Un condensateur branché sur un générateur, avec un conducteur ohmique en série, ne se remplit pas d’un coup : sa tension grimpe d’abord vite, puis ralentit, au rythme que dicte le produit RC. En terminale, une équation différentielle décrit cette montée, puis la décharge ; sa solution, une exponentielle, se retrouve sur la courbe mesurée, et c’est ce raisonnement qu’on révise ici en vue du bac.
Au bac de physique-chimie : dans 7 des 35 sujets de 2024 à 2026 (questions : 41).
L’essentiel
ce qu’il faut savoir
L’intensité i d’un courant exprime combien de charge q franchit un fil par unité de temps : i=dtdq, en ampères quand q est en coulombs et t en secondes.
Pour un condensateur de capacité C, en farads, l’armature positive porte la charge q qui, avec la tension uC, satisfait q=CuC ; si uC varie, i=CdtduC.
Un condensateur d’abord vide, branché sur une source idéale de tension E avec un conducteur ohmique de résistance R en série, obéit à uC+RCdtduC=E ; sa tension vaut uC(t)=E(1−exp(−τt)).
Quand il se vide dans le seul conducteur ohmique, à partir d’une tension U0, il suit dtduC+τuC=0, soit uC(t)=U0exp(−τt).
La rapidité des deux phénomènes dépend de la même durée, τ=RC ; elle s’exprime en secondes quand la résistance est donnée en ohms et la capacité en farads.
L’épreuve écrite de spécialité physique-chimie dure 210 minutes et est notée sur 20 : trois exercices indépendants, et à partir de la session 2027 deux points pour la maîtrise de la langue. Elle compte pour 80 % de la note de la spécialité ; l’évaluation des compétences expérimentales, une heure au laboratoire, pour 20 %. Le sujet dit si la calculatrice est autorisée.
Intensité, charge et capacité
Un courant électrique, ce sont des charges en mouvement. À chaque instant, l’intensité indique la charge qui franchit une section du fil pendant un court intervalle : dq=idt. L’ampère vaut un coulomb par seconde ; on parle de régime variable quand i change au cours du temps.
Deux plaques conductrices face à face, que sépare un matériau isolant : voilà un condensateur, et ces plaques sont ses armatures. Branché sur un générateur, il y fait s’accumuler des charges opposées, +q d’un côté et −q de l’autre ; ce comportement s’appelle capacitif. Plus la tension entre les armatures est grande, plus elles sont chargées : q=CuC, avec la capacité C en farads. Le farad est une très grande unité ; on rencontre surtout des microfarads, des nanofarads ou des picofarads. La géométrie compte : entre deux plaques planes, C=dεS, où S est la surface commune des plaques, d leur écartement et ε la permittivité de l’isolant.
La charge variant avec uC, le courant dans le condensateur est i=dtdq=CdtduC : plus la courbe uC(t) est raide, plus i est grand, et si uC cesse de varier, le courant s’annule.
Grandeur
Symbole
Unité
Charge
q
coulomb (C)
Tension aux bornes du condensateur
uC
volt (V)
Intensité du courant
i
ampère (A)
Capacité
C
farad (F)
Temps caractéristique
τ
seconde (s)
Charge d’un condensateur dans un circuit RC
Le circuit de la figure associe en série une source de tension idéale E, un conducteur ohmique R, un condensateur C et un interrupteur. À t=0, on le ferme sur un condensateur vide. Dans la maille, E=uR+uC (loi des mailles) ; or uR=Ri (loi d’Ohm) et i=CdtduC. En remplaçant, on arrive à l’équation différentielle uC+RCdtduC=E.
Il s’agit d’une équation linéaire du premier ordre, à coefficients constants, dont le second membre est constant. Avec uC(0)=0, sa solution est uC(t)=E(1−exp(−τt)) en posant τ=RC. Vérifie-la : sa dérivée est τEexp(−τt) ; multipliée par τ et ajoutée à uC, elle redonne bien E.
Le produit RC est une durée : un ohm vaut un volt par ampère et un farad un coulomb par volt, d’où un coulomb par ampère, c’est-à-dire une seconde. La tension s’approche de E sans jamais l’atteindre, tandis que l’intensité i=REexp(−τt) décroît depuis RE vers zéro : au début, le condensateur laisse passer le courant comme un fil ; à la fin, il n’en laisse plus passer. Après cinq fois τ, il est plein à plus de 99%.
