Les portes logiques

On fabrique deux boîtes , chacune avec deux interrupteurs, pour découvrir le principe de la logique appliquée à l'éléctricité.Sur la première boîte, il faut allumer les deux interrupteurs pour que ça marche : c'est la « porte ET ». Sur la deuxième, un seul suffit : c'est la « porte OU ».

Difficulté

Technical Technique

Durée

90 minute(s) minute(s)

Disciplines scientifiques

Electricité, Physique

circuits électriques, Kif, itifederBrest2026 Les_portes_logiques_IMG_9954.JPG

• Matériel et outils
• Expériences pré-requises
• Fichiers

Fer à souder <div></div><div>Un fer à souder, ou plus précisément un fer à braser, est un outil chauffant permettant de réaliser une opération de brasage. L'usage courant du fer à souder se fait dans le domaine du montage de composants électroniques.

Fer à souder

Étain <div></div><div>fil d'étain ou bobine d'étain

Étain

Interrupteur à bascule <div></div><div>Pour ouvrir ou fermer un circuit électrique.

Interrupteur à bascule

MDF (Medium Density Fiberboard) <div></div><div>MDF : medium Density Fiberboard ou panneau de densité moyenne est un panneau de particules de bois aglomérées avec de la colle.

MDF (Medium Density Fiberboard)

Fil électrique <div></div><div>Un fil électrique : est le composant électro technique servant au transport de l'électricité, afin de transmettre de l'énergie et de l'information. Il est constitué d'un matériau conducteur, mono-brin ou multi-brin, souvent entouré d'une enveloppe isolante (plastique, Téflon...). L'intérieur du fil électrique est appelée « âme » du fil.

Fil électrique

Le testeur de materiaux

Le Defi du Labyrinthe Electrique

Les alchimistes du papier

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Étape 1 - Préparation

Précision sur le matériel à utiliser :

• La plaque de MDF mesurera environ 26cm x 22 cm et 3 mm d'épaisseur. On peut la remplacer par du contre plaqué de même épaiseur.
• Les vis pourront avoir nimporte quelle taille , cependant une taille de 3,5 x 40 mm est recommandée. 4 vis seulement seront nécessaires.
• Les interrupteurs utilisés sont des ninterrupteurs pour voiture. Ils offrent l'avantage de pouvoir être connectés à des bornes sertissables (voir les magasins de matériel pour l'automobile) mais on peut tout aussi bien les souder.
• Quelques décimètres de fil électrique (faible puissance : , mm de diamètre par exemple) seront nécessaires
• Une clef plate sea nécessaire pour serrr les écrous des interrupteurs

1. Réaliser les boitiers (Etape 2 à 5)
2. Dérouler l'animation (Etapes 6 et suivantes)

Si le boitier est déjà réalisé, vous pouvez passer directement à l'étape 5

Étape 2 - Rappel sur le fonctionnement d'un interrupteur

Un interrupteur électrique fonctionne comme un robinet pour l'eau.

Il est composé de deux bornes (A et B) permettant de le relier à un système exterieur (pile + lampe par exemple).

Un système interne permet de relier ou de séparer électriquement les deux bornes afin d'établir une liaison entre elles (ou non).

Ce système est commandé par un levier que l'on actionne pour établir ou supprimer la liaison.

Lorsque le contact est établi, on dit que l'interrupteur est fermé : il permet le passage du courant électrique de A vers B ou inversement.

Lorsaue le contact est rompu, on dit que l'interrupteur est ouvert : il ne permet pas le passage du courant électrique d'une borne à l'autre.

Ces notions seront utilies pour la fabrication des boitiers et l'explication de leur fonctionnement.

Étape 3 - Réalisation des boitiers

1. Découper les pièces des deux boites à la découpeuse laser. Les traits bleus seront découpés, les traits rouges et noir seront gravés, de préférence avec un trait plus fin pour le texte et plus large pour les chemins. Les trous recevant les interrupteurs seront adaptés à la taille de vos propres interrupteurs.
2. Coller les 6 pièces du boitier ensemble (elles sont détrompées)
3. Coller 2 à 2 les carrés de renfort et collez les sous le boitier en face des petits trous.
4. Visser 2 vis dans les petits trous, en laissant dépasser les têtes d'environ 1 à 2 cm (selon la longueur de la vis). Elles doivent aussi dépasser dans le boitier de 5 à 10 mm.
5. Positionnez et vissez les interrupteurs à leur place. Attention les deux interrupteurs doivent être dans le même sens. Le côté "ON" doit être positionné vers la partie du circuit qui relie les deux vis.

Pour une porte ET, passez à l'étape 4.

Pour une porte OU, passez à l'étape 5.

Étape 4 - Electronique de la porte ET

1. L'objectif est de créer le circuit électrique correspondant au schéma sur le dessus de la boite. A l'aide de petits fils conducteurs on va relier les deux vis ensemble en passant par les deux interrupteurs de manière à créer une logique "ET". Dans cette logique, pour que le courant circule il faut que les deux interrupteurs soient "fermés". Si l'un (ou les deux) interrupteurs sont ouverts, le courant ne passe pas.
2. On soude l'extrémité d'un petit fil sur une des vis et l'autre extrémité sur une des bornes de l'interrupteur le plus proche.
3. On soude un deuxième fil de la deuxième borne de cet interrupteur vers la borne du second interrupteur (fil vert) puis on soude un 3ème fil (fil bleu) de la seconde borne du 2ème interrupteur vers l'autre vis.

