Simulation

• Comprendre l'intérêt et le principe de la simulation électronique.
• Découvrir et utiliser un logiciel de simulation simple (ex: Tinkercad Circuits).
• Simuler un circuit simple (ex: LED + résistance) et mesurer une grandeur électrique.

Pourquoi simuler avant de réaliser ?

Dans l'industrie comme dans nos projets au collège, la simulation est une étape cruciale. Elle permet de modéliser le comportement d'un système (ici un circuit) sur un ordinateur avant sa fabrication réelle. Imaginez devoir construire un pont en béton sans avoir fait de plans ni de calculs : ce serait très risqué et coûteux ! C'est la même chose en électronique. La simulation offre plusieurs avantages majeurs. D'abord, la sécurité : on peut faire des erreurs de connexion ou mettre des valeurs de composants incorrectes sans danger (pas de fumée, pas de composant qui chauffe ou explose !). Ensuite, l'économie : on n'utilise pas de composants physiques pendant les tests, ce qui évite le gaspillage. Enfin, la rapidité et la flexibilité : modifier une valeur de résistance se fait en un clic, sans dessoudage. On peut aussi mesurer des grandeurs (tension, courant) avec des instruments virtuels (voltmètre, ampèremètre) intégrés au logiciel, ce qui est parfois plus précis et plus simple qu'avec du matériel réel. Par exemple, pour vérifier qu'une LED ne va pas griller dans notre circuit, on simule d'abord pour s'assurer que le courant qui la traverse est bien inférieur à 20 mA.

Les outils de simulation : du schéma au comportement

Un logiciel de simulation électronique fonctionne en deux grandes étapes. Premièrement, la saisie schématique : l'utilisateur construit son circuit virtuel en plaçant des symboles normalisés de composants (résistance, LED, pile, interrupteur) et en les connectant par des fils. C'est l'équivalent du dessin technique du circuit. Deuxièmement, la simulation proprement dite : le logiciel utilise un modèle mathématique de chaque composant pour calculer, en fonction des lois de l'électricité (comme la loi d'Ohm), comment le circuit se comporte. Il peut ainsi afficher des valeurs (tension aux bornes d'un composant, courant qui le traverse) ou même simuler visuellement le fonctionnement (une LED qui s'allume, un moteur qui tourne). Nous utiliserons Tinkercad Circuits, un outil en ligne gratuit et adapté à notre niveau. Dans cet environnement, on trouve une palette de composants courants, une plaque d'essai (breadboard) virtuelle pour les connecter, et des instruments de mesure (multimètre, oscilloscope). Par exemple, pour simuler un circuit avec une pile de 9V, une résistance et une LED, on glisse-dépose ces éléments, on les connecte, on règle la valeur de la résistance (par exemple 470 Ω) et on lance la simulation pour voir si la LED s'allume.

Applications pratiques

Mettons cela en pratique avec une activité guidée. Votre mission : simuler un circuit simple pour alimenter une LED en toute sécurité. Dans Tinkercad, vous allez d'abord chercher les composants : une pile de 9V (alimentation), une résistance, une LED rouge et des fils. Vous les placerez sur la plaque d'essai virtuelle. Rappel : la LED est un dipôle polarisé, il faut bien orienter son anode (+) et sa cathode (-). Ensuite, vous connecterez tout cela en série. Avant de lancer la simulation, une question cruciale : quelle valeur de résistance choisir pour ne pas griller la LED ? C'est ici qu'intervient la loi d'Ohm et l'utilité de la simulation. Vous allez d'abord prendre une valeur au hasard, par exemple 100 Ω. Lancez la simulation. La LED s'allume-t-elle ? Trop fort ? Pas du tout ? Utilisez ensuite le multimètre virtuel pour mesurer le courant qui traverse la LED. Si ce courant dépasse 20 mA (0.02 A), la LED virtuelle est en danger ! Modifiez alors la valeur de la résistance (augmentez-la, par exemple à 470 Ω) et relancez la simulation. Observez l'intensité lumineuse de la LED et la valeur du courant. L'objectif est de trouver une valeur de résistance qui donne un courant d'environ 15 mA, assurant un bon éclairage et une longue durée de vie.