Décharge d’un condensateur
Pour décharger le condensateur, chargé au départ sous la tension U0, on le branche sur le seul conducteur ohmique. Le courant réel sort de l’armature positive et traverse R : uC=Ri, avec i=−dtdq=−CdtduC, la charge diminuant. Il en résulte dtduC+RC1uC=0 ; la solution est uC(t)=U0exp(−τt), de limite nulle, avec le même τ=RC. Si i est plutôt fléché vers l’armature positive, en convention récepteur, alors i=CdtduC est négatif pendant la décharge et la maille donne alors uC+Ri=0 : l’équation est la même. Suis toujours les flèches du schéma donné.
Exemple (valeurs fictives) : une source de 6,0V,R=1,5kΩ et C=100μF, donc τ=0,15s. En charge, à t=2τ=0,30s : uC=6,0(1−exp(−2))=5,19V. En décharge depuis 6,0V, à t=3τ=0,45s : uC=6,0exp(−3)=0,299V.
Date
En charge : uC/E
En décharge : uC/U0
t=τ
0,632
0,368
t=2τ
0,865
0,135
t=3τ
0,950
0,050
t=5τ
0,993
0,007
Lire le temps caractéristique sur une courbe
Sur la courbe de charge, τ se lit de deux façons. Première méthode : on cherche l’instant où uC vaut 63% de E, car 1−exp(−1)≈0,63. Seconde méthode : on trace la tangente à la courbe en t=0, de pente τE ; elle rejoint l’horizontale uC=E en t=τ. En décharge, c’est l’instant où uC est descendue à 37% de U0.
Plus R ou C est grande, plus le remplissage dure : les montages de temporisation exploitent cette lenteur. Pour R=100kΩ et C=10μF (valeurs fictives), τ=1,0s.
Au laboratoire
le protocole
Une expérience de la notion : la question posée, le protocole, ce qu’on observe et ce qu’on en conclut.
La question
Comment déterminer le temps caractéristique d’un dipôle RC avec une carte d’acquisition ?
Ce qu’on fait varier
La date t écoulée depuis la fermeture de l’interrupteur ; on enregistre la tension uC.
Le protocole
On branche en série une source de tension continue, un conducteur ohmique de résistance connue, un condensateur vide et un interrupteur. Une carte d’acquisition, un oscilloscope ou un microcontrôleur enregistre la tension uC à partir de la fermeture.
Ce qu’on observe
Le tracé s’élève de zéro vers la tension E de la source en s’aplatissant. On y relève l’instant où uC vaut 63% de E, ou celui où la tangente en t=0 atteint la valeur E : chaque méthode livre τ.
Ce qu’on en conclut
On compare τ lu sur la courbe au produit RC calculé avec les valeurs des composants, en tenant compte de leur incertitude : leur accord confirme le modèle du circuit RC série.
Les mots du programme
intensité d’un courant
Quantité de charge qui traverse une section d’un circuit par unité de temps : i=dtdq, en ampères.
condensateur
Dipôle fait de deux plaques conductrices face à face et d’un isolant entre elles ; il emmagasine des charges opposées sur ses plaques.
capacité
Rapport C=uCq entre la charge portée par l’armature positive et la tension du condensateur ; son unité est le farad.
comportement capacitif
Apparition de charges opposées sur deux surfaces qui se font face.
circuit RC série
Conducteur ohmique et condensateur en série ; la charge et la décharge y ont pour durée caractéristique τ=RC.
temps caractéristique
Durée τ=RC qui donne l’échelle de temps de la charge et de la décharge d’un condensateur dans un conducteur ohmique.
Une question du sujet
source : éduscol
Une vraie question d’un sujet du bac, mot pour mot, avec les lignes de l’exercice dont elle a besoin. Cherche-la avant de lire le corrigé.
Question d’un sujetbac
Bac 2026, Métropole, jour 1 — exercice 1, question 8
Exercice 1 — Étude d’un lave-linge — 2. Durée de temporisation
Figure 2. Schéma du montage modélisant un temporisateur · Ministère de l’Éducation nationale – éduscol
[…]
L’objectif de cette partie est d’étudier une modélisation simple d’un temporisateur de lave-linge à l’aide du montage de la figure 2.
[…]
Le montage est constitué :
• d’un générateur de tension idéal de force électromotrice E=4,5V ;
• d’un conducteur ohmique de résistance R ;
• d’un condensateur de capacité C ;
• d’un interrupteur K ayant deux positions : position 1 pour la charge du condensateur et position 2 pour la décharge du condensateur ;
[…]
À l’instant initial (t=0), le condensateur étant déchargé, on place l’interrupteur K en position 1.
