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Troisième · Technologie · Chapitre 5

L'énergie de l'objet technique à l'habitat : conversions, rendement et consommation maîtrisée

Ce que tu sauras faire

  • Distinguer une source, une forme, un transfert et une conversion d'énergie, et classer une source en renouvelable ou non, primaire ou secondaire, stock ou flux.
  • Calculer une énergie, une puissance ou une durée avec la relation E=P×tE = P \times t, en maîtrisant les unités W, kW, kWh, J et MJ.
  • Lire une plaque signalétique et un relevé de compteur, et retrouver l'intensité appelée par un appareil à partir de P=U×IP = U \times I.
  • Décrire la chaîne d'énergie d'un objet en nommant, à chaque étage, le composant, la conversion réalisée et la perte associée.
  • Calculer un rendement, l'exprimer en pourcentage, enchaîner les rendements de plusieurs étages et expliquer pourquoi un rendement ne peut pas atteindre 100 %.
  • Comparer deux solutions sur leur coût global — achat plus usage — et calculer le temps de retour d'un surcoût d'achat.
  • Décrire et programmer une régulation à seuil avec hystérésis, et justifier son intérêt pour la durée de vie de l'actionneur comme pour la consommation.

Au programme du chapitre

  1. Sources, formes, transferts : de quoi parle-t-on ?
  2. Puissance et énergie : la confusion la plus coûteuse
  3. Lire une plaque signalétique, lire un compteur
  4. La chaîne d'énergie, étage par étage
  5. Le rendement : ce qui sort divisé par ce qui entre
  6. Stocker l'énergie : piles, accumulateurs, autonomie
  7. Choisir un appareil : l'étiquette, le coût global, le temps de retour
  8. Maîtriser l'énergie d'un habitat
  9. Programmer la gestion de l'énergie

Exercices corrigés

Exercice 1

Le wattmètre du club indique 2 2002\,200 W pour la bouilloire et 12 W pour la box internet. Un élève en conclut que la bouilloire « consomme deux cents fois plus ». Explique pourquoi cette conclusion n'a aucun sens tant qu'une donnée manque, et dis laquelle.
Un coup de pouce
Demande-toi ce que mesure exactement l'appareil affichant des watts, et ce qu'on paie sur une facture.
Voir la correction pas à pas
La donnée manquante est la durée d'utilisation.
Le wattmètre affiche une puissance, c'est-à-dire un débit d'énergie : le nombre de joules échangés chaque seconde. Il ne dit rien de la quantité totale, qui est l'énergie, et qui vaut E=P×tE = P \times t.
Comparer 2 2002\,200 W et 12 W, c'est comparer deux robinets sur leur débit sans dire combien de temps on les laisse couler. La bouilloire coule trois minutes par jour, la box vingt-quatre heures sur vingt-quatre : c'est ce rapport de durées, 480 contre 1, qui renverse la comparaison.
Calcul complet : bouilloire, 2,2×0,05×2×365=80,32{,}2 \times 0{,}05 \times 2 \times 365 = 80{,}3 kWh par an ; box, 0,012×24×365=105,120{,}012 \times 24 \times 365 = 105{,}12 kWh par an. La box l'emporte.
La phrase correcte est donc : « la bouilloire appelle une puissance deux cents fois plus grande », et le verbe consommer est réservé à l'énergie.

Exercice 2

Deux batteries sont proposées pour un même robot : la première annonce 5 0005\,000 mAh sous 7,47{,}4 V, la seconde 8 0008\,000 mAh sous 3,73{,}7 V. Un élève choisit la seconde « parce qu'elle a plus de mAh ». Que lui réponds-tu, calculs à l'appui ?
Un coup de pouce
Une capacité en ampères-heures ne devient une énergie qu'après une multiplication. Par quoi ?
Voir la correction pas à pas
Le milliampère-heure ne mesure pas une énergie : c'est une capacité en charge. L'énergie s'obtient en multipliant cette capacité par la tension.
Première batterie : 5 0005\,000 mAh =5= 5 Ah, donc E=5×7,4=37E = 5 \times 7{,}4 = 37 Wh.
Seconde batterie : 8 0008\,000 mAh =8= 8 Ah, donc E=8×3,7=29,6E = 8 \times 3{,}7 = 29{,}6 Wh.
C'est donc la première qui stocke le plus d'énergie, alors que son nombre de mAh est le plus petit. L'écart vaut 37−29,6=7,437 - 29{,}6 = 7{,}4 Wh, soit 25 % de plus.
La règle : on ne compare deux réservoirs d'énergie qu'en wattheures. Comparer des mAh n'a de sens qu'entre deux batteries de même tension.
Un dernier point, souvent oublié : la tension doit aussi convenir au moteur et à l'électronique du robot. Une batterie plus énergétique mais de tension inadaptée est inutilisable en l'état.

Les pièges à éviter

  • Écrire « cet appareil consomme 2 000 watts ». Le verbe est faux : un appareil consomme des kilowattheures et appelle des watts.
  • Multiplier des watts par des minutes et annoncer un résultat en kilowattheures : 2 000 W pendant 30 min donneraient 60 000 kWh.
  • Diviser l'énergie absorbée par l'énergie utile, et annoncer un rendement de 125 %.
  • Additionner ou moyenner les rendements d'une chaîne : trois étages à 0,90 donneraient 0,90.

Pour aller plus loin

Technologie dans les autres classes

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