Qu'est-ce qu'un circuit ouvert ? Guide complet sur les circuits ouverts dans les systèmes électriques

Introduction

Le circuit ouvert est fondamental tant pour l'ingénierie avancée que pour les situations de base. Par exemple, si un jour votre lumière ne s'allume pas, ou si vous souhaitez améliorer la fiabilité du système électrique de votre produit, ou encore diagnostiquer un problème sur un circuit imprimé, une fois le concept de circuit ouvert compris, vous saurez quelle direction générale suivre et pourrez identifier la cause ainsi que la solution à partir de cette direction. Comprendre comment les circuits peuvent dysfonctionner en cas de circuit ouvert, ainsi que la manière d'éviter et de gérer ces situations, peut vous aider à appréhender leur sécurité et leur fiabilité, qu'il s'agisse d'un petit salon ou d'une grande centrale électrique.

Qu'est-ce qu'un circuit ouvert ? Comprendre les circuits ouverts dans les systèmes électriques

D'un point de vue fondamental, un circuit ouvert est essentiellement un circuit incomplet. Dans tous les circuits modernes fonctionnels, il existe un chemin continu et ininterrompu permettant le passage du courant, ce qui permet aux électrons de circuler depuis une source d'alimentation à travers le circuit, ses composants, puis de revenir. Lorsqu'une rupture de circuit se produit, comme un fil cassé, un fusible grillé ou un interrupteur déconnecté, cela empêche la circulation du courant dans le circuit.

Dans un circuit série fonctionnel, chaque composant est connecté au suivant un par un. Si un appareil ou une connexion subit un circuit ouvert (par exemple une ampoule grillée), le courant dans le circuit s'arrête complètement. En revanche, en raison des multiples chemins de circulation du courant, les circuits parallèles peuvent généralement continuer à fonctionner même si une branche est ouverte.

Un circuit ouvert fait référence à un circuit dans lequel le courant ne peut pas circuler complètement — cela peut être intentionnel (interrupteurs, fusibles ou disjoncteurs) ou accidentel (panne d'un composant ou déconnexion).

Notions de circuits ouverts : circuit, tension et résistance

Qu'est-ce qu'un circuit ?

Un circuit désigne un circuit électrique créé en reliant deux composants ou plus par des fils conducteurs et une source d'alimentation afin de former un chemin complet permettant la circulation du courant électrique.

Circuit ouvert et tension

Dans un scénario de circuit ouvert, lorsqu'une rupture existe dans le circuit, la différence de potentiel entre deux points du circuit peut encore être mesurée. Cette différence de potentiel est appelée tension de circuit ouvert. La tension de circuit ouvert est la tension qui apparaît aux bornes des points ouverts, comme les bornes d'une batterie déconnectée ou aux contacts d'un interrupteur ouvert.

Résistance dans le circuit : Lorsqu'un circuit est ouvert, la résistance du circuit au niveau de la rupture est considérée comme infinie. Selon la loi d'Ohm :

[ I = \frac{V}{R} ]
Où

• ( I ) est le courant circulant dans le circuit
• ( V ) est la tension
• ( R ) est la résistance

Si ( R \to \infty ) (comme dans un circuit ouvert), alors ( I \to 0 ), ce qui signifie qu'aucun courant ne circule.

Comment se produit un circuit ouvert

Causes des circuits ouverts

• Interrupteur manuel : Ouvrir intentionnellement un interrupteur agit comme une ouverture dans le circuit.
• Fusibles grillés ou disjoncteurs : Conçu pour s'ouvrir lorsque le courant est trop élevé, protégeant ainsi le reste du système.
• Défaillance de composant : Des ampoules grillées, des résistances cassées ou des relais défectueux peuvent tous provoquer une coupure dans le circuit.
• Rupture de fil : Les contraintes mécaniques, les vibrations ou les rongeurs peuvent sectionner les connexions et provoquer des circuits ouverts.
• Connexions desserrées : Des bornes mal assemblées conduisent souvent à un circuit ouvert ou provoquent des pannes intermittentes.
• Corrosion ou oxydation : Particulièrement dans des environnements sévères, ces phénomènes dégradent les connexions métalliques jusqu'à la perte de continuité.

