Chapitre 2 – Grandeurs électriques et circuits | 2nde Bac Pro MAMA | Physique-Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, format manuel scolaire
Mehdi, ouvrier électricien chez Élec & Bois Services à Belfort, intervient dans une menuiserie qui a installé une nouvelle ligne de fabrication. Il doit câbler 4 réglettes LED 36 W au-dessus des établis. Le patron lui demande : « Je veux que si une réglette claque, les autres continuent d'éclairer ». Mehdi doit choisir entre câblage série et parallèle.
Dans un circuit série, le courant passe par tous les composants l'un après l'autre. En parallèle, chaque branche est indépendante.
a) Citer les 3 grandeurs électriques fondamentales et leurs unités.
b) Sur le schéma A, repérer les composants. Que représente le rectangle jaune ?
c) Combien de chemins le courant peut-il prendre dans le circuit B ?
a) Tension U en volts (V), intensité I en ampères (A), résistance R en ohms (Ω).
b) Rectangle jaune = générateur (ici la prise secteur 230 V). Cercles oranges = lampes/réglettes LED.
c) Dans le circuit B (parallèle), le courant peut prendre 4 chemins indépendants (un par LED).
a) Dans le schéma A (série), si Mehdi branche les 4 LED 230 V sur le secteur 230 V, quelle tension chaque LED reçoit-elle ?
b) Cette tension est-elle suffisante pour faire briller normalement chaque LED ? Justifier.
c) Si la LED L2 claque (filament cassé = circuit ouvert), que se passe-t-il pour L1, L3 et L4 ?
a) En série, la tension du générateur se répartit entre les composants. Pour 4 LED identiques : \(U_\text{LED} = 230 / 4 = \mathbf{57{,}5 \text{ V}}\).
b) Non ! Chaque LED a besoin de 230 V nominal pour briller à pleine puissance. À 57,5 V, elles seront très faibles ou ne s'allumeront pas du tout (la tension est insuffisante pour amorcer le driver intégré).
c) Si L2 claque (circuit ouvert), plus aucune LED n'est alimentée car le courant ne peut plus boucler. Les 4 réglettes s'éteignent.
Dans le schéma B (parallèle) :
a) Quelle tension reçoit chaque LED ?
b) Si L2 claque, que se passe-t-il pour L1, L3 et L4 ?
c) Lequel des deux schémas correspond à la demande du patron ?
a) En parallèle, chaque branche reçoit la même tension que le générateur, soit 230 V. Chaque LED brille à pleine puissance.
b) Si L2 claque, son chemin est coupé mais les 3 autres continuent à recevoir 230 V chacune. L1, L3 et L4 restent allumées normalement.
c) Le schéma B (parallèle) répond à la demande : tension nominale respectée + indépendance des branches.
Le patron demande à Mehdi le calcul de l'intensité totale consommée par les 4 réglettes câblées en parallèle.
Loi des nœuds : en parallèle, les intensités s'additionnent. \(I_{total} = I_1 + I_2 + I_3 + I_4\)
Chaque LED absorbe 0,16 A à pleine puissance.
\(I_\text{total} = 4 \times 0{,}16 = \mathbf{0{,}64 \text{ A}}\)
L'ensemble des 4 LED consomme moins de 1 A : un disjoncteur 10 A suffit largement (avec marge pour d'autres équipements).
Calculer la puissance totale consommée par les 4 LED. Vérifier avec la relation \(P = U \times I\).
Méthode 1 : 4 × 36 W = 144 W (somme des puissances).
Méthode 2 : \(P = U \times I = 230 \times 0{,}64 \approx 147\) W.
Les deux résultats sont cohérents (petit écart dû aux arrondis du fabricant). On retient ≈ 144 W.
Mehdi compare les 2 cas : ancien éclairage = 4 tubes fluorescents 58 W chacun (intensité 0,28 A). Nouveau LED = 36 W chacun.
a) Économie de puissance par luminaire ?
b) Sur 2 200 h/an de fonctionnement, à 0,18 €/kWh, calculer l'économie annuelle pour les 4 réglettes.
a) Économie par luminaire : 58 − 36 = 22 W (≈ 38 % de moins).
b) Économie totale par heure : 4 × 22 = 88 W = 0,088 kW.
Sur l'année : 0,088 × 2 200 = 193,6 kWh.
Économie : 193,6 × 0,18 = 34,85 €/an. Sur 5 ans (durée de vie typique des tubes fluo) : ≈ 174 €.
Pour la sécurité, Mehdi installe un disjoncteur 10 A en tête de ligne. Le patron demande s'il peut ajouter 6 prises 16 A pour les outils portatifs sur la même ligne.
Calculer si la ligne peut supporter cette charge supplémentaire. Conclure.
Les 4 LED consomment 0,64 A. Le disjoncteur 10 A peut donc supporter 10 − 0,64 ≈ 9,4 A supplémentaires.
Une seule prise 16 A déjà saturée si on branche un outil de 9 A (ex. ponceuse 2 kW : I = 2 000/230 ≈ 8,7 A).
Conclusion : NON, on ne peut pas mettre les prises sur la même ligne 10 A. Il faut une ligne 16 A ou 20 A séparée pour les outils portatifs (norme NF C 15-100).
Rédiger en 4-5 lignes le compte-rendu de Mehdi au patron, en justifiant le choix du câblage parallèle et en rappelant la consommation totale et l'économie.
« J'ai câblé les 4 réglettes LED 36 W en parallèle sur la ligne 10 A. Ce choix garantit que chaque réglette reçoit bien 230 V et qu'une panne sur l'une n'éteint pas les autres, comme demandé. La consommation totale est de 144 W (0,64 A), bien en-dessous de la limite du disjoncteur. Le passage des anciens tubes fluo aux LED économise environ 35 €/an d'électricité, soit ≈ 175 € sur 5 ans. Pour les futures prises outils portatifs, prévoir une ligne 16 A séparée. »
Mehdi remarque qu'une 5e réglette est nécessaire au-dessus de l'établi de finition. Peut-il la câbler en parallèle sur la même ligne 10 A ? Quelle est la marge de sécurité après ajout ?
Avec 5 LED en parallèle : I = 5 × 0,16 = 0,80 A < 10 A. Possible.
Marge de sécurité : 10 − 0,80 = 9,2 A. La ligne reste très peu chargée. (En pratique, on garde toujours ≥ 20 % de marge.)
📚 Cette activité s'appuie sur §4 (Circuit en série), §5 (Circuit en parallèle) et §6 (Lois des nœuds et des mailles) de la leçon Ch02.