L'intensité
En une phrase : l'intensité, c'est la quantité d'électricité qui passe à chaque seconde, comme le débit d'une rivière. Elle se mesure en ampères (A), et dans l'atelier surtout en milliampères (mA).
L'image à retenir¶
Reprends les tuyaux d'eau de la tension. La tension, c'est la poussée ; l'intensité, c'est le débit : combien de litres passent chaque seconde. Avec la même poussée, un tuyau large laisse passer un torrent, un tuyau étroit un simple filet.
Milliampère ?
1 A = 1 000 mA. Une LED se contente de quelques mA ; un moteur peut en demander des centaines.
Plus en profondeur¶
Des électrons en mouvement¶
Le courant électrique, ce sont des électrons qui avancent dans les fils. L'intensité compte combien en passent chaque seconde à un endroit donné. Un ampère, c'est environ six milliards de milliards d'électrons par seconde : on comprend pourquoi on préfère dire « 1 A » !
Le sens du courant : une petite bizarrerie historique
Par convention, on dit que le courant va du + vers le −. En réalité, les électrons voyagent… dans l'autre sens ! Quand les savants ont choisi la convention, au XVIIIᵉ siècle, on ne connaissait pas encore les électrons. On a gardé l'habitude : sur les schémas, le courant va du + vers le −, et la flèche du symbole de la LED pointe dans ce sens.
Le courant ne s'use pas¶
Dans une boucle simple, la même intensité passe partout : ce qui sort de la broche ressort par le GND, ni plus ni moins. La LED ne « consomme » pas le courant, elle consomme l'énergie qu'il transporte. C'est comme une roue à aubes dans une rivière : l'eau ressort en aval, mais elle a fait tourner la roue.
Quand le chemin se divise (en parallèle), le courant se partage entre les branches, puis se rassemble : la somme des courants des branches est égale au courant total. C'est la loi des nœuds.
Qui décide de l'intensité ?¶
Ce n'est pas l'alimentation qui « envoie » l'intensité : c'est le circuit qui la demande, selon sa résistance. Le port USB peut fournir 500 mA, mais une LED avec sa résistance n'en prend que 4. Un fil tout seul entre le + et le −, sans rien pour freiner, en demanderait énormément : c'est le court-circuit.
Le court-circuit
Relier directement 5 V et GND (ou 3V3 et GND) avec un fil, sans composant entre les deux, fait passer un courant énorme. Les fils chauffent, l'ordinateur coupe son port USB pour se protéger, et la carte peut être abîmée. Avant de brancher l'USB, vérifie toujours qu'aucun fil ne relie directement une alimentation au GND.
La puissance : tension × intensité¶
La puissance, en watts (W), dit combien d'énergie un appareil utilise chaque seconde. Elle se calcule en multipliant :
P = U × I
Une lampe de bureau : quelques watts. Notre LED : quelques milliwatts (mW). C'est aussi la puissance qui fait chauffer les composants : plus elle est grande, plus il faut des composants costauds.
Les intensités de l'atelier¶
| Qui | Intensité | À savoir |
|---|---|---|
| Une LED de l'atelier avec sa résistance de 330 Ω | environ 4 mA | Calcul dans la résistance |
| Ce qu'une broche D de l'ESP32 fournit sans souci | environ 20 mA | 40 mA, c'est le maximum absolu : on reste loin en dessous |
| Un port USB 2.0 de l'ordinateur | 500 mA | 900 mA pour un port USB 3 |
| L'ESP32 lui-même, Bluetooth allumé | environ 100 mA | Avec des pointes plus fortes quand la radio émet |
| Une LED du ruban, en blanc à fond | environ 60 mA | 20 mA pour chacune de ses 3 petites LEDs (rouge, verte, bleue) |
| Un servo ou un moteur qui force | plusieurs centaines de mA | Jamais directement sur une broche D |
Exemples de calculs¶
Calcul 1 · Combien de LEDs sur une broche ?
Une broche fournit sans souci 20 mA, une LED avec 330 Ω en prend 4 mA.
20 ÷ 4 = 5 LEDs au maximum théorique. On garde de la marge : 3 ou 4 LEDs par broche, comme dans la variante en parallèle (4 × 4 = 16 mA).
Calcul 2 · Le budget du ruban de LEDs (mission 2)
Le programme de la mission 2 limite la luminosité à 120 sur 255, soit environ 47 %.
- Une LED du ruban en blanc, à fond : 60 mA. À 47 % : 60 × 120 ÷ 255 ≈ 28 mA.
- 10 LEDs : 10 × 28 = 280 mA.
- Plus l'ESP32 et son Bluetooth : 280 + 100 = 380 mA.
380 mA, c'est moins que les 500 mA d'un port USB : ça passe. Sans la limite, 10 LEDs à fond feraient 600 mA rien que pour le ruban : trop !
