Ingénierie et développement durable (STI2D) · Première · Approche comportementale des produits
Comportement énergétique : puissance, rendement, bilan
Suivre l’énergie et ses pertes.
En bref
Rien ne se perd, rien ne se crée : l’énergie se conserve, mais une partie se transforme toujours en formes inutiles, les pertes, le plus souvent de la chaleur.
Énergie et puissance
E = P × t
E en joules (J) si P en watts (W) et t en secondes (s). En pratique, on compte souvent en wattheures : 1 Wh = 3 600 J, 1 kWh = 3,6 MJ.
La puissance mesure la vitesse à laquelle l’énergie est transférée.
Le rendement
η = P utile / P absorbée
Le rendement η (êta) est toujours inférieur à 1. Les pertes valent P absorbée − P utile.
Pour une chaîne de plusieurs convertisseurs en série :
η global = η1 × η2 × η3 × …
Le rendement global est toujours plus faible que le plus faible des rendements de la chaîne.
Les puissances selon les domaines
| Le domaine | Puissance |
|---|---|
| Électrique continu | P = U × I |
| Mécanique en translation | P = F × v |
| Mécanique en rotation | P = C × ω (ω en rad/s ; ω = 2π × N / 60 si N en tr/min) |
| Hydraulique | P = p × Qv |
| Thermique | P = flux thermique, en W |
Les sources d’énergie
| La source | Caractéristique utile |
|---|---|
| Batterie | Tension nominale (V), capacité (Ah), énergie stockée = U × Q (Wh) |
| Réseau électrique | 230 V, 50 Hz, puissance souscrite |
| Panneau photovoltaïque | Puissance crête (Wc), dépend de l’ensoleillement |
| Carburant | Pouvoir calorifique (kWh/L ou MJ/kg) |
Exemple travaillé : un vélo à assistance électrique
Batterie 36 V, 10 Ah. Énergie stockée : 36 × 10 = 360 Wh.
Chaîne : batterie → variateur (η = 0,95) → moteur (η = 0,85) → réducteur (η = 0,90).
η global = 0,95 × 0,85 × 0,90 ≈ 0,73.
Énergie utile sur la roue : 360 × 0,73 ≈ 262 Wh.
Si l’assistance fournit 150 W utiles à la roue, la puissance tirée de la batterie est 150 / 0,73 ≈ 205 W, et l’autonomie vaut 360 / 205 ≈ 1,75 h. À 20 km/h, cela représente environ 35 km.
Faire un bilan énergétique
- Identifier l’énergie entrante et sa source.
- Suivre chaque conversion et son rendement.
- Chiffrer l’énergie utile et les pertes à chaque étage.
- Représenter le tout dans un diagramme de Sankey.
- Repérer l’étage le plus coûteux : c’est là qu’il faut agir.
Réduire les pertes
- Pertes par effet Joule : réduire les courants, augmenter les sections de câble.
- Pertes par frottement : lubrifier, choisir des roulements.
- Pertes thermiques : isoler.
- Récupérer : freinage récupératif, récupération de chaleur.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Combien de joules vaut 1 Wh ?
2.Que vaut le rendement d’un convertisseur réel ?
3.Un moteur absorbe 400 W et fournit 320 W. Son rendement vaut…
4.Comment calcule-t-on le rendement d’une chaîne de convertisseurs en série ?
5.Quelle énergie stocke une batterie 36 V de 10 Ah ?
6.Que vaut 0,95 × 0,85 × 0,90 environ ?
0 / 6 questions
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