3e prépa-métiers | Physique-Chimie | L'énergie et ses conversions
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Avant de commencer, tu dois savoir…
Calculer une énergie électrique avec E = P × t et l'écrire en Wh ou en kWh (chapitre 3).
Calculer un pourcentage à la calculatrice : 3 sur 60, c'est 3 ÷ 60 × 100 = 5 % (maths).
Un objet qui bouge a une vitesse (chapitre 7).
Objectifs du chapitre :
C1 – Reconnaître les formes d'énergie dans une situation de la vie courante.
C2 – Classer les sources d'énergie : renouvelables ou non renouvelables ; repérer celles qui émettent du CO₂.
C3 – Construire ou compléter une chaîne énergétique (réservoir, convertisseur, énergie utile, énergie perdue).
C4 – Utiliser la conservation de l'énergie : énergie reçue = énergie utile + énergie perdue.
C5 – Calculer un rendement en pourcentage et comparer deux appareils.
1. Situation d'entrée — La vieille lampe de Mamie
Situation — Une lampe qui brûle les doigts
Chez sa grand-mère, Yanis veut changer une vieille lampe à incandescence de 60 W (une ampoule à filament).
Il la touche : elle est brûlante ! La lampe LED de sa chambre, elle, est à peine tiède.
Question 1 : la lampe reçoit de l'énergie électrique. Que devient cette énergie ? Question 2 : sur 100 parts d'énergie reçues, combien servent vraiment à éclairer ?
Les réponses sont à la fin de la section 6.
2. Les formes d'énergie (C1)
Définition
L'énergie, c'est ce qui permet de faire bouger, de chauffer, d'éclairer ou de faire marcher un appareil.
L'énergie existe sous plusieurs formes. Une forme, c'est une « façon d'exister » de l'énergie.
Unités : le joule (J) ; à la maison, le wattheure (Wh) et le kilowattheure (kWh). 1 Wh = 3 600 J.
Les sept formes d'énergie du programme, chacune avec un exemple de la vie courante.
Forme d'énergie
Qui la possède ?
Exemple
cinétique
un objet qui bouge
un vélo qui roule, le vent
de position (potentielle)
un objet placé en hauteur
l'eau d'un lac de barrage, un pot de fleurs sur un balcon
thermique
un objet chaud
une tasse de thé, un radiateur
électrique
le courant électrique
le courant qui sort d'une prise
chimique
une matière qui peut réagir (brûler, se transformer)
une pile, l'essence, le gaz, les aliments
nucléaire
le noyau des atomes
l'uranium d'une centrale nucléaire
lumineuse
la lumière (un rayonnement)
la lumière du Soleil, d'une lampe
À savoir
L'énergie cinétique dépend de la masse et de la vitesse : un camion a plus d'énergie cinétique qu'un vélo à la même vitesse ; une voiture rapide en a plus qu'une voiture lente.
L'énergie de position dépend de la hauteur : plus l'objet est haut, plus il en a. Quand il tombe, elle se change en énergie cinétique.
MéthodeReconnaître une forme d'énergie
1
L'objet bouge ? → énergie cinétique.
2
L'objet est en hauteur ? → énergie de position.
3
L'objet est chaud ? → énergie thermique. Il y a de la lumière ? → énergie lumineuse.
4
Il y a du courant ? → électrique. Une matière qui brûle ou une pile ? → chimique. Un noyau d'atome (uranium) ? → nucléaire.
Exemple : Sami descend une côte à vélo, le soir. Sa dynamo allume le phare. Quelles formes d'énergie trouve-t-on ?
1
Le vélo bouge : énergie cinétique.
2
En haut de la côte, Sami était en hauteur : énergie de position. En descendant, elle se change en énergie cinétique.
3
La dynamo produit du courant : énergie électrique. Le phare éclaire : énergie lumineuse.
4
Sami a mangé avant de partir : ses muscles utilisent l'énergie chimique des aliments.
Attention
Le mot « chaleur » de la vie courante correspond à l'énergie thermique. Le « courant » correspond à l'énergie électrique.
