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Chapitre 10 – Formes et conversions de l'énergie – Exercices

3e prépa-métiers  |  Physique-Chimie  |  L'énergie et ses conversions

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

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Rappels essentiels : Commence par le niveau socle, puis avance à ton rythme. Le code (C1, C2…) indique la capacité travaillée. La calculatrice est autorisée.

Niveau socle — je m'entraîne pas à pas

Exercice 1 Quelle forme d'énergie ? (C1) Socle

Pour chaque objet, écris sa forme d'énergie. Le premier est fait pour toi.

Aide : il bouge → cinétique. En hauteur → de position. Chaud → thermique. Courant → électrique. Pile, carburant, aliment → chimique. Noyau d'atome → nucléaire. Lumière → lumineuse.
ObjetForme d'énergie
Exemple : une voiture qui roule.cinétique
1. Une tablette de chocolat.
2. Une bouillotte remplie d'eau chaude.
3. Le courant dans le câble d'un chargeur.
4. Un skieur arrêté en haut d'une piste.
5. La lumière d'un écran de téléphone.
6. Le vent qui souffle.
7. Le gaz de la cuisinière.
8. Le combustible (uranium) d'une centrale nucléaire.

1. Un aliment : énergie chimique.

2. L'eau est chaude : énergie thermique.

3. Du courant : énergie électrique.

4. Le skieur est en hauteur : énergie de position.

5. De la lumière : énergie lumineuse.

6. L'air bouge : énergie cinétique.

7. Le gaz peut brûler : énergie chimique.

8. Le noyau des atomes d'uranium : énergie nucléaire.

Exercice 2 Qui en a le plus ? (C1) Socle

Pour chaque paire, entoure l'objet qui a le plus d'énergie.

Aide : l'énergie cinétique est plus grande si l'objet est plus lourd ou plus rapide. L'énergie de position est plus grande si l'objet est plus haut.
Énergie comparéeObjet AObjet B
1. cinétiqueun vélo à 20 km/hun camion à 20 km/h
2. cinétiqueune voiture à 50 km/hla même voiture à 130 km/h
3. de positionun pot de fleurs au 1er étagele même pot au 5e étage
4. de positionl'eau d'un lac en haut d'une montagnela même quantité d'eau au bord de la mer
5. Le pot de fleurs tombe du balcon. En tombant, son énergie de position se change en énergie .

1. Même vitesse, mais le camion est bien plus lourd : B, le camion.

2. Même voiture, mais plus rapide : B, la voiture à 130 km/h.

3. Le même pot, plus haut : B, au 5e étage.

4. La même eau, plus haute : A, le lac en montagne.

5. Le pot bouge de plus en plus vite : son énergie de position se change en énergie cinétique.

Exercice 3 Renouvelable ou non ? (C2) Socle

Pour chaque source, écris R (renouvelable) ou NR (non renouvelable). Le premier est fait pour toi.

Aide : je me demande : la nature la refait-elle vite ? Oui → R. Non, le stock s'épuise → NR.
Source d'énergieR ou NR ?
Exemple : le Soleil.R
1. Le pétrole.
2. Le vent.
3. Le charbon.
4. L'eau d'une rivière.
5. Le gaz naturel.
6. L'uranium.
7. Le bois (on replante les arbres).
8. La chaleur de la Terre (géothermie).

Renouvelables (R) : 2. le vent ; 4. l'eau d'une rivière ; 7. le bois, si on replante ; 8. la chaleur de la Terre.

Non renouvelables (NR) : 1. le pétrole ; 3. le charbon ; 5. le gaz naturel (ils se sont formés en des millions d'années) ; 6. l'uranium (son stock s'épuise).

Exercice 4 Émet du CO₂ ou non ? (C2) Socle

Pour chaque appareil en marche, écris oui s'il émet du CO₂, non sinon. Le premier est fait pour toi.

