Potentiomètres

Le potentiomètre (en anglais potentiometer, vite abrégé en pot ou « potar ») est la résistance que l'on tourne : trois bornes, un curseur qui glisse sur une piste résistive, une tension de sortie qui suit la main. Le composant de tous les réglages à l'ancienne — volume, joystick, étalonnage caché — et le plus simple des capteurs de position analogiques. Cette page ouvre la boîte : pont diviseur réglable, lois linéaire et logarithmique, rhéostat, trimmers, et le rival numérique, le codeur rotatif.

1. C'est quoi ?

Un potentiomètre est une résistance réglable à la main — et, en vue électrique, un pont diviseur réglable. Trois bornes : deux extrémités aux bouts d'une piste résistive (charbon, cérmet ou fil bobiné) et la borne centrale, le curseur (wiper en anglais), contact mobile qui se promène sur la piste. La tension d'entrée s'applique aux extrémités ; le curseur en livre une fraction, réglée d'un geste : 270° de rotation pour un potar rond, course rectiligne pour un fader.

La résistance fixe divise aussi les tensions, mais son pont est figé par le choix de deux composants — l'exercice du pont diviseur de 9 V à 5 V, page résistances, fait ce calcul. Le potentiomètre fait la même chose avec un composant et un doigt : le rapport du pont devient une position, un organe de commande plus qu'un composant de calcul.

On en croise partout où une main pilote un circuit :

• le volume des amplis, chaînes hi-fi et guitares, souvent avec interrupteur sur l'axe ;
• la position des manches : deux potars par joystick, un par axe ; pédales d'effets, commandes de gaz ;
• les réglages cachés : trimmers au tournevis (offset, fréquence, polarisation) ;
• les faders des tables de mixage, potars rectilignes ;
• les capteurs de position simples : niveau à flotteur, levier industriel.

Il est analogique de bout en bout : pas de paliers, pas de protocole, une fraction de tension qui suit la main avec la régularité du mécanisme.

2. Comment ça marche ?

Tout tient dans trois bornes. La piste relie les bornes 1 et 3 : c'est la résistance totale du composant (10 kΩ, 100 kΩ…). Le curseur — borne 2 — la découpe en deux tronçons en série, R1 et R2, dont la somme ne bouge pas : seul le point de partage glisse.

Us = Ue × R2 / (R1 + R2) = Ue × p

SchémaUn potentiomètre ouvert — la piste en arc et le curseur

Depuis le curseur, on prélève un potentiel sans en tirer de courant notable — tout le sens du nom anglais potentiometer. La charge branchée dessus doit rester dix à vingt fois la piste, sinon elle fausse la loi.

La piste n'est pas obligée d'être uniforme. Résistance croissant régulièrement : la tension suit la position, c'est la loi linéaire (gravée « B »). Matière résistive dosée le long de la piste — douce au début, mordante ensuite : courbe creuse, c'est la loi logarithmique (gravée « A », dite audio taper), avec son inverse (loi « C », inverse-log). Les datasheets — chez Alpha par exemple — donnent la courbe réelle : à mi-course, un taper audio délivre 10 à 25 % du signal.

Loi	Code gravé	Us/Ue en fonction de p	À mi-course (50 %)	Usages typiques
Linéaire	B	Us/Ue = p	50 % du signal, soit −6 dB	capteur de position, faders, réglages techniques
Logarithmique	A	courbe creuse, approchée par p²	10 à 25 % du signal, soit −12 à −15 dB	volume, balance, tout réglage d'écoute
Inverse-log	C	1 − (1−p)²	75 à 90 % du signal	correcteurs de tonalité, gains fins en début de course

Pourquoi le volume d'un ampli est-il logarithmique ? Parce que l'oreille perçoit des rapports, pas des écarts : la sensation d'intensité croît comme le logarithme de la puissance sonore (loi de Weber-Fechner). Doubler la puissance ne fait qu'un petit pas d'écoute (+3 dB) ; un potar linéaire entasserait le volume utile dans les derniers degrés, un potar log donne un degré de rotation égal à un pas d'écoute.

A = 20 × log₁₀(Us / Ue)

Emploi réduit : deux bornes, une extrémité et le curseur. Le composant devient une résistance réglable en série, un rhéostat (rheostat), qui limite un courant — éclairage d'antan, vitesse d'un petit moteur. Il ne divise plus : il s'oppose et chauffe, la puissance admissible devient le critère premier.

Pour les réglages à ne faire qu'une fois : le trimmer (potar ajustable), 6 à 10 mm posés sur la carte, réglés au tournevis — offset d'un ampli opérationnel, fréquence, étalonnage d'un capteur.

Enfin le rival numérique : le codeur rotatif (rotary encoder). Jumeau extérieur — un bouton, trois broches et plus — mais aucune piste résistive : des contacts émettent des impulsions digitales à chaque cran. Il ne délivre pas une tension à lire mais des événements à compter, le travail d'un microcontrôleur de cette même couche. D'où le volume des appareils modernes : rotation infinie, échelle appliquée en numérique.

3. Dans le vrai monde

La gamme court de 1 kΩ à 1 MΩ (les séries E de la page résistances), avec 10 kΩ en valeur reine. La puissance est minuscule : 0,05 W pour un trimmer, 0,1 à 0,5 W pour un panneau — un potar ne dissipe pas, il divise. La tension admissible reste modeste : 50 V pour un modèle 11 mm, 200 à 250 V pour un 24 mm selon les datasheets Alpha.