À toi (C1)
Donne la forme d'énergie de chaque objet.
a) Un ballon qui roule. b) Une pile neuve. c) Un radiateur allumé et chaud.
d) L'eau d'un lac de montagne, derrière un barrage. e) La lumière du Soleil. f) L'uranium d'une centrale.
a) Il bouge : énergie cinétique.
b) Une pile : énergie chimique.
c) Il est chaud : énergie thermique.
d) L'eau est en hauteur : énergie de position.
e) La lumière : énergie lumineuse.
f) Le noyau des atomes d'uranium : énergie nucléaire.
3. Les sources d'énergie (C2)
Définition
Une source d'énergie (ou réservoir), c'est l'endroit d'où vient l'énergie : le vent, le Soleil, le pétrole…
Une source est renouvelable si la nature la refait vite (à l'échelle d'une vie humaine) : Soleil, vent, eau des rivières et des barrages, bois (si on replante), chaleur de la Terre (géothermie).
Une source est non renouvelable si son stock s'épuise : pétrole, gaz naturel, charbon (les combustibles fossiles, formés en des millions d'années) et uranium.
Définition
Quand on brûle un combustible (pétrole, essence, gaz, charbon, bois), on fait une combustion. Elle produit du dioxyde de carbone (CO₂).
Le CO₂ est un gaz à effet de serre : il retient dans l'air une partie du rayonnement émis par la Terre. Trop de CO₂ fait monter la température de la planète.
Voici d'où vient l'électricité produite en France en 2024 :
Production d'électricité en France en 2024 : 539 TWh au total. Source : RTE, Bilan électrique 2024.
À savoir
En 2024, l'électricité française vient surtout du nucléaire (67,1 %), puis des renouvelables (13,9 + 8,6 + 4,6 + 1,9 = 29 %).
Les centrales fossiles (gaz, fioul, charbon) ne font que 3,6 %. RTE indique qu'elles sont au plus bas depuis 1952.
Le nucléaire est non renouvelable (l'uranium s'épuise), mais une centrale nucléaire ne brûle rien : elle émet très peu de CO₂.
Moyen de production d'électricité
CO₂ émis pour produire 1 kWh
centrale à charbon
820 g
centrale à gaz
490 g
panneaux solaires
48 g
barrage (hydraulique)
24 g
centrale nucléaire
12 g
éolienne sur terre
11 g
Sources : RTE, Bilan électrique 2024 (production et émissions) ; GIEC, 5e rapport, groupe III, annexe III (valeurs médianes, en comptant la construction des installations) ; ADEME, Base Carbone, citée par Connaissance des énergies (chauffage).
Astuce : le charbon émet environ 70 fois plus de CO₂ que le nucléaire pour 1 kWh (820 ÷ 12 ≈ 68). En 2024, l'électricité produite en France a émis en moyenne 21,7 g de CO₂ par kWh (RTE). Pour se chauffer, brûler du gaz naturel émet environ 227 g de CO₂ par kWh de chaleur, et le fioul environ 325 g (ADEME).
MéthodeClasser une source d'énergie
1
Je me demande : la nature la refait-elle vite ? Oui → renouvelable. Non, le stock s'épuise → non renouvelable.
2
Je me demande : est-ce qu'on la brûle ? Oui → elle émet du CO₂.
Exemple : classer le gaz naturel et le vent.
1
Le gaz naturel s'est formé en des millions d'années : non renouvelable. On le brûle : il émet du CO₂.
2
Le vent souffle sans cesse : renouvelable. On ne le brûle pas : une éolienne n'émet pas de CO₂ quand elle tourne.
Attention
Le bois est renouvelable si on replante les arbres. Mais quand on le brûle, il émet quand même du CO₂.
À toi (C2)
Voici des sources d'énergie : charbon, Soleil, pétrole, vent, uranium, eau d'un barrage, gaz naturel, bois.
a) Range-les en deux groupes : renouvelables et non renouvelables.
b) Lesquelles émettent du CO₂ quand on les utilise ?
a) Renouvelables : Soleil, vent, eau d'un barrage, bois. Non renouvelables : charbon, pétrole, gaz naturel, uranium.
b) On brûle le charbon, le pétrole, le gaz naturel et le bois : ils émettent du CO₂. L'uranium ne brûle pas : très peu de CO₂.
4. La chaîne énergétique (C3)
Définition
Un convertisseur est un appareil qui change une forme d'énergie en une autre. On dit qu'il fait une conversion. Exemple : la lampe change l'énergie électrique en énergie lumineuse.
