Aller au contenu
Académie JediSith · Électricité

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

Fermé ✓+le courant fait le tourOuvert+la boucle est coupéeCourt-circuit ✗+le courant prend le raccourci
Fermé : la LED s'allume. Ouvert : l'interrupteur coupe la boucle. Court-circuit : un fil sans résistance « court-circuite » la LED, et le courant devient énorme.
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.

ESP32(sur l'USB)GPIO 5GNDAlimentation5 V externeRubanDIN5VGND+5Vles trois GND reliés : la masse commune
Le 5 V vient de l'alimentation, le signal vient de l'ESP32, et tous les GND sont reliés (en vert) pour que le signal garde son sens.

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.

un filmême point électriqueune résistancerectangle (zigzag aux USA)une LEDle triangle montre le sensla masse (GND)tous les ⏚ sont reliés+une pilele grand trait est le +un interrupteurdessiné ouvert
Les six symboles qui suffisent pour tous les montages de LEDs de l'atelier.
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 ── ▷| ── ⏚

D2330 Ωle courant : D2 → résistance → LED → GND
Le même montage, dessiné avec les symboles.

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 : l'une derrière l'autre +− un seul chemin : les tensions s'additionnent En parallèle : côte à côte plusieurs chemins : les intensités s'additionnent
Schémas simplifiés : dans l'atelier, chaque LED a aussi sa résistance.
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

Pour aller plus loin