L’intensité du courant électrique : ampère, ampèremètre, loi d’unicité et loi des nœuds

Le débit d’un circuit

Un tuyau d’arrosage laisse passer plus ou moins d’eau selon qu’on ouvre le robinet en grand ou à peine. Pour décrire cela, on parle de débit : le volume d’eau qui traverse une section du tuyau chaque seconde. Un circuit électrique fonctionne de la même façon, avec des charges électriques à la place de l’eau, et la grandeur qui décrit ce débit s’appelle l’intensité du courant.

C’est la deuxième grandeur électrique du programme de 4e, après la tension. Les deux vont ensemble mais ne mesurent pas la même chose : la tension est ce qui pousse le courant, l’intensité est ce qui passe. Deux lettres, deux unités, deux appareils, deux façons de brancher : c’est ce couple qu’il faut maîtriser avant d’aborder la loi d’Ohm en 3e.

Cette page définit l’intensité, explique comment la mesurer avec un ampèremètre et comment choisir son calibre, établit les deux lois qui régissent sa répartition dans un circuit (unicité en série, loi des nœuds en dérivation), donne les ordres de grandeur du microampère au kiloampère, et explique pourquoi quelques dizaines de milliampères suffisent à tuer.

Définition et unité

L’intensité du courant électrique dans une branche de circuit est la grandeur qui mesure la quantité de charges électriques qui traversent une section de cette branche par unité de temps. Elle se note I, et son unité dans le Système international est l’ampère, de symbole A, en hommage à André-Marie Ampère.

Dans un fil métallique, ces charges sont les électrons libres : chaque atome de cuivre en abandonne un, et ces électrons peuvent se déplacer d’un atome à l’autre dès qu’un générateur les y pousse. Dans une solution ionique (eau salée, électrolyte d’une pile), ce sont les ions qui se déplacent, les positifs dans un sens et les négatifs dans l’autre. Dans les deux cas, l’intensité mesure la même chose : combien de charges passent chaque seconde.

$$I=\frac{Q}{t}$$

où Q est la quantité de charges en coulombs (C) et t la durée en secondes. Un ampère correspond donc au passage d’un coulomb par seconde, soit environ 6 milliards de milliards d’électrons chaque seconde. Cette formule n’est pas exigible au collège, mais elle donne un sens concret au mot « débit » : l’ampère est aux charges ce que le litre par seconde est à l’eau.

Unité	Symbole	Valeur	Exemples
microampère	µA	0,000001 A	signaux nerveux, capteurs, horloge d’un ordinateur éteint
milliampère	mA	0,001 A	DEL (20 mA), écouteurs, seuil de danger (30 mA)
ampère	A	1 A	lampe de poche, chargeur de téléphone (2 A), four (10 A)
kiloampère	kA	1 000 A	démarreur de voiture (0,5 kA), éclair (30 kA), soudure à l’arc

Le convertisseur d’intensité et de tension permet de passer d’une unité à l’autre. Au collège, l’essentiel est de savoir que 1 A = 1 000 mA, et donc que 250 mA = 0,250 A : cette conversion est la source d’erreur numéro un dans les calculs de 3e.

Mesurer une intensité : l’ampèremètre

L’ampèremètre mesure l’intensité du courant. Au collège, c’est un multimètre réglé sur la position ampèremètre (A, ou A= pour le courant continu). Il se branche en série, c’est-à-dire sur le trajet du courant : il faut ouvrir le circuit à l’endroit où l’on veut mesurer, et insérer l’appareil dans la coupure, pour que tout le courant à mesurer le traverse.

L’ampèremètre possède une borne COM (commune, noire) et une ou deux bornes de mesure, souvent notées mA (pour les petites intensités) et 10 A (pour les fortes, avec un fusible séparé). On branche de sorte que le courant entre par la borne de mesure et ressorte par COM : si on inverse, l’appareil affiche une valeur négative, ce qui n’est pas grave mais indique que le sens du courant est l’inverse de celui supposé.

Un ampèremètre a une résistance quasi nulle (moins d’un ohm) : il se comporte comme un fil et ne perturbe donc pas le circuit dans lequel on l’insère. C’est précisément ce qui le rend dangereux s’il est mal branché : en dérivation aux bornes d’un dipôle, il le court-circuite, la lampe s’éteint, et l’intensité qui traverse l’appareil dépasse son calibre. Son fusible interne grille alors : c’est la panne la plus fréquente des multimètres de salle de sciences.