Calcul 3 · La puissance de notre LED
La LED rouge garde 2 V et laisse passer 4 mA = 0,004 A.
P = U × I = 2 × 0,004 = 0,008 W, soit 8 mW. Un millier de fois moins qu'une ampoule de 8 W !
Calcul 4 · L'autonomie d'une batterie
La capacité d'une batterie s'écrit en mAh (milliampères-heure). Une batterie de 2 000 mAh peut fournir 2 000 mA pendant 1 heure, ou 1 000 mA pendant 2 heures, ou…
Avec l'ESP32 et son Bluetooth (environ 100 mA) : 2 000 ÷ 100 = 20 heures, en théorie. En vrai un peu moins, car aucune batterie n'est parfaite.
Mise en pratique : mesurer une intensité¶
Mesurer une intensité est plus délicat que mesurer une tension : le multimètre doit être placé dans la boucle, à la place d'un fil, pour que le courant le traverse.
- Débrancher l'USB.
- Régler le multimètre sur A⎓, calibre mA (200 mA s'il faut en choisir un).
- Pointe noire dans COM, pointe rouge dans la prise mA (pas dans la prise V !).
- Dans le montage de test (D2 → 330 Ω → LED → GND), ouvrir la boucle : retirer le fil qui va de la LED au GND.
- Pointe rouge sur la patte courte de la LED, pointe noire sur le GND : le multimètre remplace le fil.
- Rebrancher l'USB, avec un programme qui laisse D2 allumée : tu dois lire environ 4 mA.
Le piège n°1 du multimètre
En mode ampèremètre, le multimètre se comporte comme un simple fil. Si tu poses ses pointes directement entre 3V3 et GND comme pour une tension, tu crées un court-circuit ! Il peut griller son fusible interne. Ampèremètre = dans la boucle, jamais « par-dessus ».
Pour aller plus loin : remplace la résistance de 330 Ω par deux résistances de 330 Ω l'une derrière l'autre (660 Ω). L'intensité tombe à environ 2 mA, et la LED brille moins. Le calcul est dans la résistance.
Les pièges¶
| Le piège | Ce qui arrive | La bonne habitude |
|---|---|---|
| Un moteur branché directement sur une broche | la broche ne suit pas, l'ESP32 redémarre ou s'abîme | passer par un driver (mission 5) |
| Additionner les consommations… après coup | l'USB décroche, la carte redémarre au hasard | faire le budget avant de brancher |
| Un fil entre une alimentation et GND | court-circuit | vérifier le câblage avant de brancher l'USB |
| Le multimètre en mode A posé comme un voltmètre | fusible du multimètre grillé | ampèremètre dans la boucle |
Exercices¶
1. Combien de milliampères font 0,25 A ?
0,25 × 1 000 = 250 mA.
2. Trois LEDs en parallèle prennent 4 mA chacune. Quelle intensité sort de la broche ?
4 + 4 + 4 = 12 mA (la loi des nœuds : les courants des branches s'additionnent).
3. Une carte consomme 120 mA et un servo au repos 30 mA. Peut-on les alimenter tous les deux par un port USB 2.0 ?
120 + 30 = 150 mA, moins que 500 mA : oui. Mais attention, quand le servo force, il peut monter à plusieurs centaines de mA : l'USB devient juste.
4. Quelle est la puissance fournie par un port USB 2.0 au maximum ?
P = U × I = 5 × 0,5 = 2,5 W.
À retenir
- Intensité = débit, en ampères (A) ou milliampères (mA). Symbole : I.
- Dans une boucle simple, la même intensité passe partout ; en parallèle, elles s'additionnent.
- Une broche de l'ESP32 : 20 mA max raisonnable. L'USB : 500 mA pour tout le monde.
- P = U × I : la puissance, en watts.
Où ça sert dans l'atelier¶
- Mission 0 · Quatre LEDs en parallèle : 4 LEDs × 4 mA sur une seule broche, c'est la limite.
- Le câble USB : 500 à 900 mA pour toute la carte.
- Mission 2 · Le garde-fou de luminosité : pourquoi le code limite la luminosité du ruban.
- Mission 5 · Le driver DRV8833 : le moteur demande trop pour une broche.
- Mission 6 · Le plan de bataille : servo + LEDs + moteur, l'USB ne suit plus.
Pour aller plus loin¶
- 🇫🇷 Intensité électrique, sur Vikidia : l'analogie de la rivière.
- 🇫🇷 Quelques bases élémentaires, cours Arduino d'Eskimon.
- 🇫🇷 Courant électrique, sur Wikipédia (partie « intensité »).
- 🇬🇧 Voltage, Current, Resistance, and Ohm's Law, SparkFun.