Aide : je me demande : est-ce qu'on brûle quelque chose ? Oui → il émet du CO₂.
Appareil en marcheÉmet du CO₂ ?
Exemple : une voiture à essence.oui (on brûle l'essence)
1. Une éolienne.
2. Une chaudière au gaz.
3. Un panneau solaire.
4. Une cheminée où brûle du bois.
5. Un barbecue au charbon de bois.
6. Un barrage qui produit de l'électricité.
7. Le CO₂ est un gaz à effet de serre. Que fait trop de CO₂ à la température de la planète ?

1. Le vent fait tourner les pales, rien ne brûle : non.

2. La chaudière brûle du gaz : oui.

3. La lumière arrive sur le panneau, rien ne brûle : non.

4. On brûle du bois : oui. Le bois est renouvelable, mais il émet quand même du CO₂.

5. On brûle du charbon de bois : oui.

6. L'eau fait tourner la turbine, rien ne brûle : non.

7. Trop de CO₂ fait monter la température de la planète.

Exercice 5 Lire une chaîne énergétique (C3) Socle

Voici la chaîne énergétique d'une lampe de bureau. Les mots « réservoir », « convertisseur », « utile » et « perdue » ont été remplacés par les lettres A, B, C et D.

Aide : ovale = réservoir. Rectangle = convertisseur. Flèche verte = énergie utile. Flèche rouge en pointillés = énergie perdue.
1. Le réservoir est la lettre .
2. Le convertisseur est la lettre .
3. L'énergie utile est la lettre . Sa forme : énergie .
4. L'énergie perdue est la lettre . Sa forme : énergie .
5. Quelle forme d'énergie la lampe reçoit-elle ?

1. Le réservoir est dans l'ovale : A (la prise).

2. Le convertisseur est dans le rectangle : B (la lampe).

3. L'énergie utile est la flèche verte : C, énergie lumineuse.

4. L'énergie perdue est la flèche rouge : D, énergie thermique.

5. La lampe reçoit de l'énergie électrique.

Exercice 6 Compléter la chaîne du grille-pain (C3) Socle

Le grille-pain est branché sur une prise. Il chauffe les tranches de pain. Son boîtier devient chaud aussi.

Mots à placer : électrique  ·  thermique  ·  thermique  ·  air de la cuisine

1. Énergie reçue par le grille-pain : énergie .
2. Énergie utile (ce qu'on veut : chauffer le pain) : énergie .
3. Énergie perdue (le boîtier chauffe) : énergie .
4. Où part l'énergie perdue ?

1. Le grille-pain est branché : il reçoit de l'énergie électrique.

2. On veut chauffer le pain : énergie utile thermique.

3. Le boîtier chauffe pour rien : énergie perdue thermique.

4. Elle part dans l'air de la cuisine.

Exercice 7 Compléter la chaîne du ventilateur (C3) Socle

Un ventilateur est branché sur une prise. Son moteur fait tourner les pales, qui font bouger l'air. Après un moment, le moteur est tiède.

Aide : suis la méthode du cours. 1. Le convertisseur (l'appareil). 2. Le réservoir (d'où vient l'énergie). 3. L'énergie reçue. 4. L'énergie utile. 5. L'énergie perdue : l'appareil chauffe-t-il ?
1. Dans le rectangle (convertisseur), j'écris :
2. Dans l'ovale de gauche (réservoir), j'écris :
3. Énergie reçue : énergie .
4. Énergie utile (l'air bouge) : énergie .
5. Énergie perdue (le moteur est tiède) : énergie .

1. L'appareil qui change l'énergie : le ventilateur.

2. L'énergie vient de la prise (le réseau électrique).

3. Énergie reçue : électrique.

4. L'air bouge : énergie utile cinétique.

5. Le moteur chauffe : énergie perdue thermique.

Exercice 8 Une série de bilans d'énergie (C4) Socle

Pour chaque appareil, calcule l'énergie perdue. La première ligne est faite pour toi.

Aide : perdue = reçue − utile. Puis je vérifie : utile + perdue doit redonner la reçue.
AppareilÉnergie reçueÉnergie utileÉnergie perdue
Exemple : lampe à incandescence60 Wh3 Wh60 − 3 = 57 Wh
1. Lampe à incandescence100 Wh5 Wh
2. Lampe LED10 Wh5 Wh
3. Panneau solaire500 Wh100 Wh
4. Moteur électrique10 kWh9 kWh
5. Moteur à essence100 kWh30 kWh
6. Sous quelle forme l'énergie est-elle perdue, presque toujours ?