Un transfert, c'est quand l'énergie passe d'un objet à un autre sans changer de forme. Exemple : le radiateur chaud réchauffe l'air (thermique → thermique).
L'énergie utile est celle qu'on veut obtenir. L'énergie perdue est celle qui ne sert pas : c'est presque toujours de l'énergie thermique (l'appareil chauffe).
Définition
Une chaîne énergétique est un schéma qui montre le trajet de l'énergie :
le réservoir (d'où vient l'énergie) dans un ovale ;
le convertisseur (l'appareil) dans un rectangle ;
des flèches qui portent le nom de la forme d'énergie.
Je trouve le convertisseur : l'appareil qui change l'énergie. Je l'écris dans un rectangle.
2
Je trouve le réservoir : d'où vient l'énergie ? Je l'écris dans un ovale, à gauche.
3
Je trace la flèche qui entre dans le convertisseur et j'écris la forme d'énergie reçue.
4
Je trace la flèche de l'énergie utile (ce qu'on veut obtenir) et j'écris sa forme.
5
Je trace la flèche de l'énergie perdue. Je me demande : l'appareil chauffe-t-il ? Oui → énergie thermique.
Exemple 1 : la chaîne énergétique d'un sèche-cheveux.
1
Convertisseur : le sèche-cheveux.
2
Réservoir : la prise (le réseau électrique).
3
Énergie reçue : électrique.
4
Énergie utile : thermique (l'air chaud) et cinétique (l'air qui souffle).
5
Énergie perdue : thermique (le boîtier chauffe). Le bruit est aussi une petite perte.
Chaîne énergétique d'un sèche-cheveux : il chauffe l'air (thermique) et le fait bouger (cinétique).
Exemple 2 : d'autres convertisseurs, avec la même méthode.
Chaîne énergétique d'une éolienne : le vent fait tourner les pales, un alternateur produit l'électricité.
Chaîne énergétique d'une voiture à essence : le moteur brûle l'essence, ce qui émet du CO₂.
Chaîne énergétique d'une centrale hydraulique (barrage) : l'eau qui descend fait tourner la turbine.
Chaîne énergétique d'un panneau solaire photovoltaïque.
Attention
Sur chaque flèche, on écrit une forme d'énergie (électrique, thermique…), pas le nom d'un objet.
N'oublie pas la flèche de l'énergie perdue : tout appareil en a une.
À toi (C3)
Le soir, Sami roule à vélo. La roue fait tourner la dynamo, qui allume le phare.
Chaîne énergétique du vélo à compléter : remplace chaque « ? ».
Recopie la chaîne et remplace chaque « ? » : les trois formes d'énergie et le dernier ovale.
La roue bouge : la dynamo reçoit de l'énergie cinétique.
Elle produit du courant pour le phare : énergie utile électrique.
La dynamo chauffe un peu : énergie perdue thermique, vers l'air autour de la dynamo.
Chaîne énergétique de la dynamo, complétée.
5. La conservation de l'énergie (C4)
Définition
L'énergie ne disparaît jamais et ne se crée jamais : elle change seulement de forme. C'est la conservation de l'énergie.
Pour un convertisseur :
énergie reçue = énergie utile + énergie perdue
L'énergie « perdue » n'a pas disparu : elle est partie, le plus souvent en chaleur, là où elle ne sert à rien.
Bilan de la lampe à incandescence de 60 W allumée 1 heure : l'énergie reçue est égale à l'énergie utile plus l'énergie perdue.
MéthodeFaire le bilan d'énergie d'un appareil
1
J'écris les deux énergies connues, avec la même unité (Wh, kWh ou J).
2
Je cherche l'énergie perdue : perdue = reçue − utile. Ou je cherche l'énergie reçue : reçue = utile + perdue.
3
Je vérifie : utile + perdue doit redonner la reçue.
Exemple 1 : la lampe à incandescence de 60 W reste allumée 1 heure. Elle donne 3 Wh d'énergie lumineuse. Quelle énergie est perdue ?
1
Énergie reçue : E = P × t = 60 × 1 = 60 Wh. Énergie utile : 3 Wh.
2
Perdue = reçue − utile = 60 − 3 = 57 Wh, sous forme thermique.
