Circuit, masse, série et parallèle
En une phrase : l'électricité ne circule que dans une boucle fermée, qui part d'un point et revient à la masse (GND) ; les composants peuvent s'y ranger l'un derrière l'autre (en série) ou côte à côte (en parallèle).
Une boucle, toujours¶
Pour qu'une LED s'allume, l'électricité doit pouvoir faire le tour : sortir de la broche, traverser la résistance et la LED, puis revenir par le GND. Un seul fil débranché, et la boucle est ouverte : plus rien ne circule.
Le réflexe de dépannage
Quelque chose ne s'allume pas ? Suis la boucle avec le doigt, de la broche jusqu'au GND : chaque fil, chaque patte, chaque trou de la plaque. La coupure est forcément quelque part.
Ouvert, fermé, court-circuit¶
| État | Ce qui se passe | Exemple |
|---|---|---|
| Circuit fermé | le courant fait le tour, les composants fonctionnent | la LED de test allumée |
| Circuit ouvert | la boucle est coupée : aucun courant | un câble Dupont mal enfoncé, un interrupteur ouvert |
| Court-circuit | le courant trouve un raccourci sans rien pour le freiner : il devient énorme | un fil entre 3V3 et GND : à éviter absolument |
Un interrupteur n'est rien d'autre qu'un fil qu'on peut ouvrir ou fermer : il ouvre ou ferme la boucle.
La masse (GND)¶
Le GND (ground, la terre), c'est le 0 V, le point de retour commun de tous les circuits. Toutes les tensions de l'atelier se mesurent par rapport à lui. Sur l'ESP32, toutes les broches GND sont reliées entre elles : on peut utiliser n'importe laquelle.
La masse commune
Quand deux alimentations travaillent ensemble (l'USB de l'ESP32 et une alimentation 5 V externe, par exemple), leurs GND doivent être reliés. Sinon, quand l'ESP32 envoie « 3,3 V », l'autre composant ne sait pas « 3,3 V par rapport à quoi » : le signal n'a plus de sens.
Imagine deux personnes qui mesurent la hauteur d'un vaisseau : l'une depuis le sol, l'autre depuis le toit d'un immeuble. Sans point de départ commun, leurs nombres ne veulent rien dire l'un pour l'autre.
Lire un schéma électrique¶
Les électroniciens dessinent leurs montages avec des symboles. Un schéma ne montre pas où sont les composants, mais comment ils sont reliés : c'est un plan de la boucle.
| Symbole | Composant | À savoir |
|---|---|---|
| ── | un fil | deux points reliés par un fil sont au même endroit, électriquement |
| ▭ | une résistance | (dans les schémas européens ; les américains dessinent un zigzag) |
| ▷| | une LED (ou une diode) | le triangle pointe dans le sens du courant |
| ⏚ | la masse, GND | tous les ⏚ d'un schéma sont reliés entre eux |
| ─|├─ | une pile | le grand trait est le + |
| ─/ ─ | un interrupteur | ouvert sur le dessin |
Le schéma du test de la LED
D2 ── ▭ 330 Ω ── ▷| ── ⏚
Se lit : « la broche D2, puis une résistance de 330 Ω, puis une LED dans le sens du courant, puis la masse ». Le schéma dessiné de ce montage est sur la page L'ESP32.
En série ou en parallèle¶
| En série | En parallèle | |
|---|---|---|
| Rangement | l'un derrière l'autre, un seul chemin | côte à côte, chacun son chemin |
| La tension | se partage entre les composants : leurs tensions s'additionnent | la même pour tous |
| L'intensité | la même partout | s'additionne : chaque branche prend sa part |
| Si un composant lâche | tout s'éteint | les autres continuent |
| Dans l'atelier | 2 piles AA : 1,5 V + 1,5 V = 3 V | les 4 LEDs sur D2 |
Les deux lois de base, en mots simples¶
- La loi des mailles (pour les tensions) : en faisant le tour d'une boucle, les tensions des composants s'additionnent pour redonner celle de l'alimentation. 3,3 V = 1,3 V (résistance) + 2 V (LED).
- La loi des nœuds (pour les intensités) : à un croisement de fils, tout le courant qui arrive repart. Rien ne se perd, rien ne s'invente : si 16 mA arrivent et se partagent en 4 branches, chaque branche prend 4 mA.
Pourquoi 4 LEDs en série ne marchent pas sur l'ESP32
4 LEDs rouges en série demandent environ 4 × 2 V = 8 V. La broche n'en donne que 3,3 V : rien ne s'allume. En parallèle, chaque LED ne demande que ses 2 V… mais les intensités s'additionnent : 4 × 4 mA = 16 mA, près de la limite d'une broche.