1. 100 − 5 = 95 Wh. Vérification : 5 + 95 = 100. ✔

2. 10 − 5 = 5 Wh. Vérification : 5 + 5 = 10. ✔

3. 500 − 100 = 400 Wh. Vérification : 100 + 400 = 500. ✔

4. 10 − 9 = 1 kWh. Vérification : 9 + 1 = 10. ✔

5. 100 − 30 = 70 kWh. Vérification : 30 + 70 = 100. ✔

6. Presque toujours sous forme thermique : l'appareil chauffe.

Exercice 9 Vrai ou faux sur l'énergie ? (C4) Socle

Écris V (vrai) ou F (faux) pour chaque phrase.

PhraseV ou F ?
1. L'énergie ne disparaît jamais : elle change de forme.
2. L'énergie perdue disparaît complètement.
3. Énergie reçue = énergie utile + énergie perdue.
4. Un appareil peut donner plus d'énergie utile qu'il n'en reçoit.
5. Une lampe qui chauffe perd de l'énergie sous forme thermique.
6. Si je trouve une énergie perdue négative, j'ai fait une erreur.
7. Corrige les phrases fausses.

1. V : c'est la conservation de l'énergie.

2. F : l'énergie perdue part dans l'air, le plus souvent en chaleur. Elle ne disparaît pas.

3. V.

4. F : l'énergie utile est toujours plus petite que l'énergie reçue.

5. V.

6. V : l'utile est plus petite que la reçue, donc la perdue est toujours positive.

7. Phrase 2 : « L'énergie perdue ne disparaît pas : elle part dans l'air, sous forme thermique. » Phrase 4 : « Un appareil donne toujours moins d'énergie utile qu'il n'en reçoit. »

Exercice 10 Calculer un rendement pas à pas (C5) Socle

Une lampe à incandescence de 100 W reste allumée 1 heure. Elle reçoit 100 Wh d'énergie électrique. Elle donne 5 Wh d'énergie lumineuse. On cherche son rendement.

Aide : rendement = utile ÷ reçue × 100. Le résultat est en %.
1. J'écris l'énergie utile : Wh
2. J'écris l'énergie reçue : Wh
3. Je remplace : rendement = ÷ × 100
4. Je calcule et j'écris % : rendement =

À toi, avec les mêmes étapes :

5. Un panneau solaire reçoit 2 000 Wh d'énergie lumineuse et donne 400 Wh d'énergie électrique.
6. Une lampe LED reçoit 8 Wh d'énergie électrique et donne 4 Wh d'énergie lumineuse.

1. Utile : 5 Wh.

2. Reçue : 100 Wh.

3. Rendement = 5 ÷ 100 × 100.

4. Rendement = 5 %. C'est très faible : 95 % de l'énergie chauffe.

5. Rendement = 400 ÷ 2 000 × 100 = 20 %. C'est la valeur habituelle d'un panneau au silicium.

6. Rendement = 4 ÷ 8 × 100 = 50 %.

Exercice 11 Une série de rendements à classer (C5) Socle

Calcule le rendement de chaque appareil, puis classe-les.

Aide : rendement = utile ÷ reçue × 100. Je vérifie que le résultat est plus petit que 100 %.
AppareilÉnergie reçueÉnergie utileRendement
1. Moteur d'une trottinette électrique500 Wh450 Wh
2. Moteur d'une voiture à essence40 kWh12 kWh
3. Panneau solaire5 000 Wh1 000 Wh
4. Lampe à incandescence40 Wh2 Wh
5. Classe les quatre appareils du meilleur rendement au moins bon.
6. Quel appareil gaspille le plus d'énergie ?

1. 450 ÷ 500 × 100 = 90 %.

2. 12 ÷ 40 × 100 = 30 %.

3. 1 000 ÷ 5 000 × 100 = 20 %.

4. 2 ÷ 40 × 100 = 5 %.

