Brevet 2020 Amérique du Nord : la sécurité électrique de la maison

La partie de physique-chimie de ce sujet, notée sur 25 points pour 30 minutes, part d’une situation de tous les jours : les disjoncteurs qui coupent le courant en cas de surintensité. Un document montre une installation simplifiée où un disjoncteur général de 30 A protège trois branches, chacune équipée de son propre disjoncteur de 20 A : le four, la plaque de cuisson et le radiateur. Les cinq questions avancent pas à pas, du vocabulaire du circuit jusqu’à un calcul complet.

Circuit en dérivation et loi d’additivité

La question 1 demande une conséquence du branchement en dérivation. Une seule suffit : les appareils fonctionnent indépendamment les uns des autres, ou bien ils reçoivent tous la même tension de 230 V. La question 2 exige deux choses : nommer la loi utilisée et recopier la bonne relation. Comme le courant se partage entre trois branches, c’est la loi d’additivité des intensités qui s’applique : I = I1 + I2 + I3. L’égalité I = I1 = I2 = I3 correspond à un circuit en série, ce qui n’est pas le cas ici.

Puissance ou énergie : l’unité tranche

La question 3 propose quatre affirmations sur le four de 2 100 W qui fonctionne pendant une heure. Les nombres sont justes partout ; seule l’unité permet de trancher. La puissance s’exprime en W ou en kW, l’énergie en kW·h : en une heure, le four consomme E = P × t = 2,1 kW × 1 h = 2,1 kW·h. Les propositions exactes sont A et D.

Le calcul de l’intensité et la comparaison

Les questions 4 et 5 utilisent la relation P = U × I, donc I = P / U. Pour le four, l’intensité vaut environ 9,1 A, bien en dessous des 20 A du disjoncteur 1. À la question 5, on calcule de même environ 13,0 A pour la plaque et 8,3 A pour le radiateur, puis on additionne grâce à la loi de la question 2 : l’intensité dans le disjoncteur général atteint environ 30,4 A, plus que 30 A. Le disjoncteur général se déclenche.

Les pièges à éviter

Le résultat final est très proche de 30 A : arrondir trop tôt à l’unité donne exactement 30 A et fausse la conclusion. Il faut garder un chiffre après la virgule, ou additionner d’abord les puissances (7 000 W) avant de diviser par 230 V. Autre erreur fréquente : comparer une puissance en watts à une intensité en ampères. Un disjoncteur surveille l’intensité, on compare donc des ampères à des ampères.

Conseils pour réussir

Pour une question « montrer que », écris la formule, fais le calcul avec les unités, compare à la valeur limite et conclus par une phrase. Réutilise les résultats des questions précédentes en citant leur numéro : c’est le fil conducteur de ce sujet.