Exemples de calculs¶
Calcul 1 · La variante en parallèle de la mission 0
4 LEDs rouges, chacune avec sa 330 Ω, toutes entre D2 et GND.
- Chaque branche reçoit 3,3 V (parallèle : même tension), donc chaque LED prend (3,3 − 2) ÷ 330 ≈ 4 mA.
- La broche D2 fournit la somme : 4 × 4 = 16 mA (loi des nœuds).
- 16 mA < 20 mA : ça passe, mais une 5ᵉ LED serait de trop.
Calcul 2 · La piste d'atterrissage
4 LEDs, chacune sur sa propre broche (D18, D19, D21, D22), qui partagent la même ligne − vers GND.
- Chaque broche ne fournit que 4 mA : très à l'aise.
- Dans le fil GND reviennent au maximum les courants de toutes les LEDs allumées en même temps. Avec le chenillard, une seule à la fois : 4 mA. Toutes allumées : 16 mA.
Calcul 3 · Le budget de la mission 6
Servo (jusqu'à 500 mA quand il force) + ruban (280 mA à luminosité limitée) + moteur (200 mA) + ESP32 (100 mA) ≈ 1 080 mA. Bien plus que les 500 mA de l'USB : d'où l'alimentation externe, et donc la masse commune. (Les valeurs du servo et du moteur sont des ordres de grandeur : on les mesurera.)
Mise en pratique¶
Dessiner le schéma de la piste d'atterrissage : à partir du câblage de la mission 0, dessine sur papier les 4 boucles avec les symboles ci-dessus. Tu dois obtenir 4 lignes « Dxx ── ▷| ── ▭ ── ⏚ » qui se rejoignent toutes sur le même ⏚.
Tester une boucle au multimètre : en mode continuité (le symbole du haut-parleur), USB débranché, pose une pointe sur la broche et l'autre sur la patte de la résistance : ça bipe si le fil est bon. Avance ainsi, morceau par morceau, jusqu'au GND. Un morceau qui ne bipe pas = la coupure.
L'expérience de la branche coupée : dans la variante en parallèle (4 LEDs sur D2), retire une LED. Les trois autres continuent de clignoter : chacune a son propre chemin. Dans un montage en série, tout se serait éteint.
Les pièges¶
| Le piège | Ce qui arrive | La bonne habitude |
|---|---|---|
| Oublier le fil de GND | boucle ouverte : rien ne marche | toujours vérifier le retour |
| Un fil entre une alimentation et GND | court-circuit | relire le câblage avant de brancher |
| Deux alimentations sans GND commun | comportements bizarres, signaux ignorés | relier les GND |
| Câbler sous tension | étincelles, faux contacts, composants abîmés | débrancher l'USB avant de câbler (règle n°2 du code de l'atelier) |
Exercices¶
1. Dans la variante en parallèle, une LED est grillée. Que font les trois autres ?
Elles continuent de clignoter : en parallèle, chaque branche a son propre chemin.
2. Deux résistances de 330 Ω sont branchées en série sur 3,3 V. Quelle tension reçoit chacune ?
Elles sont identiques, donc elles se partagent la tension à égalité : 3,3 ÷ 2 = 1,65 V chacune (loi des mailles).
3. Une branche prend 4 mA, une autre 6 mA. Quelle intensité arrive au croisement ?
4 + 6 = 10 mA (loi des nœuds).
4. L'ESP32 est sur l'USB, le ruban sur une alimentation 5 V externe. Quels fils faut-il relier entre les deux ?
Le fil de données (GPIO 5 vers DIN, à travers la résistance de 330 Ω) et les GND. Surtout pas le 5 V de l'alimentation externe avec la broche VIN pendant que l'USB est branché : les deux alimentations se battraient.
À retenir
- Pas de boucle fermée, pas de courant. Un raccourci sans résistance : court-circuit.
- GND = 0 V, le retour commun. Plusieurs alimentations → GND reliés.
- Série : tensions additionnées, même courant. Parallèle : même tension, courants additionnés.
Où ça sert dans l'atelier¶
- La plaque d'essai · Comment les trous sont reliés : les lignes + et − pour fermer les boucles.
- L'ESP32 · Vérifier la liaison : un schéma et un test de continuité.
- Mission 0 · Quatre LEDs en parallèle : le parallèle en vrai.
- Mission 0 · La piste d'atterrissage : quatre boucles qui partagent la même ligne −.
- Mission 2 · Le câblage du ruban : GND commun avec l'ESP32.
- Mission 5 · Phase 1 : deux piles en série.
- Mission 6 · Le plan de bataille : la masse commune avec l'alimentation externe.
Pour aller plus loin¶
- 🇫🇷 Réaliser un circuit en série ou en dérivation, fiche de révision niveau 5ᵉ, avec exercices.
- 🇫🇷 Montage en série et montage en parallèle, sur Wikipédia.
- 🇬🇧 Series and Parallel Circuits, SparkFun.