Le calibre est l’intensité maximale mesurable dans le réglage choisi : 200 µA, 2 mA, 20 mA, 200 mA, 10 A sur un multimètre courant. Le bon calibre est le plus petit qui ne soit pas dépassé, car c’est celui qui donne le plus de chiffres : 0,185 A lu sur le calibre 200 mA s’affiche « 185,0 », mais sur le calibre 10 A seulement « 0,18 ». En cas de doute total sur la valeur, on commence toujours par 10 A, quitte à descendre ensuite.

Exemple 1 — Choisir le calibre

On veut mesurer l’intensité dans une DEL protégée par un résistor, alimentée en 9 V. Les calibres disponibles sont 2 mA, 20 mA, 200 mA et 10 A. Lequel choisir ?

Une DEL fonctionne autour de 15 à 20 mA. Le calibre 2 mA serait dépassé (affichage « OL »). Le calibre 20 mA convient si l’on est sûr de rester en dessous, mais il est risqué ; le calibre 200 mA est le choix sûr, et affichera par exemple « 17,2 ». Si l’on n’avait aucune idée de l’ordre de grandeur, on commencerait par 10 A, on lirait « 0,02 », et on saurait alors qu’il faut descendre à 200 mA pour la précision.

La loi d’unicité : en série, la même intensité partout

Montons en série un générateur, deux lampes et trois ampèremètres placés à trois endroits différents de la boucle. Le résultat surprend toujours les élèves : les trois appareils affichent la même valeur.

C’est la loi d’unicité de l’intensité : dans un circuit en série, l’intensité du courant est la même en tout point. Elle ne dépend pas de l’ordre des dipôles, ni de leur position par rapport au générateur. On peut permuter les deux lampes sans rien changer, et la lampe « la plus proche de la pile » ne reçoit pas plus de courant que l’autre.

$$I=I_1=I_2=\dots$$

Le modèle de l’eau aide à comprendre : dans un tuyau unique, sans fuite ni réservoir, le même débit traverse chaque section, que le tuyau passe par une turbine, un rétrécissement ou un radiateur. Ce qui change d’un point à l’autre, c’est la pression (l’analogue de la tension), pas le débit.

Ce que l’ajout d’un dipôle en série change, c’est la valeur commune de l’intensité : plus il y a de récepteurs en série, plus la résistance totale est grande et plus l’intensité est faible partout. Trois lampes en série sur une pile de 4,5 V sont traversées par moins de courant que deux, et elles brillent toutes faiblement, comme le détaille la page série et dérivation.

La loi des nœuds : en dérivation, les intensités s’ajoutent

Dans un circuit avec dérivations, le courant arrive à un nœud (un point où au moins trois fils se rejoignent) et se partage entre les branches. Un peu plus loin, les courants se rassemblent au nœud suivant. Que valent les intensités ?

C’est la loi des nœuds : l’intensité du courant dans la branche principale est égale à la somme des intensités dans les branches dérivées.

$$I=I_1+I_2+\dots$$

Le partage n’est pas nécessairement équitable : deux lampes identiques en dérivation prennent le même courant (0,225 A chacune si la principale vaut 0,45 A), mais deux lampes différentes se partagent le courant selon leur résistance, la moins résistante prenant le plus. Ce qui reste toujours vrai, c’est la somme.

Cette loi a une conséquence pratique quotidienne : chaque appareil qu’on branche en dérivation dans une maison ajoute son intensité à celle de la ligne. Une multiprise sur laquelle se cumulent un radiateur (8 A), une bouilloire (10 A) et un sèche-cheveux (7 A) fait circuler 25 A dans un câble prévu pour 16 A : le disjoncteur coupe, et sans lui les fils chaufferaient dangereusement, comme l’explique la page sur le court-circuit.

Exemple 2 — Appliquer les deux lois

Un générateur alimente L1 en série avec l’ensemble formé de L2 et L3 en dérivation. On mesure I dans L1 = 0,32 A et I dans L2 = 0,18 A. Que vaut l’intensité dans L3 ? dans le générateur ?

