Chapitre 9 – Énergie cinétique et sécurité routière
3e prépa-métiers | Physique-Chimie | L'énergie et ses conversions
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Avant de commencer, tu dois savoir…
Convertir une vitesse : km/h ÷ 3,6 → m/s (chapitre 7).
Calculer une distance : d = v × t, avec v en m/s et t en s (chapitre 7).
Calculer un carré : 5² = 5 × 5 = 25 (maths).
Objectifs du chapitre :
C1 – Savoir qu'un objet en mouvement possède une énergie cinétique et citer les deux grandeurs dont elle dépend.
C2 – Calculer une énergie cinétique avec Ec = ½ × m × v² (en convertissant la vitesse en m/s si besoin).
C3 – Comparer des énergies cinétiques : effet de la masse, effet de la vitesse (× 2 sur la vitesse → × 4 sur l'énergie).
C4 – Définir et calculer une distance d'arrêt : distance de réaction + distance de freinage.
C5 – Citer les facteurs qui augmentent la distance d'arrêt et en tirer des règles de sécurité.
1. Situation d'entrée — Un enfant traverse
Situation — Lina aura-t-elle le temps de s'arrêter ?
Lina conduit sa voiture en ville, à 50 km/h.
Soudain, un enfant traverse sur le passage piéton, 20 m devant la voiture.
La voiture de Lina et l'enfant sur le passage piéton (vue de dessus, sans échelle).
Question 1 : Lina freine dès qu'elle voit l'enfant. La voiture s'arrête-t-elle avant le passage piéton ? Question 2 : et si Lina regardait son téléphone au même moment ?
Les réponses sont à la fin de la section 6.
2. L'énergie d'un objet qui bouge (C1)
Définition
Un objet en mouvement possède de l'énergie. On l'appelle l'énergie cinétique.
(« Cinétique » vient d'un mot grec qui veut dire « mouvement ».)
Symbole : Ec. Unité : le joule (J).
Un objet immobile n'a pas d'énergie cinétique : Ec = 0 J.
À savoir
L'énergie cinétique dépend de deux grandeurs :
la masse de l'objet (m, en kg) : plus l'objet est lourd, plus Ec est grande ;
la vitesse de l'objet (v, en m/s) : plus l'objet va vite, plus Ec est grande.
La vitesse compte beaucoup plus que la masse (section 4).
MéthodeSavoir si un objet a de l'énergie cinétique
1
Je regarde si l'objet bouge.
2
S'il bouge : il a de l'énergie cinétique. S'il est immobile : Ec = 0 J.
3
Pour comparer deux objets, je regarde leur masse et leur vitesse.
Exemple : sur un parking, il y a une voiture garée, un cycliste qui roule et un camion qui roule.
Seuls les objets qui bougent ont de l'énergie cinétique. La flèche v montre la vitesse.
1
La voiture garée ne bouge pas : Ec = 0 J.
2
Le cycliste et le camion bougent : ils ont de l'énergie cinétique.
3
Le camion est beaucoup plus lourd (plus de masse) et roule plus vite : il a plus d'énergie cinétique que le cycliste.
Attention
En cas de choc, c'est cette énergie qui fait les dégâts. Plus Ec est grande, plus le choc est violent.
À toi (C1)
Voici quatre objets : a) un ballon posé dans l'herbe ; b) une trottinette électrique qui roule ; c) un bus arrêté au feu rouge ; d) un scooter qui roule.
1) Lesquels ont de l'énergie cinétique ?
2) De quelles deux grandeurs dépend l'énergie cinétique ?
1) Seuls les objets qui bougent : b) la trottinette et d) le scooter. Le ballon et le bus sont immobiles : Ec = 0 J.
2) De la masse et de la vitesse.
3. Calculer une énergie cinétique (C2)
Définition
L'énergie cinétique se calcule avec la formule :
Ec = ½ × m × v²
Ec : l'énergie cinétique, en joules (J) ;
m : la masse, en kilogrammes (kg) ;
v : la vitesse, en mètres par seconde (m/s).