5. Moteur électrique (90 %) > moteur à essence (30 %) > panneau solaire (20 %) > lampe à incandescence (5 %).

6. La lampe à incandescence : elle a le plus petit rendement.

Niveau standard — j'applique dans des situations

Exercice 12 La trottinette électrique (C1, C3) Standard

Inès va au lycée en trottinette électrique. La batterie alimente le moteur, qui fait avancer la trottinette. Après le trajet, le moteur est chaud.

1. Quelle forme d'énergie trouve-t-on : a) dans la trottinette qui roule ? b) dans le courant qui va au moteur ? c) dans le moteur chaud ?
2. Construis la chaîne énergétique du moteur. Le réservoir est la batterie.
3. Inès recharge la batterie sur une prise de son lycée. D'où vient le plus souvent l'électricité en France ?

1. a) Elle bouge : énergie cinétique. b) Le courant : énergie électrique. c) Le moteur est chaud : énergie thermique.

2. Convertisseur : le moteur. Réservoir : la batterie. Reçue : électrique. Utile : cinétique. Perdue : thermique.

3. D'une centrale nucléaire : en 2024, 67,1 % de l'électricité produite en France (RTE).

Exercice 13 L'électricité française en 2024 (C2) Standard

Voici d'où vient l'électricité produite en France en 2024.

Moyen de productionPart de l'électricité produite
Nucléaire67,1 %
Hydraulique (barrages)13,9 %
Éolien8,6 %
Solaire4,6 %
Gaz3,2 %
Bioénergies et déchets1,9 %
Fioul0,3 %
Charbon0,1 %

Source : RTE, Bilan électrique 2024.

1. Écris les quatre sources renouvelables du tableau.
2. Calcule la part des renouvelables en 2024.
3. Quelles centrales brûlent un combustible fossile ? Calcule leur part.
4. Malik dit : « Le nucléaire est renouvelable, puisqu'il n'émet presque pas de CO₂. » Explique son erreur.

1. Hydraulique, éolien, solaire, bioénergies.

2. 13,9 + 8,6 + 4,6 + 1,9 = 29 %.

3. Les centrales au gaz, au fioul et au charbon. Leur part : 3,2 + 0,3 + 0,1 = 3,6 %. Elles émettent du CO₂.

4. Ce sont deux questions différentes. Le nucléaire émet très peu de CO₂ (rien ne brûle), mais il est non renouvelable : il utilise de l'uranium, dont le stock s'épuise.

Exercice 14 Combien de CO₂ pour 1 kWh ? (C2) Standard

Le tableau donne la masse de CO₂ émise pour produire 1 kWh d'électricité (en comptant la construction des installations).

Moyen de productionCO₂ pour 1 kWh
centrale à charbon820 g
centrale à gaz490 g
panneaux solaires48 g
barrage (hydraulique)24 g
centrale nucléaire12 g
éolienne sur terre11 g

Source : GIEC, 5e rapport, groupe III, annexe III (valeurs médianes).

1. Quels sont les deux moyens qui émettent le plus de CO₂ ? Pourquoi ?
2. Combien de fois plus de CO₂ la centrale à gaz émet-elle que l'éolienne ? Arrondis à l'unité.
3. On produit 100 kWh. Calcule la masse de CO₂ émise : a) par une centrale à charbon ; b) par un barrage.

1. La centrale à charbon (820 g) et la centrale à gaz (490 g). Elles brûlent un combustible fossile, ce qui produit du CO₂.

2. 490 ÷ 11 ≈ 44,5, donc environ 45 fois plus.

3. a) 100 × 820 = 82 000 g de CO₂ (82 kg). b) 100 × 24 = 2 400 g de CO₂ (2,4 kg).

Exercice 15 Les deux lampes de la chambre (C4, C5) Standard

Dans sa chambre, Yanis compare deux lampes qui donnent la même lumière. Chacune reste allumée 5 heures.