L1 est sur la branche principale : toute l’intensité la traverse, donc I = 0,32 A au générateur aussi (loi d’unicité le long de cette branche). Au nœud où le circuit se sépare : I = I₂ + I₃, donc I₃ = 0,32 − 0,18 = 0,14 A. L3 est traversée par moins de courant que L2 : elle est plus résistante, elle brillera moins.

Exemple 3 — Le piège des lampes en série

Un élève affirme : « Dans mon circuit série, la première lampe brille plus fort que la seconde, donc elle reçoit plus de courant. » Que répondre ?

La prémisse est douteuse et la conclusion fausse. Si les deux lampes sont identiques, elles brillent pareil : la loi d’unicité impose la même intensité, et elles reçoivent la même tension. Si l’une brille plus, c’est qu’elles sont différentes (tensions nominales ou résistances distinctes) : la plus résistante prend une part plus grande de la tension, pas du courant. L’intensité, elle, reste rigoureusement identique dans les deux.

Ordres de grandeur

Situation	Intensité	Remarque
Influx nerveux	quelques µA	mesuré à l’électroencéphalogramme
Montre à quartz	1 à 5 µA	d’où une pile qui dure des années
DEL indicatrice	20 mA	maximum supporté par une DEL de 5 mm
Seuil de non-lâcher (corps humain)	10 mA	les muscles se contractent
Interrupteur différentiel	30 mA	seuil de coupure imposé dans les logements
Lampe de collège (3,5 V)	0,2 A	soit 200 mA
Chargeur de téléphone	1 à 3 A	en 5 V ou plus en charge rapide
Ampoule à DEL 8 W (230 V)	0,035 A	très peu : c’est tout l’intérêt
Réfrigérateur	0,5 à 1 A	en fonctionnement du compresseur
Circuit d’éclairage domestique	10 A max	fils de 1,5 mm²
Circuit de prises	16 A max	fils de 2,5 mm²
Plaque de cuisson	32 A	fils de 6 mm²
Démarreur de voiture	200 à 500 A	pendant quelques secondes seulement
Soudure à l’arc	100 à 300 A	d’où les câbles très épais
Éclair	5 à 30 kA	pendant quelques dizaines de microsecondes

Sources : norme NF C 15-100 pour les calibres domestiques ; documentation constructeurs (Vishay pour les DEL, Bosch pour les démarreurs) ; Météo-France pour la foudre.

Ce tableau révèle un fait important : les intensités courantes s’étalent sur dix ordres de grandeur, du microampère d’une montre aux dizaines de kiloampères de la foudre. C’est pourquoi les ampèremètres possèdent autant de calibres, et pourquoi les fils électriques ont des sections si différentes : un fil de démarreur de voiture est aussi gros qu’un pouce, celui d’un écouteur aussi fin qu’un cheveu.

Pourquoi quelques milliampères suffisent à tuer

On entend souvent que « c’est la tension qui tue ». C’est inexact : c’est l’intensité qui traverse le corps qui provoque les dommages. La tension n’intervient que parce qu’elle détermine cette intensité, à travers la résistance du corps (de 1 000 Ω peau mouillée à 100 000 Ω peau sèche).

Trois seuils sont à connaître. Vers 0,5 mA, on perçoit un picotement. Vers 10 mA, les muscles se contractent involontairement : c’est le seuil de non-lâcher, où la main se referme sur le conducteur au lieu de le lâcher, ce qui prolonge le contact et aggrave tout. Au-delà de 30 mA pendant quelques secondes, le cœur peut entrer en fibrillation et cesser de pomper efficacement : c’est le seuil retenu par la réglementation pour les interrupteurs différentiels obligatoires dans les logements, qui coupent en moins de 40 millisecondes.

Un calcul éclaire le danger du secteur. Avec une peau sèche (résistance 10 000 Ω), un contact à 230 V fait passer I = 230 / 10 000 = 23 mA : douloureux, à la limite du non-lâcher. Avec une peau mouillée (1 000 Ω), le même contact donne 230 mA, dix fois le seuil mortel. C’est toute la raison des règles sur l’eau et l’électricité : salle de bains, mains humides, extérieur sous la pluie. À l’inverse, une pile de 4,5 V sur une peau sèche ne fait passer que 0,45 mA, sous le seuil de perception : c’est pourquoi les manipulations du collège sont sans risque.