Question 8
Q8. Montrer que l’équation différentielle donnant les variations de la tension uC(t) aux bornes du condensateur en fonction du temps est de la forme :
uC(t)+R⋅C⋅dtduC(t)=E
Source : ministère de l’Éducation nationale – éduscol, bac 2026, spécialité physique-chimie, Métropole, jour 1, exercice 1, question 8 (Licence Ouverte / etalab-2.0). Corrigé : Kleksa (non officiel). · Le sujet sur éduscol · Faire le sujet gratuitement
Corrigé : Kleksa (non officiel)
En position 1, le générateur, le conducteur ohmique et le condensateur forment une seule maille, en série ; la somme des tensions y est nulle, ce qui donne uR(t)+uC(t)=E.
La loi d’Ohm, en convention récepteur, relie la tension du conducteur ohmique à l’intensité : uR(t)=R⋅i(t). Le courant de charge est la vitesse d’accumulation des charges sur l’armature, i(t)=dtdq, avec q=C⋅uC ; C étant constante, i(t)=C⋅dtduC(t).
On remplace dans la relation des tensions : E=R⋅C⋅dtduC(t)+uC(t), et l’on retrouve uC(t)+R⋅C⋅dtduC(t)=E.
Question d’un sujetbac
Bac 2026, Asie, jour 2 — exercice 1, question 5
Exercice 1 — Jeu d’évasion — Partie 2 – Résistance à régler
Figure 3 : Schéma du circuit électrique · Ministère de l’Éducation nationale – éduscol
[…]
Le condensateur est initialement chargé : sa tension vaut U0=5,0V. À t=0s, on bascule l’interrupteur K de la position 1 à la position 2 : le condensateur de capacité C=47μF se décharge au travers d’un conducteur ohmique de résistance R de valeur ajustable.
[…]
Question 5
Q5- Montrer que l’équation différentielle modélisant l’évolution de la tension uC aux bornes du condensateur lors de sa décharge s’écrit :
dtduC+τ1uC=0
où τ est une constante de temps dont on donnera l’expression en fonction de R et de C.
Source : ministère de l’Éducation nationale – éduscol, bac 2026, spécialité physique-chimie, Asie, jour 2, exercice 1, question 5 (Licence Ouverte / etalab-2.0). Corrigé : Kleksa (non officiel). · Le sujet sur éduscol
Corrigé : Kleksa (non officiel)
En position 2, le générateur est hors circuit : il ne reste dans la maille que le conducteur ohmique et le condensateur. Sur le schéma, la flèche de uC monte et celle de uR descend, entre les deux mêmes fils ; en parcourant la boucle, on obtient uC+uR=0.
Quant au courant i, sa flèche entre dans le condensateur par l’armature du haut, celle que désigne la pointe de la flèche de uC : le condensateur est décrit en convention récepteur, donc i=dtdq=C⋅dtduC. Dans le conducteur ohmique, ce même courant remonte, à l’opposé de la flèche de uR : uR=R⋅i.
En reportant, uC+R⋅C⋅dtduC=0, puis, en divisant par R⋅C : dtduC+R⋅C1uC=0. Comme uC diminue, i est négatif : le courant réel circule à l’inverse de sa flèche.
En identifiant avec dtduC+τ1uC=0, la constante de temps vaut τ=R⋅C.
Dans les sujets
compté par sujet
Les sujets de 2024 à 2026 qui ont posé une question sur cette notion : dans 7 des 35 sujets, sans compter les sujets de remplacement et de secours.
Sujet
Questions
Bac 2026, Asie, jour 2
1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9
Bac 2026, Centres étrangers, jour 1
1.11, 1.12, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, 1.17, 1.18
Bac 2026, Métropole, jour 1
1.8, 1.9, 1.10, 1.11, 1.12, 1.13, 1.14
Bac 2026, Polynésie, jour 2
2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6
Bac 2025, Asie, jour 2
3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6
Bac 2025, Métropole, jour 2
1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.8, 1.9
Bac 2025, Nouvelle-Calédonie, jour 2
3.10
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bac
Question 1. (0–1)
/1
Dans une temporisation d’éclairage, un condensateur de capacité C=1,0mF se charge à travers un conducteur ohmique de résistance R=330Ω.
Données :
• constante de temps du dipôle RC : τ=RC.