Lampe à incandescenceLampe LED
Puissance40 W4 W
Énergie lumineuse donnée en 5 h10 Wh10 Wh
Aide : énergie reçue E = P × t (P en W, t en h, E en Wh).
1. Calcule l'énergie électrique reçue par chaque lampe en 5 heures.
2. Calcule l'énergie perdue par chaque lampe. Sous quelle forme est-elle perdue ?
3. Calcule le rendement de chaque lampe.
4. Quelle lampe Yanis doit-il choisir ? Justifie avec les rendements.

1. Incandescence : E = 40 × 5 = 200 Wh. LED : E = 4 × 5 = 20 Wh.

2. Incandescence : 200 − 10 = 190 Wh. LED : 20 − 10 = 10 Wh. L'énergie est perdue sous forme thermique (les lampes chauffent).

3. Incandescence : 10 ÷ 200 × 100 = 5 %. LED : 10 ÷ 20 × 100 = 50 %.

4. 50 % > 5 % : il doit choisir la LED. Pour la même lumière, elle reçoit 10 fois moins d'énergie (200 ÷ 20 = 10), comme l'indique l'ADEME.

Exercice 16 Voiture à essence ou voiture électrique ? (C4, C5) Standard

Deux voitures font le même trajet. Chaque moteur donne 18 kWh d'énergie cinétique.

Moteur à essenceMoteur électrique
Énergie reçue60 kWh (chimique, l'essence)20 kWh (électrique, la batterie)
Énergie utile (cinétique)18 kWh18 kWh
1. Calcule l'énergie perdue par chaque moteur.
2. Calcule le rendement de chaque moteur.
3. Combien de fois plus d'énergie le moteur à essence reçoit-il pour le même trajet ?
4. Pendant le trajet, quel moteur émet du CO₂ ? Pourquoi ?

1. Essence : 60 − 18 = 42 kWh. Électrique : 20 − 18 = 2 kWh. Vérification : 18 + 42 = 60 et 18 + 2 = 20. ✔

2. Essence : 18 ÷ 60 × 100 = 30 %. Électrique : 18 ÷ 20 × 100 = 90 %.

3. 60 ÷ 20 = 3 fois plus.

4. Le moteur à essence : il brûle l'essence, et toute combustion émet du CO₂. Le moteur électrique ne brûle rien.

Exercice 17 Les erreurs de Léa (C2, C3, C4, C5) Standard

Léa a écrit six phrases dans son cahier. Une seule est juste.

N°Phrase de Léa
1Sur la flèche qui entre dans la lampe, j'écris « prise ».
2Un moteur reçoit 50 kWh et donne 15 kWh : perdue = 15 − 50 = −35 kWh.
3Ce moteur a un rendement de 50 ÷ 15 × 100 ≈ 333 %.
4Une LED reçoit 6 Wh et donne 3 Wh : son rendement est de 50 %.
5Un panneau reçoit 1 kWh et donne 200 Wh : rendement = 200 ÷ 1 × 100 = 20 000 %.
6L'uranium est une source renouvelable.
1. Quelle phrase est juste ?
2. Pour chacune des autres phrases, explique l'erreur et écris la phrase corrigée.

1. La phrase 4 est juste : 3 ÷ 6 × 100 = 50 %.

2.

  • Phrase 1 : sur une flèche, on écrit une forme d'énergie, pas un objet. Correction : « J'écris énergie électrique. »
  • Phrase 2 : Léa a fait utile − reçue. Correction : perdue = reçue − utile = 50 − 15 = 35 kWh.
  • Phrase 3 : Léa a divisé la reçue par l'utile. Correction : 15 ÷ 50 × 100 = 30 %.
  • Phrase 5 : les unités sont mélangées. 1 kWh = 1 000 Wh. Correction : 200 ÷ 1 000 × 100 = 20 %.
  • Phrase 6 : le stock d'uranium s'épuise. Correction : « L'uranium est une source non renouvelable. »

Approfondissement — je résous seul

Exercice 18 Le panneau solaire du balcon (C3, C4, C5) Approfondissement

Mamie a installé un petit panneau solaire sur son balcon. Un jour d'été, il reçoit 1 500 Wh d'énergie lumineuse. Son rendement est de 20 %, la valeur habituelle d'un panneau au silicium (photovoltaique.info).