Ce qui détermine l’intensité dans un circuit

Pourquoi une lampe est-elle traversée par 0,2 A et une DEL par 0,02 A sur la même pile ? Parce que l’intensité ne se décide pas toute seule : elle résulte de la tension appliquée et de la résistance du circuit. C’est le contenu de la loi d’Ohm, étudiée en 3e :

$$I=\frac{U}{R}$$

avec I en ampères, U en volts et R en ohms. À tension donnée, plus la résistance est grande, plus l’intensité est faible. Un résistor de 220 Ω sous 4,5 V laisse passer 0,020 A ; un résistor de 22 Ω, dix fois moins résistant, laisse passer 0,20 A. Et si la résistance devient presque nulle, c’est le court-circuit : l’intensité s’envole. La page sur la loi d’Ohm développe cette relation, et le calculateur associé permet d’en faire les applications numériques.

En 4e, sans la loi d’Ohm, on retient les effets qualitatifs, vérifiables à l’ampèremètre : ajouter un récepteur en série diminue l’intensité dans toute la boucle ; ajouter un récepteur en dérivation augmente l’intensité fournie par le générateur ; augmenter la tension du générateur augmente l’intensité.

Exemple 4 — Prévoir l’évolution de l’intensité

Un circuit comporte un générateur et une lampe : l’ampèremètre indique 0,25 A. Prévoir ce que deviendra cette valeur dans trois cas.

(a) On ajoute une seconde lampe identique en série. La résistance totale double, l’intensité diminue (environ 0,15 A, pas exactement la moitié car la résistance d’un filament varie avec sa température). (b) On ajoute une seconde lampe identique en dérivation. Chaque lampe garde 0,25 A ; le générateur débite alors 0,50 A. (c) On remplace la pile de 4,5 V par une de 9 V. L’intensité augmente nettement, et la lampe risque de griller si elle est prévue pour 3,5 V.

Un peu d’histoire

Le mot courant et l’étude quantitative de son intensité datent d’André-Marie Ampère. En septembre 1820, il apprend l’expérience du Danois Hans Christian Ørsted, qui vient de montrer qu’un fil parcouru par un courant fait dévier une aiguille aimantée. En quelques semaines, Ampère découvre que deux fils parcourus par des courants s’attirent ou se repoussent selon le sens de ces courants, et il propose de mesurer l’intensité par cette force magnétique. Il fonde ainsi l’électrodynamique et donne son nom à l’unité. Maxwell dira de lui qu’il fut « le Newton de l’électricité ».

Les premiers galvanomètres, ancêtres de l’ampèremètre, exploitent directement cette idée : une aiguille aimantée, ou une bobine mobile placée entre les pôles d’un aimant, dévie d’autant plus que le courant est intense. L’appareil à cadre mobile de Jacques-Arsène d’Arsonval (1882) et Edward Weston (1888) sera l’instrument standard pendant un siècle, avant d’être supplanté par les multimètres numériques dans les années 1970.

L’ampère est adopté comme unité internationale en 1881 au Congrès des électriciens de Paris. Sa définition a changé trois fois : d’abord liée à un dépôt d’argent par électrolyse, puis, de 1948 à 2019, définie par la force entre deux fils parallèles infinis. Depuis le 20 mai 2019, l’ampère est défini à partir de la charge élémentaire de l’électron, fixée par convention à 1,602 176 634 × 10⁻¹⁹ coulomb : l’unité de courant repose désormais sur une constante de la nature, et non plus sur une expérience de pensée.

Les erreurs classiques

Brancher l’ampèremètre en dérivation. Il court-circuite le dipôle, la lampe s’éteint et le fusible interne grille. L’ampèremètre se branche en série, en ouvrant le circuit.

Croire que le courant s’use dans les récepteurs. L’intensité est la même avant et après une lampe. C’est l’énergie qui est transférée.

Dire que la lampe la plus proche de la pile reçoit plus de courant. L’ordre des dipôles en série n’a aucune influence.