Format	Encombrement	Où on les croise	Puissance et valeurs
Mini vertical 9 mm	9 × 9 mm	shields Arduino, pédales d'effets	0,1 W ; 1 kΩ à 100 kΩ
Standard 16 mm	Ø 16 mm	amplis, guitares, hi-fi	0,2 à 0,5 W ; jusqu'à 1 MΩ
Industriel 24 mm	Ø 24 mm	tables de mixage, panneaux	0,5 à 2 W ; 200 à 250 V
Fader rectiligne	course de 45 à 100 mm	consoles audio et lumière	0,2 W ; loi linéaire ou audio
Trimmer	6 à 10 mm, au tournevis	sur carte, réglages cachés	0,05 à 0,25 W ; 100 Ω à 1 MΩ

L'endurance se compte en manœuvres : 10 000 à 15 000 cycles pour un potar standard, davantage pour les industriels à contact doublé. Passé ce cap, la piste s'use, le grésillement s'installe.

Prix indicatifs : 1 à 4 euros pour un potar 16 mm, moins de 1 euro pour un trimmer, 5 à 15 euros pour un fader de table. On choisit le potar pour la main qui le tourne — moleté, cranté, glacé — autant que pour ses ohms.

4. Exemple pratique

Lire un potentiomètre avec un microcontrôleur

Le montage roi : trois fils, et la position devient un nombre. Extrémités du potar au 0 V et au 3,3 V (ou 5 V) de la carte, curseur sur une entrée analogique. Le tutoriel officiel « Analog Read Serial » d'Arduino fait exactement cela avec un potar 10 kΩ : des valeurs de 0 à 1023 sur une entrée 10 bits.

Le simulateur rejoue le pont diviseur réglable : déplacez le curseur, basculez entre les trois lois, observez tension de sortie, atténuation en décibels et impression auditive. La courbe raconte le reste : diagonale droite en linéaire, courbe creuse en audio.

Exercice résolu — le volume log à mi-course

Un potar de volume, loi audio, règle le signal d'un ampli. On le pousse à mi-course (50 %). Que perçoit-on, comparé à un potar linéaire au même endroit ?

1. La loi : à p = 0,5, la loi audio approchée donne Us/Ue = p² = 0,25 ; les tapers réels varient de 0,10 à 0,25 à mi-course selon le fabricant.
2. L'atténuation :

A = 20 × log₁₀(0,25) ≈ −12 dB

3. L'effet entendu : −6 dB, c'est la moitié de la tension, un facteur 4 de puissance sonore — à mi-course, le son paraît déjà fort. À −12 dB (quart de la tension), l'écoute est confortable et la fin de course reste disponible pour monter sans écrêtage.
4. Conclusion : le potar log répartit l'écoute sur toute la rotation ; le linéaire entasse le réglage utile dans les derniers degrés. Tout réglage d'écoute (volume, balance) prend donc une loi A.

Exercice résolu — un joystick sous 3,3 V

Un joystick héberge deux potars de 10 kΩ (un par axe), alimentés sous 3,3 V par une carte dont l'ADC fait 10 bits. Au neutre, que lit-on, et que consomme le pont ?

1. Tension au neutre : curseur au milieu, loi linéaire : Us = 3,3 V × 0,5 = 1,65 V.
2. Lecture ADC : 10 bits, soit 1 024 niveaux de 0 à 1 023 ; 1,65 / 3,3 × 1 024 ≈ 512. Le neutre tombe pile sur la valeur médiane — tout écart à 512 se lit comme un déplacement du manche.
3. Courant du pont :

I = U / R = 3,3 V / 10 kΩ = 0,33 mA

4. Le compte de la batterie : 0,33 mA par axe, 0,66 mA pour les deux — des heures de batterie en jeu. Un potar de 100 kΩ diviserait ce courant par dix, mais l'entrée ADC préfère une source d'impédance d'une dizaine de kiloohms au plus : 10 kΩ reste le compromis classique, celui des tutoriels Arduino.

5. Vérifier sa compréhension

Réfléchissez avant de dérouler les réponses.

1. Un potar de 10 kΩ reçoit 9 V entre ses extrémités ; le curseur est aux trois quarts de la course, côté borne 3. Quelle tension lit-on entre le curseur et la borne 1 ?
2. Pourquoi le volume d'un ampli est-il un potar logarithmique plutôt que linéaire ?
3. On veut limiter le courant d'un petit moteur avec un potentiomètre. Combien de bornes, comment appelle-t-on ce montage, et quelle précaution de câblage ajoute-t-on ?
4. Un codeur rotatif se branche-t-il à la place d'un potentiomètre pour obtenir une tension analogique réglable ? Pourquoi ?
5. Pour un capteur de position alimenté sous 3,3 V et lu par un ADC, pourquoi la valeur 10 kΩ est-elle le compromis entre 100 Ω et 10 MΩ ?

6. Pour aller plus loin

• IEC 60393-1:2008 — « Potentiometers for use in electronic equipment — Part 1: Generic specification » : terminologie, essais et lois de courbe, sur le webstore de l'IEC.
• Taiwan Alpha — datasheets des potentiomètres rotatifs 16 et 24 mm (séries RV16, RV24) : codes de taper A/B/C, tension limite, endurance, sur taiwanalpha.com.
• Bourns — gamme de potentiomètres et trimmers, notes d'application, sur bourns.com.
• Arduino — tutoriel « Analog Read Serial » : lire un potentiomètre et afficher la valeur de 0 à 1023, sur docs.arduino.cc.
• IEC 60063 — les séries de valeurs préférées (E6 à E192) que suivent aussi les potentiomètres, sur iec.ch.