Le soir, elle utilise cette électricité pour une lampe LED de 6 W, allumée 5 heures par soirée.

Relation donnée : énergie utile = énergie reçue × rendement ÷ 100.
1. Construis la chaîne énergétique du panneau solaire.
2. Calcule l'énergie électrique donnée par le panneau ce jour-là.
3. Calcule l'énergie perdue. Où part-elle ?
4. Combien de soirées d'éclairage cette journée de soleil permet-elle ?

1. Réservoir : le Soleil. Reçue : lumineuse. Convertisseur : le panneau solaire. Utile : électrique. Perdue : thermique.

2. Utile = 1 500 × 20 ÷ 100 = 300 Wh.

3. Perdue = 1 500 − 300 = 1 200 Wh. Elle part sous forme thermique : le panneau chauffe au soleil.

4. Une soirée : E = P × t = 6 × 5 = 30 Wh. Nombre de soirées : 300 ÷ 30 = 10 soirées (si toute l'électricité est gardée pour la lampe).

Exercice 19 Du lac de barrage à la lampe (C1, C2, C3, C4) Approfondissement

Dans la montagne, l'eau d'un lac de barrage descend dans une conduite. Elle fait tourner une turbine reliée à un alternateur, qui produit de l'électricité. Cette électricité arrive jusqu'à une lampe LED, dans une maison. Les deux appareils chauffent un peu.

1. Quelle forme d'énergie possède l'eau du lac ? Que devient-elle quand l'eau descend ?
2. Cette source d'énergie est-elle renouvelable ? Émet-elle beaucoup de CO₂ ? Compare avec une centrale à charbon. Données (GIEC) : un barrage émet 24 g de CO₂ pour produire 1 kWh ; une centrale à charbon, 820 g.
3. Construis la chaîne énergétique complète, du lac jusqu'à la pièce éclairée. Elle contient deux convertisseurs.
4. La lampe LED reçoit 6 Wh et donne 3 Wh de lumière. L'énergie qui manque a-t-elle disparu ? Calcule-la et dis où elle est partie.

1. L'eau est en hauteur : énergie de position. Quand elle descend, elle va de plus en plus vite : son énergie de position se change en énergie cinétique.

2. L'eau des barrages est renouvelable (la pluie remplit le lac). Elle émet très peu de CO₂ : 24 g par kWh, contre 820 g pour le charbon, soit environ 34 fois moins (820 ÷ 24 ≈ 34).

3.

4. Non, l'énergie ne disparaît jamais. Perdue = reçue − utile = 6 − 3 = 3 Wh. Elle est partie sous forme thermique, dans l'air autour de la lampe.

Exercice 20 Chauffer une maison : gaz ou fioul ? (C2) Approfondissement

Une maison a besoin de 10 000 kWh de chaleur en un an. Ses propriétaires hésitent entre une chaudière au gaz naturel et une chaudière au fioul.

CombustibleCO₂ émis pour 1 kWh de chaleur
gaz naturel227 g
fioul325 g

Source : ADEME, Base Carbone, citée par Connaissance des énergies. Rappel : 1 kg = 1 000 g.

1. Ces deux combustibles sont-ils renouvelables ? Pourquoi émettent-ils du CO₂ ?
2. Calcule, en kg, la masse de CO₂ émise en un an avec chaque chaudière.
3. Quelle masse de CO₂ la famille évite-t-elle chaque année avec le gaz plutôt qu'avec le fioul ?
4. Un voisin se chauffe au bois. Il dit : « Ma source est renouvelable, donc je n'émets pas de CO₂. » A-t-il raison ?

1. Non : ce sont des combustibles fossiles, formés en des millions d'années, donc non renouvelables. On les brûle : la combustion produit du CO₂.

2. Gaz : 10 000 × 227 = 2 270 000 g = 2 270 kg. Fioul : 10 000 × 325 = 3 250 000 g = 3 250 kg.

3. 3 250 − 2 270 = 980 kg de CO₂ en moins chaque année.

4. Non. Le bois est bien renouvelable si on replante les arbres, mais quand on le brûle, il émet quand même du CO₂.