La tension
En une phrase : la tension, c'est la « poussée » qui fait avancer l'électricité dans un circuit. Elle se mesure en volts (V).
L'image à retenir¶
Imagine de l'eau dans des tuyaux. Un château d'eau placé haut pousse l'eau fort ; un réservoir posé par terre ne pousse presque pas. La tension, c'est cette différence de hauteur : plus elle est grande, plus l'électricité est poussée fort.
C'est pour ça qu'on parle toujours de tension entre deux points : « 3,3 V entre la broche D2 et GND ». Le GND (la masse) sert de point de référence, le « niveau du sol » : il vaut 0 V.
Plus en profondeur¶
Ce qui se passe vraiment¶
Dans un fil de cuivre, il y a des milliards de minuscules particules chargées, les électrons, qui peuvent se déplacer. Une pile ou un port USB agit comme une pompe : d'un côté elle accumule des électrons, de l'autre elle en manque. Cette différence crée une poussée : c'est la tension. Dès qu'on relie les deux côtés par un circuit, les électrons se mettent en mouvement : c'est le courant.
Le volt, c'est de l'énergie
Plus précisément, la tension mesure l'énergie que reçoit chaque « paquet » d'électricité en traversant la pile. Une pile de 9 V donne six fois plus d'énergie à chaque paquet qu'une pile de 1,5 V. C'est cette énergie que la LED transforme en lumière, et la résistance en (un tout petit peu de) chaleur.
Continu ou alternatif¶
| Courant continu | Courant alternatif | |
|---|---|---|
| La tension | reste toujours dans le même sens | change de sens 50 fois par seconde |
| Qui le fournit | piles, batteries, USB, chargeurs | la prise murale (230 V) |
| Dans l'atelier | oui, uniquement | jamais |
La prise de courant, jamais
Les 230 V de la prise murale sont dangereux pour le corps humain. Tout l'atelier fonctionne en 5 V maximum, sans aucun risque pour toi. Le chargeur USB transforme le 230 V en 5 V à l'intérieur de son boîtier : c'est son travail, pas le nôtre.
Les deux métiers de la tension¶
Dans l'atelier, la tension joue deux rôles bien différents :
- Alimenter : donner de l'énergie aux composants. Le 5 V de l'USB fait vivre la carte, le ruban de LEDs, les servos.
- Transmettre une information : une broche à 3,3 V veut dire « 1 » (ou
HIGH), une broche à 0 V veut dire « 0 » (ouLOW). C'est le langage des circuits numériques. L'ESP32 considère qu'une tension au-dessus d'environ 2,5 V est un « 1 », et en dessous d'environ 0,8 V un « 0 ».
Le régulateur : un « 5 V → 3,3 V » sur la carte¶
L'ESP32 a besoin de 3,3 V, mais l'USB fournit 5 V. Un petit composant de la carte, le régulateur, abaisse le 5 V en un 3,3 V bien stable. C'est le composant numéroté 7 sur la photo annotée de la carte.
Les tensions de l'atelier¶
| Où | Tension | À savoir |
|---|---|---|
| Port USB de l'ordinateur | 5 V | Ce qui alimente la carte par le câble |
| Broche VIN de l'ESP32 | environ 5 V | Le 5 V de l'USB, disponible pour le ruban, les servos… |
| Broche 3V3 et broches D (GPIO) | 3,3 V | Le « langage » de l'ESP32 : une broche allumée (HIGH) donne 3,3 V |
| 2 piles AA en série | 3 V | 1,5 V chacune : les tensions s'additionnent en série |
| Une LED rouge allumée | environ 2 V | Elle « consomme » une partie de la poussée, voir la LED |
La règle d'or de l'ESP32
Les broches de l'ESP32 travaillent en 3,3 V. Ne jamais envoyer 5 V sur une broche D : elle pourrait griller. Le 5 V ne se branche que sur VIN, et seulement pour alimenter des composants.
La tension se partage¶
Dans une boucle, les tensions de chaque composant s'additionnent pour redonner la tension de départ. Rien ne se perd : la poussée de la broche est entièrement « dépensée » en chemin.
Exemples de calculs¶
Calcul 1 · Des piles bout à bout
Une pile AA donne 1,5 V. Quand on les met l'une derrière l'autre (en série), leurs tensions s'additionnent :
- 2 piles : 1,5 + 1,5 = 3 V (la phase 1 de la mission 5)
- 3 piles : 1,5 × 3 = 4,5 V
- 4 piles : 1,5 × 4 = 6 V
Attention au sens : une pile à l'envers retire ses 1,5 V au lieu de les ajouter !
Calcul 2 · Combien reste-t-il pour la résistance ?