Appliquer la loi des nœuds en série (ou l’unicité en dérivation). En série : l’intensité est la même partout. En dérivation : les intensités s’ajoutent. Ce sont les tensions qui suivent la règle inverse.

Oublier de convertir les milliampères. 150 mA = 0,150 A. Dans tout calcul (loi d’Ohm, puissance), l’intensité doit être en ampères.

Croire que « c’est la tension qui tue ». C’est l’intensité traversant le corps. La tension n’est dangereuse que parce qu’elle produit cette intensité, d’autant plus grande que la peau est mouillée.

Choisir le calibre après avoir fermé le circuit. On règle le calibre avant, et l’on commence par le plus grand en cas de doute.

Exercices corrigés

Du branchement de l’ampèremètre aux lois de répartition et aux ordres de grandeur.

Exercice 1

L’ampèremètre

4e●○○

1. Quelle grandeur mesure un ampèremètre ? Dans quelle unité ? Quel est son symbole normalisé ?
2. Comment se branche-t-il ? Faut-il ouvrir le circuit ?
3. Que se passe-t-il si on le branche en dérivation aux bornes d’une lampe ?
4. L’afficheur indique « −0,18 ». Que faut-il en conclure ?

Voir la correction

1. L’intensité du courant, en ampères (A) ; symbole : un cercle contenant la lettre A.
2. En série, sur le trajet du courant : il faut ouvrir le circuit et y insérer l’appareil.
3. Il court-circuite la lampe (sa résistance est quasi nulle) : la lampe s’éteint et le fusible interne de l’ampèremètre grille.
4. Les bornes sont inversées : l’intensité vaut bien 0,18 A, le courant circule dans l’autre sens que celui supposé.

Exercice 2

Conversions

4e●○○

Convertir :

1. 250 mA en A.
2. 0,045 A en mA.
3. 1,5 A en mA.
4. 20 µA en mA puis en A.
5. Ranger dans l’ordre croissant : 0,08 A ; 95 mA ; 0,5 A ; 12 mA.

Voir la correction

1. 0,250 A.
2. 45 mA.
3. 1 500 mA.
4. 20 µA = 0,020 mA = 0,000020 A.
5. 12 mA (0,012 A) < 0,08 A < 95 mA (0,095 A) < 0,5 A : 12 mA ; 0,08 A ; 95 mA ; 0,5 A.

Exercice 3

Circuit en série

4e●●○

Un circuit en série comporte un générateur, un interrupteur, une lampe L1, un moteur M et une lampe L2. Un ampèremètre placé entre L1 et M indique 0,14 A.

1. Quelle est l’intensité qui traverse L2 ? le moteur ? le générateur ?
2. Quelle loi a-t-on utilisée ?
3. On permute L1 et M dans le circuit. Les valeurs changent-elles ?
4. On ajoute une troisième lampe en série. L’intensité augmente-t-elle ou diminue-t-elle ?

Voir la correction

1. 0,14 A partout : dans L2, dans M et dans le générateur.
2. La loi d’unicité de l’intensité dans un circuit en série.
3. Non : l’ordre des dipôles en série n’a aucune influence.
4. Elle diminue : la résistance totale du circuit augmente.

Exercice 4

Loi des nœuds

4e●●○

Un générateur alimente trois lampes en dérivation. On mesure : branche principale 0,72 A, branche de L1 0,30 A, branche de L2 0,25 A.

1. Quelle est l’intensité dans la branche de L3 ?
2. Quelle lampe brille le plus fort ? Justifier (elles sont alimentées sous la même tension).
3. On dévisse L2. Que devient l’intensité dans la branche principale ? Et dans L1 ?
4. Combien y a-t-il de nœuds dans ce circuit, et combien de branches ?

Voir la correction

1. Loi des nœuds : I₃ = 0,72 − 0,30 − 0,25 = 0,17 A.
2. L1 : sous la même tension, c’est elle qui est traversée par le plus grand courant, donc qui reçoit le plus de puissance.
3. Principale : 0,72 − 0,25 = 0,47 A. Dans L1 : 0,30 A, inchangée, car elle garde la même tension à ses bornes.
4. Deux nœuds et quatre branches (le générateur + les trois lampes).

