Quelle est la différence entre un circuit en série et un circuit en dérivation ?

Tout circuit électrique a besoin d'une boucle fermée de conducteurs. Il y a deux façons de base d'y brancher plusieurs dipôles, et elles se comportent très différemment. Trois grandeurs décrivent ce qui se passe :

• l'intensité du courant (I), en ampères (A) : la quantité de charge qui passe en un point chaque seconde. On la mesure avec un ampèremètre branché en série ;
• la tension (U), en volts (V) : la « poussée » donnée aux charges, liée à l'énergie qu'elles transportent. On la mesure avec un voltmètre branché en dérivation aux bornes du dipôle ;
• la résistance (R), en ohms (Ω) : à quel point un dipôle s'oppose au passage du courant.

Elles sont reliées par la loi d'Ohm : U = R × I (donc I = U ÷ R et R = U ÷ I).

Dans un circuit en série, il n'y a qu'un chemin, donc :

• l'intensité est la même en tout point : I = I₁ = I₂ (loi d'unicité de l'intensité) ;
• la tension du générateur se partage : U = U₁ + U₂ (loi d'additivité des tensions) ;
• les résistances s'additionnent : R = R₁ + R₂ + … ;
• si une lampe grille, la boucle est ouverte et tout s'éteint ; avec plus de lampes, chacune brille moins.

Dans un circuit en dérivation, le courant se divise à un nœud puis se rejoint, donc :

• chaque branche reçoit toute la tension du générateur : U = U₁ = U₂ (loi d'unicité des tensions) ;
• les intensités des branches s'additionnent : I = I₁ + I₂ (loi des nœuds) ;
• la résistance équivalente se calcule avec 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + … et elle est toujours plus petite que la plus petite des résistances. Pour deux résistances : R = (R₁ × R₂) ÷ (R₁ + R₂) ;
• si une lampe grille, les autres restent allumées avec le même éclat. La pile fournit alors moins de courant (avec toutes les lampes allumées, un circuit en dérivation demande plus de courant qu'un circuit en série, donc sa pile s'use plus vite).

Pourquoi une branche de plus diminue la résistance totale ? Pense à un supermarché : ouvrir une caisse de plus ne ralentit personne, cela offre une sortie de plus. Plus de branches, c'est plus de chemins : avec la même tension, il circule plus de courant au total.

Les mêmes règles valent pour les piles et les panneaux solaires. Des piles en série additionnent leurs tensions : deux piles de 1,5 V donnent 3 V. Des piles identiques en dérivation gardent la même tension mais durent plus longtemps. C'est pour cela que les appareils qui ont besoin de plus de tension placent les piles bout à bout. Tout cela vient de la façon dont l'électricité transporte l'énergie dans une boucle.

Quelles sont les formules des circuits en série et en dérivation ?#

Série : I est la même, U = U₁ + U₂, R = R₁ + R₂. Dérivation : U est la même, I = I₁ + I₂, 1/R = 1/R₁ + 1/R₂. Dans les deux cas, U = R × I pour chaque dipôle.

« En dérivation » et « en parallèle », c'est la même chose ?#

Oui. Au collège, on dit surtout « en dérivation » ; « en parallèle » est le terme courant et celui qu'on retrouve en électronique. Les lois sont les mêmes.

Comment reconnaître un circuit en série ou en dérivation ?#

Suis le courant du doigt depuis la borne + du générateur. S'il ne peut faire qu'un seul trajet, c'est un circuit en série. S'il arrive à un nœud et peut se partager en branches qui se rejoignent, ces branches sont en dérivation.

Quelle est la différence pour les lampes ?#

En dérivation, chaque lampe reçoit toute la tension et brille normalement ; si l'une grille, les autres restent allumées. En série, la tension se partage, les lampes brillent moins et tout s'éteint si l'une grille.

Pourquoi la résistance diminue-t-elle quand on ajoute des résistances en dérivation ?#

Chaque nouvelle branche est un chemin de plus pour le courant. Avec plus de chemins, il circule plus de courant sous la même tension, ce qui veut dire que la résistance équivalente est plus faible.

Comment brancher des piles en série ou en parallèle ?#

En série, on relie la borne + d'une pile à la borne − de la suivante : les tensions s'additionnent (quatre piles de 1,5 V donnent 6 V). En parallèle, on relie les + ensemble et les − ensemble : la tension reste la même, mais l'ensemble dure plus longtemps.