Quelle est la différence entre un générateur de tension et un générateur de courant ?

En électricité, on classe les sources en deux familles : les générateurs de tension, qui imposent une tension, et les générateurs de courant, qui imposent un courant. La distinction paraît théorique, mais elle explique très concrètement le comportement d’une batterie, d’un chargeur de LED ou d’un panneau solaire. Voici les définitions, les modèles de Thévenin et de Norton et un exemple chiffré.

Le générateur de tension

Le générateur de tension idéal

Un générateur de tension idéal maintient entre ses bornes une tension constante E, quel que soit le courant I que lui demande le circuit. C’est la charge (la résistance branchée) qui fixe le courant, selon la loi d’Ohm : I = E / R.

Sa caractéristique U(I) est une droite horizontale : U = E pour tout courant.

Le générateur de tension réel

Dans la réalité, tout générateur a une résistance interne r. Quand le courant augmente, une partie de la tension se perd dans cette résistance :

U = E − r × I

• E est la force électromotrice (la tension à vide, quand I = 0) ;
• r × I est la chute de tension interne ;
• plus r est petite, plus le générateur se rapproche d’un générateur de tension idéal.

Exemples : une pile (r de l’ordre de quelques dixièmes d’ohm), une batterie (r de quelques milliohms pour une batterie lithium), une alimentation stabilisée ou le réseau électrique 230 V.

Le générateur de courant

Le générateur de courant idéal

Un générateur de courant idéal fait circuler un courant constant I₀ dans le circuit, quelle que soit la résistance branchée. C’est alors la tension qui s’adapte : U = R × I₀.

Sa caractéristique U(I) est une droite verticale : I = I₀ pour toute tension.

Le générateur de courant réel

Un générateur de courant réel a une résistance interne en parallèle, qui « détourne » une partie du courant quand la tension monte :

I = I_N − U / r

Plus r est grande, plus il se rapproche d’un générateur de courant idéal.

Exemples : les drivers de LED (qui imposent par exemple 350 ou 700 mA), les sources de courant de laboratoire, les circuits de polarisation des transistors, et, dans une partie de sa plage de fonctionnement, la cellule photovoltaïque.

Le tableau comparatif

	Générateur de tension	Générateur de courant
Grandeur imposée	La tension U	Le courant I
Grandeur fixée par la charge	Le courant	La tension
Caractéristique U(I) idéale	Droite horizontale	Droite verticale
Résistance interne idéale	Nulle (en série)	Infinie (en parallèle)
Modèle réel	Thévenin : E en série avec r	Norton : IN en parallèle avec r
Situation dangereuse	Court-circuit (courant énorme)	Circuit ouvert (tension qui monte)
Exemples	Pile, batterie, réseau, alimentation stabilisée	Driver de LED, source de courant, cellule solaire (partiellement)

Thévenin et Norton : deux façons de décrire le même générateur

Tout générateur linéaire réel peut être représenté de deux manières équivalentes :

• Modèle de Thévenin : une source de tension idéale E en série avec une résistance r.
• Modèle de Norton : une source de courant idéale I_N en parallèle avec la même résistance r.

Les deux modèles sont équivalents si :

E = r × I_N (et donc I_N = E / r, qui est le courant de court-circuit)

On choisit le modèle qui simplifie le calcul : Thévenin pour des éléments en série, Norton pour des éléments en parallèle.

Exemple chiffré

Une batterie a une force électromotrice E = 12 V et une résistance interne r = 0,05 Ω. On y branche une résistance R = 1,95 Ω.

• Avec Thévenin : I = E / (R + r) = 12 / 2 = 6 A, et U = E − r × I = 12 − 0,05 × 6 = 11,7 V.
• Avec Norton : I_N = E / r = 12 / 0,05 = 240 A ; le courant dans R vaut I_N × r / (r + R) = 240 × 0,05 / 2 = 6 A. On retrouve le même résultat.

Le courant de court-circuit de 240 A montre au passage pourquoi une batterie doit toujours être protégée par un fusible.

En régime alternatif

Les mêmes notions s’appliquent en courant alternatif, en remplaçant la résistance interne par une impédance. Le réseau électrique domestique est un générateur de tension alternative de 230 V et 50 Hz, et un onduleur solaire se comporte comme un générateur de tension (en site isolé, où il crée le réseau) ou comme un générateur de courant synchronisé sur le réseau (pour une installation raccordée, qui injecte un courant).

Et le panneau solaire ?

Une cellule photovoltaïque est un cas intéressant, car elle n’est ni un pur générateur de tension ni un pur générateur de courant :

• pour les faibles tensions, elle délivre un courant presque constant, proportionnel à l’ensoleillement : elle se comporte comme un générateur de courant (courant de court-circuit I_sc) ;
• près de sa tension à vide (V_oc), le courant chute brutalement et la tension varie peu : elle se rapproche d’un générateur de tension ;
• entre les deux se trouve le point de puissance maximale (tension V_mp, courant I_mp), où le produit U × I est le plus grand.

C’est exactement le rôle d’un régulateur MPPT : ajuster en permanence la tension de fonctionnement du panneau pour rester à ce point de puissance maximale, qui se déplace avec l’ensoleillement et la température. Voir notre guide des régulateurs de charge, et pour les grandeurs utilisées ici, notre article sur les unités de l’électricité et la puissance crête.