphasé)\n- Ligne THT : 225 000 V\n- Foudre : 10⁸ à 10⁹ V\n\n## 3. Caractère algébrique de la tension\n\nPropriété : $U_{AB} = -U_{BA}$\n\nConvention : $U_{AB} > 0$ signifie que le potentiel en A est supérieur à celui en B.\n\nReprésentation : Flèche de A vers B pour $U_{AB}$.\n\nDescription du schéma 1: Représentation de U_AB. Deux points A et B avec leurs potentiels V_A et V_B. Flèche de A vers B étiquetée U_AB. Équation : U_AB = V_A - V_B. Illustration numérique : si V_A = 12 V et V_B = 5 V, alors U_AB = 7 V. Légende : 'Tension : différence de potentiel'.\n\n## 4. Mesure de la tension\n\nVoltmètre :\n- Principe : mesure la force électromotrice induite\n- Branchement : toujours en dérivation (parallèle)\n- Résistance interne : très grande (idéalement infinie)\n\nMultimètre : Appareil multifonctions (V, A, Ω).\n\nOscilloscope : Visualisation des tensions variables dans le temps.\n\nPrécautions :\n- Choisir le calibre adapté\n- Respecter la polarité en courant continu\n- Ne JAMAIS brancher un voltmètre en série\n\n## 5. Lois de la tension en courant continu - Circuit série\n\nLoi d'additivité des tensions (2ème loi de Kirchhoff) : Dans une maille série, la somme algébrique des tensions est nulle.\n$$\\sum U = 0$$\n\nFormulation pratique : La tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des récepteurs.\n$$U_{\\text{générateur}} = U_1 + U_2 + U_3 + ...$$\n\nExemple : Pile de 9V alimentant deux lampes : si U₁ = 3V et U₂ = 6V, alors 9 = 3 + 6.\n\n## 6. Lois de la tension en courant continu - Circuit avec dérivations\n\nLoi d'unicité de la tension : Dans un circuit avec dérivations, tous les dipôles branchés en parallèle ont la même tension à leurs bornes.\n$$U = U_1 = U_2 = U_3 = ...$$\n\nJustification : Ils sont reliés aux mêmes points du circuit.\n\nConséquence : Dans une installation domestique, toutes les prises d'une même pièce ont 220 V.\n\nDescription du schéma 2: Comparaison série/parallèle. Circuit série : pile 12V, trois résistances avec U1=3V, U2=4V, U3=5V (3+4+5=12). Circuit parallèle : pile 12V, trois résistances en parallèle, chacune a U=12V. Légende : 'Lois des tensions : série (additivité) / parallèle (unicité)'.\n\n## 7. Tension continue vs tension variable\n\nTension continue : Polarité constante, valeur constante ou variable mais de signe constant.\n- Sources : piles, batteries, alimentations stabilisées\n- Représentation : droite horizontale U(t) = constante\n\nTension variable : Valeur changeant au cours du temps.\n\n## 8. Types de tensions variables\n\nA. Tension sinusoïdale : Forme la plus courante (secteur).\n$$u(t) = U_{\\text{max}} \\sin(2\\pi ft + \\varphi)$$\n- $U_{\\text{max}}$ : tension maximale (amplitude)\n- $f$ : fréquence (50 Hz en CI)\n- $T = 1/f$ : période (20 ms pour 50 Hz)\n- $U_{\\text{eff}} = U_{\\text{max}}/\\sqrt{2}$ : tension efficace (220 V)\n\nB. Tension en créneaux : Alternance entre deux valeurs constantes.\n- Applications : électronique numérique, commandes\n- Paramètres : amplitude, période, rapport cyclique\n\nC. Tension triangulaire : Variation linéaire entre deux valeurs.\n- Applications : balayage d'oscilloscope, synthèse sonore\n\nDescription du schéma 3: Les trois formes de tensions variables. (1) Sinusoïdale : courbe lisse, période T, U_max. (2) Créneaux : alternance entre +V et -V, rapport cyclique τ/T. (3) Triangulaire : lignes droites formant des triangles. Axes : U en ordonnée, t en abscisse. Légende : 'Formes de tensions variables'.\n\n## 9. Mesure des tensions variables\n\nOscilloscope :\n- Principe : déviation d'un faisceau d'électrons par champ électrique\n- Réglages : base de temps (ms/div), sensibilité verticale (V/div)\n- Mesures : période, amplitude, fréquence\n\nVoltmètre AC : Mesure la valeur efficace.\n\nCalculs :\n- Période $T$ : temps entre deux points identiques\n- Fréquence $f = 1/T$\n- Valeur efficace : $U_{\\text{eff}} = U_{\\text{max}}/\\sqrt{2}$ pour sinusoïdal\n\n## 10. Applications au réseau électrique ivoirien\n\nProduction : Alternateurs des centrales produisent du 10-20 kV, 50 Hz.\n\nTransport : Transformateurs élévateurs → 225 kV ou 90 kV.\n\nDistribution : Transformateurs abaisseurs → 220 V monophasé / 380 V triphasé.\n\nProblèmes :\n- Chutes de tension en ligne (loi d'Ohm : ΔU = RI)\n- Variations de charge\n- Harmoniques (pollution du réseau)\n\n## 11. Lois de Kirchhoff générales\n\n1ère loi (nœuds) : $\\sum I = 0$\n2ème loi (mailles) : $\\sum U = 0$\n\nMéthode de résolution des circuits complexes :\n1. Nommer les courants dans chaque branche\n2. Appliquer la 1ère loi à chaque nœud\n3. Choisir des mailles indépendantes\n4. Appliquer la 2ème loi à chaque maille\n5. Résoudre le système d'équations\n\n## 12. Sécurité électrique liée à la tension\n\nTension de sécurité :\n- Très basse tension (TBT) : ≤ 50 V AC ou ≤ 120 V DC\n- Basse tension (BT) : 50-1000 V AC ou 120-1500 V DC\n- Haute tension (HT) : > 1000 V AC ou > 1500 V DC\n\nProtections :\n- Isolation des conducteurs\n- Mise à la terre\n- Disjoncteurs différentiels (30 mA)\n- Parafoudres\n\nPremiers secours : Ne jamais toucher une victime sous tension sans coupure préalable.