« ½ » veut dire « la moitié » : on peut taper 0,5 à la calculatrice.
« v² » veut dire « v × v » : la vitesse au carré.
La touche x²
Sur la calculatrice, la touche x² calcule un carré.
Je tape le nombre, puis la touche x². Exemple : 20 puis x² donne 400 (car 20 × 20 = 400).
MéthodeCalculer une énergie cinétique
1
J'écris la masse m en kg.
2
J'écris la vitesse v en m/s. Si elle est en km/h, je divise par 3,6.
3
J'écris la formule : Ec = ½ × m × v².
4
Je remplace et je calcule : 0,5 × m × v (touche x²).
5
J'écris le résultat avec l'unité J.
Exemple 1 : un cycliste et son vélo ont une masse de 80 kg. Ils roulent à 5 m/s. Calculer leur énergie cinétique.
1
m = 80 kg.
2
v = 5 m/s : déjà en m/s.
3
Ec = ½ × m × v²
4
Ec = 0,5 × 80 × 5² = 0,5 × 80 × 25 = 1 000
5
Ec = 1 000 J.
Exemple 2 (avec conversion) : une petite voiture a une masse de 1 000 kg. Elle roule à 72 km/h. Calculer son énergie cinétique.
Ec = 200 000 J. C'est 200 fois l'énergie du cycliste !
Le calcul de l'exemple 2 à la calculatrice : la touche x² met 20 au carré.
Attention
Seule la vitesse est au carré, pas la masse.
La vitesse doit être en m/s. Si tu gardes les km/h, le résultat est faux.
À toi (C2)
Un scooter de 50 cm3 et son conducteur ont une masse de 150 kg. Ils roulent à 45 km/h.
a) Convertis la vitesse en m/s.
b) Calcule l'énergie cinétique. Arrondis à l'unité.
a) 45 ÷ 3,6 = 12,5 m/s.
b) Ec = ½ × m × v² = 0,5 × 150 × 12,5² = 0,5 × 150 × 156,25 = 11 718,75, soit environ 11 719 J.
4. Comparer des énergies cinétiques (C3)
À savoir
Si la masse est multipliée par 2, l'énergie cinétique est multipliée par 2.
Si la vitesse est multipliée par 2, l'énergie cinétique est multipliée par 4 (car 2² = 2 × 2 = 4).
Si la vitesse est multipliée par 3, l'énergie cinétique est multipliée par 9 (car 3² = 3 × 3 = 9).
C'est pour cela que la vitesse est si dangereuse sur la route.
MéthodeComparer deux énergies cinétiques
1
Je cherche ce qui change : la masse ou la vitesse.
2
Je trouve par combien elle est multipliée.
3
Masse × 2 → Ec × 2. Vitesse × 2 → Ec × 4.
4
Je peux vérifier en calculant les deux énergies.
Exemple : on compare trois véhicules.
A : une voiture de 1 000 kg à 10 m/s (36 km/h) ;
B : une camionnette de 2 000 kg à 10 m/s (même vitesse, masse × 2) ;
C : la voiture de 1 000 kg à 20 m/s (72 km/h) (même masse, vitesse × 2).
Doubler la masse double l'énergie (B). Doubler la vitesse la multiplie par 4 (C).
Astuce : retiens « vitesse × 2 → énergie × 4 ». Rouler un peu plus vite, c'est avoir beaucoup plus d'énergie au moment d'un choc.
À toi (C3)
Un scooter roule d'abord à 30 km/h, puis à 60 km/h. Sa masse ne change pas.
a) Par combien la vitesse est-elle multipliée ?
b) Par combien l'énergie cinétique est-elle multipliée ?
a) 60 ÷ 30 = 2 : la vitesse est multipliée par 2.
b) Vitesse × 2 → énergie × 2 × 2 : l'énergie cinétique est multipliée par 4.
5. La distance d'arrêt (C4)
À savoir
Pour s'arrêter, un véhicule doit perdre toute son énergie cinétique.