Lorsqu'une coupure de circuit se produit, le circuit que nous avons conçu se déconnecte à cet endroit. Cette action rend les dispositifs électroniques inopérants.

Circuit ouvert dans un circuit en série par rapport à un circuit en parallèle

Comprendre comment les circuits ouverts affectent différentes configurations est essentiel en génie électrique ainsi que pour le dépannage pratique.

Circuit ouvert dans un circuit en série

Un circuit en série comporte tous ses éléments connectés bout à bout. Lorsqu'un circuit ouvert se produit dans un circuit en série (par exemple, un appareil tombe en panne et s'ouvre) :

• Le courant dans le circuit s'arrête partout.
• Aucun appareil ne reçoit d'alimentation.
• La résistance totale du circuit devient infinie.

Circuit ouvert dans un circuit parallèle

Dans un circuit parallèle, les branches permettent plusieurs chemins. Lorsqu'une branche est ouverte :

• Les autres branches peuvent toujours laisser passer le courant dans le circuit.
• Le circuit se caractérise par un fonctionnement continu ailleurs.
• Seule la branche ouverte perd sa fonction.

Effets du circuit ouvert en série par rapport aux circuits en parallèle

S'il y a un circuit ouvert dans un circuit en série, l'ensemble du système sera affecté, mais dans un circuit en parallèle, seules les branches seront touchées.

Tension de circuit ouvert : ce qui apparaît aux bornes de l'ouverture ?

La tension de circuit ouvert est une mesure clé, particulièrement pour diagnostiquer les pannes et comprendre le potentiel d'un circuit.

• Qu'est-ce que la tension de circuit ouvert ?

Il s'agit de la différence de potentiel entre deux points d'un appareil ou d'un circuit lorsqu'aucun courant ne circule (le circuit est ouvert).

• Où est-elle mesurée ?

Aux bornes ouvertes : une batterie non connectée à une charge, ou les deux points d'un interrupteur ouvert.

• Pourquoi est-ce important ?

Elle indique si la source d'alimentation est en bon état ou s'il y a une rupture en aval.

Causes fréquentes des circuits ouverts dans les systèmes électriques

Comprendre ce qui peut entraîner des circuits ouverts est essentiel tant pour la conception préventive que pour la réparation.

• Contraintes mécaniques : Flexion constante, vibrations dans les véhicules ou les machines.
• Facteurs environnementaux : L'humidité, les températures extrêmes et les atmosphères corrosives dégradent les conducteurs.
• Erreur humaine : Bris de câblage, bornes desserrées.
• Vieillissement : Les matériaux se fatiguent avec le temps ; les soudures se fissurent.
• Défauts de fabrication : Soudures défectueuses, défaillances des vias, fissures sur les pistes des cartes électroniques.

Protection des circuits : Fusibles et disjoncteurs

Les disjoncteurs ne sont pas exemptés de mesures préventives. Les fusibles et les disjoncteurs peuvent offrir une bonne protection, en empêchant les surintensités dangereuses, ainsi que les dommages matériels ou même les incendies.

Identification des circuits ouverts : Diagnostic et tests

Savoir diagnostiquer et tester correctement les circuits est la première étape pour comprendre comment éliminer les pannes de circuit ouvert dans les systèmes électriques.

En cas de panne électrique, notre objectif est de savoir où se situe le problème, notamment avec précision, afin de pouvoir le réparer efficacement.

Inspection visuelle et vérifications tactiles

• Rechercher les ruptures dans le circuit : Examiner les fils, les pistes de circuit imprimé et les broches des composants à la recherche d'écarts visibles, de traces de brûlure, de décoloration ou de microfissures.
• Vérifier les connexions lâches : Tirez doucement sur les bornes, les connecteurs et les soudures. Tout mouvement peut indiquer une connexion faible susceptible de devenir ou étant déjà un circuit ouvert.
• Évaluation des composants : Inspecter les composants tels que les fusibles et les résistances pour détecter des signes évidents de dommages, comme des traces de brûlure ou des corps fondus.