Une broche donne 3,3 V. Combien de volts reçoit la résistance, selon la couleur de la LED ?
| LED | Tension gardée par la LED | Reste pour la résistance |
|---|---|---|
| Rouge | 2,0 V | 3,3 − 2,0 = 1,3 V |
| Jaune | 2,1 V | 3,3 − 2,1 = 1,2 V |
| Bleue | 3,0 V | 3,3 − 3,0 = 0,3 V seulement |
Avec la LED bleue, il reste très peu de poussée : c'est pour ça qu'elle brille moins avec la même résistance.
Calcul 3 · Millivolts
1 V = 1 000 mV (millivolts). Le multimètre affiche parfois 1300 mV : c'est 1,3 V. Et 0,3 V = 300 mV.
Mise en pratique : mesurer des tensions¶
Avec un multimètre, tu peux vérifier tout ce qui est écrit sur cette page.
- Régler le multimètre sur V⎓ (tension continue, le symbole avec un trait plein et des pointillés), calibre 20 V s'il faut en choisir un.
- Pointe noire dans la prise COM, pointe rouge dans la prise V.
- La pointe noire touche toujours le GND : c'est la référence.
| Où poser la pointe rouge | Ce que tu dois lire |
|---|---|
| Broche 3V3 | environ 3,3 V |
| Broche VIN (carte branchée en USB) | entre 4,5 et 5 V (sur beaucoup de cartes, une petite diode en prend un peu au passage) |
| Broche D2 pendant le programme Blink | alternativement 0 V et 3,3 V |
L'expérience du partage : branche le test de la LED (D2 → 330 Ω → LED → GND) avec un programme qui laisse D2 allumée (digitalWrite(2, HIGH) dans setup(), rien dans loop()). Mesure ensuite :
- aux deux pattes de la résistance : environ 1,3 V ;
- aux deux pattes de la LED : environ 2 V ;
- entre D2 et GND : environ 3,3 V, la somme des deux !
Un nombre négatif ?
Si le multimètre affiche -3.3, tu as simplement inversé les pointes. Rien de grave : le signe moins indique le sens.
Les pièges¶
| Le piège | Ce qui arrive | La bonne habitude |
|---|---|---|
| Brancher du 5 V sur une broche D | la broche peut griller | 5 V seulement sur VIN |
| Mesurer avec le multimètre réglé sur V~ (alternatif) | une valeur fausse ou nulle | toujours V⎓ dans l'atelier |
| Oublier de relier les GND de deux alimentations | les signaux n'ont plus de sens | voir la masse commune |
| Confondre V et mV | un facteur 1 000 d'erreur | lire l'unité affichée |
Exercices¶
1. Une pile 9 V et une pile 1,5 V sont mises en série dans le bon sens. Quelle tension obtient-on ?
9 + 1,5 = 10,5 V.
2. On mesure 3,3 V entre D2 et GND, et 1,2 V aux bornes de la résistance. Quelle tension a la LED ?
3,3 − 1,2 = 2,1 V : c'est sans doute une LED jaune ou verte.
3. Pourquoi ne peut-on pas allumer 3 LEDs rouges l'une derrière l'autre sur une broche de l'ESP32 ?
Il faudrait environ 3 × 2 = 6 V, et la broche n'en donne que 3,3 V. Pas assez de poussée : aucune ne s'allume. Voir série et parallèle.
4. Le multimètre affiche 3 300 mV. Combien de volts ?
3 300 ÷ 1 000 = 3,3 V.
À retenir
- Tension = poussée, en volts (V). Symbole dans les formules : U.
- Elle se mesure entre deux points, souvent entre une broche et GND.
- Dans une boucle, les tensions se partagent : 3,3 V = 1,3 V + 2 V.
- L'ESP32 parle en 3,3 V, l'USB fournit 5 V, la prise murale : jamais.
Où ça sert dans l'atelier¶
- La fiche technique de l'ESP32 : 3,3 V pour les broches, 5 V par l'USB.
- L'ESP32 · Vérifier la liaison : la mesure au multimètre entre D2 et GND.
- Le câble USB : c'est lui qui apporte les 5 V.
- Mission 0 · Quatre LEDs en parallèle : pourquoi les LEDs l'une derrière l'autre ne s'allument pas avec 3,3 V.
- Mission 2 · Le câblage du ruban : le ruban se nourrit en 5 V sur VIN.
- Mission 5 · Phase 1 : un moteur branché sur 3 V de piles.
- Mission 6 · Le plan de bataille : une alimentation 5 V externe pour tout le monde.
Pour aller plus loin¶
- 🇫🇷 Tension électrique, sur Vikidia : l'analogie de l'eau, simplement.
- 🇫🇷 Quelques bases élémentaires, cours Arduino d'Eskimon : courant, tension, masse.
- 🇫🇷 Tension électrique, sur Wikipédia, pour les plus curieux.
- 🇬🇧 Voltage, Current, Resistance, and Ohm's Law, SparkFun (en anglais, très illustré).