En freinant, les freins chauffent : l'énergie cinétique est convertie en énergie thermique (de la chaleur).
Plus l'énergie cinétique est grande, plus il faut de distance pour la faire disparaître.
Définition
Quand un conducteur voit un danger, la voiture ne s'arrête pas tout de suite. Il y a deux étapes :
le temps de réaction : le conducteur voit le danger, comprend et met le pied sur le frein. Pendant ce temps, la voiture roule à la même vitesse. La distance parcourue s'appelle la distance de réaction (DR) ;
le freinage : la voiture ralentit jusqu'à l'arrêt. La distance parcourue s'appelle la distance de freinage (DF).
distance d'arrêt = distance de réaction + distance de freinage
Une voiture à 50 km/h sur route sèche, temps de réaction de 1 seconde (données Sécurité routière).
Vitesse
Distance de réaction (1 s)
Distance de freinage (route sèche)
Distance d'arrêt
50 km/h
14 m
14 m
28 m
90 km/h
25 m
45 m
70 m
130 km/h
36 m
93 m
129 m
Source : Délégation à la sécurité et à la circulation routières, dépliant « La vitesse : connaissez-vous ses effets et ses risques ? » (securite-routiere.gouv.fr, 2010). Temps de réaction de 1 seconde, route sèche.
À savoir
La distance de réaction se calcule comme au chapitre 7 : DR = v × t, avec v en m/s et t (le temps de réaction) en s.
La distance de freinage, elle, se lit dans un tableau comme celui ci-dessus.
MéthodeCalculer une distance d'arrêt
1
Je convertis la vitesse en m/s : km/h ÷ 3,6.
2
Je calcule la distance de réaction : DR = v × t.
3
Je lis la distance de freinage DF dans le tableau.
4
J'additionne : distance d'arrêt = DR + DF, en mètres.
Exemple : une voiture roule à 90 km/h sur une route sèche. Le temps de réaction du conducteur est de 1 s. Calculer la distance d'arrêt.
1
v = 90 ÷ 3,6 = 25 m/s.
2
DR = v × t = 25 × 1 = 25 m.
3
Dans le tableau, à 90 km/h : DF = 45 m.
4
Distance d'arrêt = 25 + 45 = 70 m. C'est plus de la moitié d'un terrain de football.
Attention
Dans le tableau, entre 50 km/h et 130 km/h, la distance de freinage passe de 14 m à 93 m : elle est multipliée par plus de 6. Comme l'énergie cinétique, elle augmente beaucoup plus vite que la vitesse.
À toi (C4)
Sur l'autoroute, une voiture roule à 130 km/h. Le temps de réaction du conducteur est de 1 s. La route est sèche.
a) Convertis la vitesse en m/s. Arrondis à l'unité.
b) Calcule la distance de réaction.
c) Lis la distance de freinage dans le tableau, puis calcule la distance d'arrêt.
a) 130 ÷ 3,6 ≈ 36 m/s.
b) DR = v × t = 36 × 1 = 36 m.
c) DF = 93 m. Distance d'arrêt = 36 + 93 = 129 m.
6. Ce qui allonge la distance d'arrêt (C5)
À savoir
Le temps de réaction est d'environ 1 seconde pour un conducteur en forme et attentif. Il peut aller jusqu'à 2 secondes ou plus. Source : Sécurité routière, « Le temps de réaction varie de 1 à 2 secondes ».
Ce qui augmente la distance de réaction (le conducteur réagit moins vite)
Ce qui augmente la distance de freinage (la voiture freine moins bien)
la vitesse ;
la fatigue ;
l'alcool, le cannabis, certains médicaments ;
le téléphone (parler, lire un message) ;
l'inattention (musique trop forte, discussion).
la vitesse (surtout elle) ;
la route mouillée, la neige, le verglas ;
les pneus usés ;
les freins usés ;
un véhicule très chargé.
Sur route mouillée, l'adhérence des pneus est en moyenne divisée par deux (Sécurité routière, dossier de presse « Vitesse et distances de sécurité », 2003) : la voiture glisse plus et freine moins bien.