Test électrique

• Test de continuité avec un multimètre : Réglez votre appareil sur le mode continuité. Sondez les deux extrémités du circuit ouvert suspect ; l'absence d'un « bip » indique un circuit ouvert. C'est l'une des méthodes les plus efficaces pour identifier un circuit ouvert entre deux points du circuit.
• Mesure de la résistance : Une lecture infinie ou excessivement élevée indique la présence d'un circuit ouvert.
• Test de tension en circuit ouvert : Vérifiez la présence de tension aux bornes des points ouverts. Par exemple, si vous mesurez la tension totale de la source aux bornes d'un composant mais que celui-ci ne fonctionne pas, cela indique probablement un circuit ouvert au niveau de ce composant.

Analyse avancée de circuits imprimés et de systèmes

• Tests en circuit et sondes volantes : Des outils automatisés pour circuits imprimés peuvent rapidement détecter où un circuit est ouvert ou fermé entre deux points du circuit.
• Inspection optique automatique (AOI) : Les machines AOI analysent les défauts physiques qui conduisent souvent à des circuits ouverts lors de la fabrication.
• Rayons X et réflectométrie dans le domaine temporel (TDR) : Pour les cartes et câbles complexes, la radiographie peut détecter des ruptures cachées, tandis que le réflectomètre temporel (TDR) localise précisément l'emplacement d'un circuit ouvert ou d'un court-circuit.

Circuit ouvert contre court-circuit contre circuit fermé : principales différences

Comprendre les différences entre un circuit ouvert et d'autres états de circuit tels que les courts-circuits et les circuits fermés est fondamental pour le dépannage et le génie électrique.

Circuit Ouvert

• Un circuit ouvert désigne un circuit électrique dans lequel le courant ne peut pas circuler car le circuit n'est pas complet.
• L'identification des circuits ouverts est cruciale pour la sécurité, car un circuit ouvert peut signifier aussi bien une simple mise hors tension qu'une perte de protection dangereuse.

Court-circuit

• Un court-circuit est une condition de circuit où un chemin à faible résistance contourne la charge prévue, provoquant un fort courant. Contrairement à un circuit ouvert, un court-circuit est très dangereux — il représente l'un des principaux risques électriques.

Circuit Fermé

• Un circuit fermé est un circuit complet sans interruption ; le courant circule toujours s'il existe une source de tension.

Différences entre circuit ouvert et court-circuit

Connaître les différences entre les conditions de circuit ouvert et de court-circuit permet de prévenir les incendies électriques, les dommages aux appareils et les pannes de courant accidentelles.

Rôle des circuits ouverts dans la sécurité et la fiabilité électriques

Le rôle des circuits ouverts va au-delà des simples pannes ; comprendre le rôle intentionnel et non intentionnel des ouvertures est essentiel pour assurer la sécurité et la fiabilité des systèmes électriques.

Protection des circuits

• Les fusibles et les disjoncteurs sont conçus pour provoquer un circuit ouvert en cas de détection d'un courant trop élevé, interrompant ainsi le flux d'électricité et empêchant toute surchauffe, tout incendie ou d'autres pannes.
• Les interrupteurs agissent comme des ouvertures contrôlées ; ils permettent une commande sécurisée du circuit et l'arrêt du système tant en situation d'urgence que lors d'opérations courantes.

Dysfonctionnements du système et fiabilité

Une panne inattendue du système peut entraîner des frais de conduite élevés pour votre projet. Par exemple, dans les hôpitaux et l'aviation, cela peut mettre en danger la sécurité humaine, ou bien, dans les centres de données, vous pourriez devoir payer des frais de conduite élevés à cause d'une seule défaillance.

Surveillance et redondance

De nombreux concepteurs de circuits prévoient deux rangées de circuits pour la sortie, et même si l'un d'eux est en court-circuit, cela n'affecte pas son utilisation.

Diagnostic intelligent : Il peut être équipé de relais de détection intelligents ou de PLC, et peut détecter lui-même les courts-circuits.

Prévention et gestion des circuits ouverts

Une prévention et une gestion appropriées doivent être mises en place avant l'exploitation, ce qui peut garantir le fonctionnement sûr et stable du système électrique. En même temps, cela permet de minimiser les courts-circuits ou même les ruptures de circuit, et d'éviter les accidents de conduite causés par les arrêts dus à ces incidents.