Calculer la constante de temps τ du circuit, en ms. Donner le résultat avec deux chiffres significatifs.
ms
Saisis uniquement le nombre, avec une virgule comme séparateur décimal.
Exercice Kleksa au format du sujet — corrigé Kleksa.
bac
Question 2. (0–1)
/1
Un condensateur de capacité C=220μF, initialement déchargé, est relié à la date t=0 à un générateur de tension constante E=5,0V à travers un conducteur ohmique de résistance R=470Ω.
Données :
• constante de temps du dipôle RC : τ=RC ;
• au cours de la charge, uC(t)=E(1−e−t/τ).
Calculer la tension uC aux bornes du condensateur à la date t=44ms, en V. Donner le résultat avec trois chiffres significatifs.
V
Saisis uniquement le nombre, avec une virgule comme séparateur décimal.
Exercice Kleksa au format du sujet — corrigé Kleksa.
bac
Question 3. (0–1)
/1
Un condensateur de capacité C=470μF, initialement déchargé, est relié à la date t=0 à un générateur de tension constante E=4,5V à travers un conducteur ohmique de résistance R=100Ω.
Données :
• constante de temps du dipôle RC : τ=RC ;
• au cours de la charge, uC(t)=E(1−e−t/τ).
Calculer la date t1 à laquelle la tension aux bornes du condensateur atteint U1=3,7V, en ms. Donner le résultat avec trois chiffres significatifs.
ms
Saisis uniquement le nombre, avec une virgule comme séparateur décimal.
Exercice Kleksa au format du sujet — corrigé Kleksa.
bac
Question 4. (0–1)
/1
Un condensateur de capacité C=1,0μF, chargé sous la tension U0=4,5V, se décharge à partir de la date t=0 dans un conducteur ohmique de résistance R=33kΩ.
Données :
• constante de temps du dipôle RC : τ=RC ;
• au cours de la décharge, uC(t)=U0e−t/τ.
Calculer la tension uC aux bornes du condensateur à la date t=50ms, en V. Donner le résultat avec trois chiffres significatifs.
V
Saisis uniquement le nombre, avec une virgule comme séparateur décimal.
Exercice Kleksa au format du sujet — corrigé Kleksa.
Écrire τ=CR. Seul le produit RC a la dimension d’un temps.
Prendre t=τ pour la fin de la charge. À cet instant, uC ne vaut encore que 63% de E ; dépasser 99% réclame de l’ordre de 5τ.
Insérer des kilo-ohms et des microfarads tels quels dans RC. Le temps sort faux d’un facteur mille : convertis en ohms et en farads avant de multiplier.
Confondre uR et uC. Pendant la charge, uR=E−uC décroît de E vers zéro, tandis que uC croît de zéro vers E.
Appliquer la formule de charge à une décharge. La décharge part de U0 et tend vers zéro : uC=U0exp(−τt) ne contient pas de terme 1−exp(−τt).
À retenir
i=dtdq et q=CuC, donc i=CdtduC.
Charge : uC+RCdtduC=E, de solution uC=E(1−exp(−τt)).
Décharge : dtduC+τuC=0, de solution uC=U0exp(−τt).
Temps caractéristique : τ=RC, en secondes ; en charge, uC atteint 63% de sa valeur finale à t=τ.
Questions fréquentes
1.Pourquoi la charge d’un condensateur n’est-elle pas instantanée ?+
Réponse :Le conducteur ohmique freine l’arrivée des charges : i=RE−uC. Plus uC approche de E, plus l’écart E−uC s’amenuise, donc i aussi, et la tension progresse de plus en plus doucement.
2.Quelle est l’unité du temps caractéristique ?+
Réponse :La seconde. Un ohm est un volt par ampère et un farad un coulomb par volt : leur produit est un coulomb par ampère, donc des secondes.
3.Comment retrouver le temps caractéristique sur une courbe ?+
Réponse :Pour une charge, relève l’instant où uC atteint 63% de E, ou celui où la tangente en t=0 rejoint uC=E. Pour une décharge, relève l’instant où uC est tombée à 37% de U0.
4.Que vaut le courant à la date zéro ?+
Réponse :Pour un condensateur vide, uC(0)=0, donc toute la tension E se trouve aux bornes du conducteur ohmique et i(0)=RE : au départ, le condensateur se comporte comme un fil.
5.La tension d’un condensateur peut-elle changer d’un coup ?+
Réponse :Non : elle suit une exponentielle dont la pente initiale est finie, τE. Un saut brutal de uC exigerait un courant infini, puisque i=CdtduC.
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