MéthodeExpliquer l'effet d'un facteur de risque
1
Je me demande : ce facteur touche le conducteur ou le véhicule et la route ?
2
Conducteur → la distance de réaction augmente. Véhicule ou route → la distance de freinage augmente.
3
Dans les deux cas, la distance d'arrêt augmente. J'en tire une règle de sécurité.
Exemple (le téléphone) : à 50 km/h, un conducteur qui téléphone met 1,5 s à réagir au lieu de 1 s (Sécurité routière). Calculer sa distance d'arrêt sur route sèche.
1
v = 50 ÷ 3,6 ≈ 13,9 m/s.
2
DR = 13,9 × 1,5 ≈ 21 m (au lieu de 14 m).
3
La route est la même : DF = 14 m.
4
Distance d'arrêt = 21 + 14 = 35 m, soit 7 m de plus qu'avec 28 m.
À 50 km/h, le téléphone allonge la distance d'arrêt de 28 m à 35 m (à l'échelle).
Règles de sécurité :
Respecter les limitations de vitesse, et rouler moins vite sous la pluie.
Garder au moins 2 secondes entre son véhicule et celui de devant (Code de la route, article R412-12).
Ne pas toucher au téléphone en conduisant.
Ne jamais conduire après avoir bu de l'alcool ou pris de la drogue ; s'arrêter quand on est fatigué.
Vérifier ses pneus et ses freins.
La ceinture et le casque ne raccourcissent pas la distance d'arrêt, mais ils protègent pendant le choc.
À toi (C5)
Lire un message au volant fait quitter la route des yeux pendant 5 secondes environ (Sécurité routière). La voiture roule à 50 km/h, soit environ 13,9 m/s.
a) Calcule la distance parcourue sans regarder la route.
b) Le téléphone augmente-t-il la distance de réaction ou la distance de freinage ?
c) Cite une règle de sécurité.
a) d = v × t = 13,9 × 5 = 69,5, soit environ 70 m parcourus sans regarder la route.
b) La distance de réaction : c'est le conducteur qui réagit moins vite.
c) Par exemple : ne pas toucher au téléphone en conduisant (le ranger hors de portée).
Réponse à la situation d'entrée :
1
Non. À 50 km/h sur route sèche, la distance d'arrêt est de 28 m. L'enfant est à 20 m : 28 m > 20 m. La voiture arrive sur le passage piéton avant de s'arrêter.
2
Avec le téléphone, c'est pire : la distance d'arrêt passe à 35 m. À 20 m, Lina n'a même pas encore commencé à freiner (sa distance de réaction est de 21 m).
3
En ville, rouler moins vite et rester attentif peut sauver une vie.
7. L'essentiel à retenir
À retenir :
Un objet en mouvement a une énergie cinétique Ec, en joules (J). Immobile : Ec = 0 J.
Ec dépend de la masse et surtout de la vitesse.
Ec = ½ × m × v², avec m en kg et v en m/s (km/h ÷ 3,6). À la calculatrice : 0,5 × m × v, puis x².
Masse × 2 → Ec × 2. Vitesse × 2 → Ec × 4.
En freinant, l'énergie cinétique est convertie en énergie thermique (les freins chauffent).
Distance d'arrêt = distance de réaction + distance de freinage. DR = v × t ; DF se lit dans un tableau.
À 50 km/h sur route sèche : 14 m + 14 m = 28 m.
Fatigue, alcool, téléphone → la distance de réaction augmente. Route mouillée, pneus usés → la distance de freinage augmente. La vitesse augmente les deux.
Erreurs fréquentes
Oublier de convertir les km/h en m/s avant de calculer Ec ou DR.
Mettre la masse au carré : seule la vitesse est au carré.
Oublier le ½ : on multiplie par 0,5.
Croire que vitesse × 2 donne énergie × 2 : c'est × 4.
Oublier la distance de réaction : la voiture roule encore avant que le conducteur freine.
Croire que la ceinture raccourcit la distance d'arrêt : elle protège seulement pendant le choc.