Étape 5 - Brancher la porte OU

1. L'objectif est de créer le circuit électrique correspondant au schéma sur le dessus de la boite. A l'aide de petits fils conducteurs on va relier les deux vis ensemble en passant par les deux interrupteurs de manière à créer une logique "OU". Dans cette logique, pour que le courant circule d'une vis à l'autre ,il suffit que l'un au moins des deux interrupteur soit "fermé". Si les deux interrupteurs sont ouverts, le courant ne passe pas.
2. On torsade entre eux deux fils dénudés que l'on soude sur l'une des deux vis. L'autre extrémité de chaque fil est soudé sur une des bornes des interrupteurs.
3. On pratique de même pour relier l'autre vis aux bornes libres des interrupteurs.

Étape 6 - Experience avec la porte "ET"

Pour cette experience on utilise le testeur de materiaux.

1. Mettre les deux interrupteurs en position OFF (levier vers le bas) et relier chaque fil du testeru de materiaux à une vis . Que se passe -t-il ?
2. Mettre l'un des interrupteurs en position "ON" (levier vers le haut. Que se passe -t-il ?
3. Inverser la position des interrupteurs. Que se passe -t-il ?
4. Basculer les 2 interrupteurs en position "O" (levier vers le haut). Que se passe -t-il ?
5. On peut résumer cette experience dans un tableau appelé table de vérité de la porte logique (photo 5)

Étape 7 - Experience avec la porte "OU"

Pour cette experience on utilise le testeur de materiaux.

1. Mettre les deux interrupteurs en position OFF (levier vers le bas) et relier chaque fil du testeru de materiaux à une vis . Que se passe -t-il ?
2. Mettre l'un des interrupteurs en position "ON" (levier vers le haut. Que se passe -t-il ?
3. Inverser la position des interrupteurs. Que se passe -t-il ?
4. Basculer les 2 interrupteurs en position "O" (levier vers le haut). Que se passe -t-il ?
5. On peut résumer cette experience dans un tableau appelé table de vérité de la porte logique (photo 5)

Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Avec la boîte ET, la led reste éteinte tant qu'il manque un des deux interrupteurs : il faut vraiment les deux en même temps pour qu'elle s'allume. Avec la boîte OU, la led s'allume dès qu'un seul interrupteur est allumé, et elle reste allumée si on allume aussi le deuxième. C'est ça qui est surprenant : c'est le même matériel, mais comme on l'a branché autrement, il ne suit plus la même règle.

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

• Une soudure qui tient mal : si une liaison se décolle, le courant ne passe plus. On revérifie chaque point de soudure.
• Des fils qui se touchent : deux fils nus en contact peuvent créer un raccourci. Sur la porte ET, ça peut faire allumer la lampe « tout le temps », même quand un interrupteur est éteint.
• Les pinces crocodiles mal accrochées : il faut qu'elles serrent bien les vis.
• La LED à l'envers : patte longue côté +, sinon rien ne s'allume.
• Sur la porte OU : bien vérifier que les deux chemins se rejoignent avant la sortie.

Explications

Un interrupteur, c'est juste une coupure dans le fil qu'on peut refermer quand on veut. Tout dépend de la façon dont on place ces coupures sur le chemin du courant.

Quand on les met à la suite (la porte ET), les deux interrupteurs sont sur le même chemin, l'un derrière l'autre. Le courant doit franchir les deux. Si une seule coupure reste ouverte, tout le chemin est bloqué et la led reste éteinte. Il faut donc fermer la première ET la deuxième.

Quand on les met côte à côte (la porte OU), on a fabriqué deux chemins différents qui mènent au même endroit. Et le courant est malin : il lui suffit d'un seul chemin libre pour passer. Donc fermer n'importe lequel des deux interrupteurs ouvre déjà une route pour la lampe.

Plus d'explications

Ces deux façons de combiner des interrupteurs, on les appelle des « portes logiques ». Ce sont les toutes petites briques de base qu'on retrouve dans tous les appareils électroniques et dans les ordinateurs. La porte ET ne dit « oui » que si ses deux entrées sont actives ; la porte OU dit « oui » dès qu'au moins une est active. Si on remplaçait les doigts par des capteurs (un capteur de lumière, un bouton, un capteur de température…), on pourrait fabriquer des machines qui décident toutes seules, par exemple : « si la nuit tombe ET que quelqu'un passe, alors j'allume ».

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

• Faire la différence entre des interrupteurs branchés à la suite et des interrupteurs branchés côte à côte.
• Comprendre, en manipulant, la règle « ET » (il faut les deux) et la règle « OU » (un seul suffit).
• Réutiliser ce qu'on a appris dans les ateliers précédents : un circuit qui se ferme ou s'ouvre, le rôle de l'interrupteur.
• Découvrir l'idée de porte logique, la petite brique de base de l'électronique et des ordinateurs.
• Mettre la main à la pâte sur une vraie fabrication : découpe laser, montage, soudure.

Pistes pour animer l'expérience

Le truc qui marche le mieux : faire parier les enfants avant chaque essai (« alors, la lampe va s'allumer ou pas ? »). Avec les plus jeunes, on garde alors seulement la partie jeu (les étapes 6 et 7, environ une demi-heure). Et on peut faire le lien avec le tout premier atelier : si les interrupteurs ferment le circuit, c'est parce que le métal à l'intérieur laisse passer le courant, exactement ce que les enfants avaient découvert avec le testeur de matériaux.

Dernière modification 23/09/2026 par user:Laurent UOF.

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