Exercice 5

Sécurité électrique

4e●●●

La résistance du corps humain vaut environ 10 000 Ω avec une peau sèche et 1 000 Ω avec une peau mouillée. On utilisera I = U / R.

1. Calculer l’intensité qui traverserait une personne touchant un conducteur à 230 V, peau sèche puis peau mouillée.
2. Comparer chaque valeur aux seuils de 10 mA et de 30 mA. Conclure.
3. Calculer l’intensité pour un contact avec une pile de 4,5 V, peau sèche. Pourquoi les manipulations du collège sont-elles sans danger ?
4. Pourquoi l’interrupteur différentiel est-il réglé à 30 mA et non à 100 mA ?

Voir la correction

1. Peau sèche : I = 230 / 10 000 = 0,023 A = 23 mA. Peau mouillée : I = 230 / 1 000 = 0,23 A = 230 mA.
2. 23 mA dépasse le seuil de non-lâcher (10 mA) : contraction musculaire, contact prolongé. 230 mA dépasse largement 30 mA : risque mortel de fibrillation. L’eau multiplie le danger par dix.
3. I = 4,5 / 10 000 = 0,00045 A = 0,45 mA, sous le seuil de perception : aucun risque.
4. Parce que le danger commence dès 30 mA : couper à 100 mA laisserait passer des intensités déjà mortelles. Le différentiel doit agir avant le seuil de fibrillation.

Exercice 6

Installation domestique

4e●●●

Un circuit de prises est protégé par un disjoncteur de 16 A. On y branche en dérivation : une bouilloire (9,6 A), un grille-pain (4,3 A) et une télévision (0,5 A).

1. Calculer l’intensité totale dans la ligne quand les trois fonctionnent. Le disjoncteur coupe-t-il ?
2. On ajoute un radiateur d’appoint de 6,5 A. Que se passe-t-il ? Justifier par la loi des nœuds.
3. Pourquoi les appareils d’une maison sont-ils branchés en dérivation et non en série ?
4. Le disjoncteur a coupé. Un occupant propose de le remplacer par un modèle 32 A. Que faut-il lui répondre ?

Voir la correction

1. I = 9,6 + 4,3 + 0,5 = 14,4 A < 16 A : le disjoncteur ne coupe pas.
2. I = 14,4 + 6,5 = 20,9 A > 16 A : le disjoncteur coupe. Loi des nœuds : chaque appareil ajoute son intensité dans la branche principale.
3. Pour que chacun reçoive la tension complète de 230 V et fonctionne indépendamment des autres.
4. C’est dangereux et interdit : le calibre protège les fils (2,5 mm², prévus pour 16 A), pas les appareils. Un disjoncteur de 32 A laisserait les fils chauffer jusqu’à l’incendie. Il faut répartir les appareils sur plusieurs circuits.

Quiz : dix questions pour vérifier

1. L’intensité du courant se mesure en…

   voltsampèresohmswatts
2. Un ampèremètre se branche…

   en dérivation aux bornes du dipôleen série, en ouvrant le circuità la place du générateurn’importe où dans le circuit
3. Dans un circuit en série, l’intensité…

   diminue après chaque récepteurest la même en tout points’ajoute à chaque nœudest nulle dans les fils
4. Dans un circuit avec dérivations, la loi des nœuds s’écrit…

   I = I₁ = I₂I = I₁ + I₂I = I₁ − I₂I = I₁ × I₂
5. 250 mA valent…

   2,5 A0,25 A25 A0,025 A
6. Un ampèremètre branché par erreur en dérivation sur une lampe…

   mesure la tensioncourt-circuite la lampe et grille son fusiblen’a aucun effetaffiche zéro
7. Deux lampes identiques en dérivation prennent chacune 0,20 A. Le générateur débite…

   0,10 A0,20 A0,40 A0 A
8. À partir de quelle intensité les muscles se contractent-ils au point de ne plus pouvoir lâcher ?

   0,5 mA10 mA100 mA1 A
9. Les interrupteurs différentiels des logements coupent à…

   30 mA30 A300 mA3 A
10. Pour choisir le calibre d’un ampèremètre quand on ignore l’intensité, on commence par…

    le plus petit calibrele plus grand calibrele calibre du milieupeu importe

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Fiche : ce qu’il faut retenir

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