Ingénierie, innovation et développement durable (STI2D) · Terminale · Comportement énergétique des produits
Bilan énergétique et rendement global
Chaque watt compte, de la source à l’effet.
En bref
Faire le bilan énergétique d’un produit, c’est suivre l’énergie de la source à l’effecteur, étage par étage, et localiser les pertes.
Faire le bilan énergétique d’un produit, c’est suivre l’énergie de la source à l’effecteur, étage par étage, et localiser les pertes. C’est une question presque certaine à l’épreuve écrite.
Les outils
E = P × t
η = P utile / P absorbée
η global = η1 × η2 × … × ηn
Pertes = P absorbée − P utile
Les puissances selon les domaines
| Domaine | Effort × flux |
|---|---|
| Électrique continu | P = U × I |
| Électrique alternatif | P = U × I × cos φ (puissance active) |
| Mécanique en rotation | P = C × ω |
| Mécanique en translation | P = F × v |
| Hydraulique | P = Δp × Qv |
| Thermique | Φ (W), ou E = m × c × ΔT |
Exemple travaillé : un ascenseur
Cabine chargée de 800 kg montée de 12 m en 15 s, contrepoids de 600 kg.
- Masse nette à lever : 800 − 600 = 200 kg.
- Énergie utile : m × g × h = 200 × 9,81 × 12 ≈ 23,5 kJ.
- Puissance utile : 23 500 / 15 ≈ 1,57 kW.
- Chaîne : variateur (0,96) → moteur (0,88) → réducteur (0,70, roue et vis sans fin) → poulie (0,97).
- η global = 0,96 × 0,88 × 0,70 × 0,97 ≈ 0,57.
- Puissance absorbée au réseau : 1,57 / 0,57 ≈ 2,75 kW ; pertes ≈ 1,2 kW, dont plus de la moitié dans le réducteur.
L’étage de plus faible rendement est la cible : un réducteur à engrenages hélicoïdaux (0,95) ferait passer η global à 0,78.
Le régime transitoire et le régime établi
Les constituants ont un comportement temporel : un moteur met du temps à atteindre sa vitesse, un bâtiment à se réchauffer, un condensateur à se charger. On distingue :
| La phase | Ce qu’on observe |
|---|---|
| Transitoire | Les grandeurs varient (démarrage, freinage) |
| Établi (permanent) | Les grandeurs sont stables |
L’énergie d’une phase variable se calcule comme l’aire sous la courbe P(t) : sur une montée linéaire de 0 à 2 kW en 4 s, E = ½ × 2 000 × 4 = 4 kJ.
Optimiser les échanges d’énergie
- Réduire les pertes : meilleurs rendements, isolation, lubrification.
- Récupérer : freinage récupératif, récupération de chaleur (VMC double flux).
- Piloter : faire fonctionner chaque constituant au plus près de son rendement maximal ; couper ce qui ne sert pas.
- Stocker pour décaler dans le temps (heures creuses, production solaire).
Mesurer pour conclure
Le bilan se fait sur des mesures : wattmètre en entrée, couplemètre et tachymètre en sortie, ou capteurs de température et de débit pour le thermique. On compare ensuite rendement mesuré et rendement annoncé : l’écart renseigne sur l’état du produit ou la justesse du modèle.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Quelle est l’énergie potentielle gagnée par 200 kg levés de 12 m (g = 9,81) ?
2.23 500 J fournis en 15 s correspondent à une puissance de…
3.Que vaut à peu près 0,96 × 0,88 × 0,70 × 0,97 ?
4.Pour 1,57 kW utiles avec η global = 0,57, la puissance absorbée vaut…
5.Quel étage faut-il améliorer en priorité dans l’ascenseur ?
6.En alternatif, la puissance active vaut…
0 / 6 questions
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La fiche de révision, sur une page
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