Conception préventive

• Assurez un bon agencement du circuit : dans un circuit en série, une seule ouverture désactive toute la branche. Utilisez de préférence une conception en circuit parallèle afin d'augmenter la résilience du système.
• Des composants de haute qualité peuvent supporter diverses contraintes environnementales pouvant exister dans les systèmes électriques.

Assemblage et Test

• Appliquez des normes rigoureuses de fabrication et d'inspection, y compris des contrôles AOI et de continuité pour tous les assemblages.
• Après l'installation, testez tous les segments — assurez-vous qu'il n'y a pas d'ouvertures cachées avant de mettre le système sous tension.

Entretien et surveillance

À mesure que la durée d'utilisation de l'équipement augmente, des vibrations apparaissent et les variations de température finissent par desserrer le produit. Il est donc nécessaire d'inspecter régulièrement tous les équipements. Des réparations ou remplacements effectués à temps peuvent éviter de nombreux dangers.

L'utilisation d'un multimètre est également très importante. L'utiliser pour tester l'équipement et l'entretenir avec d'autres outils peut aider à identifier les problèmes et à les résoudre à l'avance, surtout dans des situations où les circuits importants ou les scénarios d'utilisation sont très sévères.

FAQ : Circuits ouverts en génie électrique

Q : Quelle est la différence entre un circuit ouvert et un circuit fermé ?

R : Un circuit ouvert peut provoquer l'arrêt du courant, interrompant ainsi le flux du circuit sur une ligne du système, alors qu'un circuit fermé est complet et sa conception permet au courant de circuler entre deux points.

Q : Comment identifier les circuits ouverts dans les circuits en série et en parallèle ?

R : Dans un circuit en série, si le circuit est rompu à un moment donné, tous les appareils cessent de fonctionner. En revanche, dans un circuit parallèle, seul le branchement du circuit ouvert à un point donné est affecté, tandis que les autres branches continuent de fonctionner.

Q : Que observe-t-on aux points ouverts d'un circuit ouvert ?

A: La tension de circuit ouvert s'applique — la tension de la source apparaît aux bornes de l'interruption.

Q: Comment les fusibles et les disjoncteurs augmentent-ils la sécurité dans les systèmes électriques ?

A: La fonction des fusibles est d'interrompre le circuit lorsque le courant dépasse leur charge nominale, empêchant ainsi les dommages et dangers causés par une surcharge.

Q: Quelles sont les causes les plus fréquentes des circuits ouverts ?

A: Les causes les plus fréquentes des courts-circuits sont : les connexions desserrées, les effets de contrainte dus aux vibrations mécaniques, la corrosion, la brûlure induite par la température et un mauvais câblage.

Conclusion : Pourquoi comprendre les circuits ouverts est essentiel

Le circuit est un concept fondamental qui peut exister dans tout système électrique et qui est crucial : c'est un état du circuit représentant l'impossibilité de transmettre le courant en raison d'une interruption, d'un flux interrompu, et nécessitant de distinguer les circuits ouverts des courts-circuits. Cela constitue la base de toute sécurité, fonctionnalité et conception électrique, que ce soit pour identifier des circuits ouverts à la maison, gérer des usines industrielles ou concevoir la prochaine génération de produits électroniques.

Ces principes exigent une compréhension approfondie

• Les différences entre circuit ouvert et court-circuit déterminent les approches en matière de dépannage, de prévention et de réparation.
• Les circuits ouverts présentent généralement un courant nul et une tension source complète aux bornes de l'interruption — ce qui est utile pour le diagnostic.
• Les états de circuit ouvert et de circuit fermé sont normaux dans des conditions contrôlées (comme les interrupteurs) ; lorsqu'ils sont involontaires, ils exigent une attention immédiate pour assurer la sécurité et la fiabilité des systèmes électriques.
• Des mesures proactives, une conception intelligente de circuit et une maintenance régulière contribuent tous à la gestion des circuits ouverts et des courts-circuits afin d'assurer une disponibilité maximale et une sécurité optimale.