3
Je vérifie : 3 + 57 = 60. ✔
C'est pour cela que la lampe brûle les doigts : presque toute l'énergie part en chaleur. Selon Bruxelles Environnement (fiche « L'éclairage »), une lampe à incandescence change 95 % de l'électricité en chaleur et 5 % seulement en lumière.
Exemple 2 : le moteur d'une voiture à essence reçoit 100 kWh d'énergie chimique. Dans le meilleur des cas, il en change 40 kWh en énergie cinétique (IFP Énergies nouvelles : le rendement maximum d'un moteur à essence est d'environ 40 %).
1
Reçue : 100 kWh. Utile : 40 kWh.
2
Perdue = 100 − 40 = 60 kWh, sous forme thermique (moteur chaud, gaz d'échappement).
3
Je vérifie : 40 + 60 = 100. ✔ Plus de la moitié de l'énergie de l'essence chauffe l'air.
Attention
L'énergie utile est toujours plus petite que l'énergie reçue. Si tu trouves une énergie perdue négative, tu as fait une erreur.
À toi (C4)
Le moteur d'une perceuse reçoit 600 Wh d'énergie électrique. Il donne 480 Wh d'énergie cinétique au foret qui tourne.
a) Calcule l'énergie perdue.
b) Sous quelle forme est-elle perdue ?
a) Perdue = reçue − utile = 600 − 480 = 120 Wh. Vérification : 480 + 120 = 600.
b) Le moteur chauffe : l'énergie est perdue sous forme thermique.
6. Le rendement d'un appareil (C5)
Définition
Le rendement dit quelle part de l'énergie reçue devient utile. On l'écrit en pourcentage.
Les deux énergies doivent avoir la même unité.
Le rendement est toujours plus petit que 100 %. Plus il est grand, moins l'appareil gaspille.
MéthodeCalculer un rendement
1
J'écris l'énergie utile et l'énergie reçue, avec la même unité.
2
Je calcule : utile ÷ reçue × 100.
3
J'écris le résultat avec %. Je vérifie qu'il est plus petit que 100 %.
Exemple 1 : rendement de la lampe à incandescence (60 Wh reçus, 3 Wh de lumière).
1
Utile : 3 Wh ; reçue : 60 Wh.
2
3 ÷ 60 × 100 = 5.
3
Rendement = 5 %. C'est très faible.
Exemple 2 (comparer deux appareils) : selon l'ADEME (« Bien choisir son éclairage », 2025), une LED consomme jusqu'à 10 fois moins d'électricité qu'une lampe à incandescence. Prenons une très bonne LED qui donne la même lumière (3 Wh en 1 heure) que la lampe de 60 W.
1
La LED reçoit 10 fois moins : 60 ÷ 10 = 6 Wh. Utile : 3 Wh.
2
Rendement de la LED : 3 ÷ 6 × 100 = 50 %.
3
50 % > 5 % : la LED a le meilleur rendement. Elle gaspille beaucoup moins.
Même lumière (3 Wh en 1 heure), mais la LED reçoit 10 fois moins d'énergie électrique. Les deux barres sont dessinées à la même échelle.
À savoir
Quelques rendements réels : un panneau solaire au silicium transforme environ 20 % de la lumière reçue en électricité (photovoltaique.info) ; un moteur à essence au mieux 40 % de l'énergie de l'essence (IFP Énergies nouvelles).
Attention
On divise l'utile par la reçue, jamais l'inverse : sinon tu trouves plus de 100 %, c'est impossible.
Pour comparer deux appareils, on compare leurs rendements, pas leurs puissances.
À toi (C5)
En une journée, un panneau solaire reçoit 1 000 Wh d'énergie lumineuse. Il donne 200 Wh d'énergie électrique.
Calcule son rendement.
Utile : 200 Wh ; reçue : 1 000 Wh.
Rendement = 200 ÷ 1 000 × 100 = 20 %. C'est la valeur habituelle d'un panneau au silicium.
À toi (C5)
Deux moteurs servent à la même machine.
Moteur A (essence) : il reçoit 50 kWh et donne 15 kWh d'énergie cinétique.
Moteur B (électrique) : il reçoit 20 kWh et donne 18 kWh d'énergie cinétique.
a) Calcule le rendement de chaque moteur.
b) Lequel gaspille le moins d'énergie ?
a) Moteur A : 15 ÷ 50 × 100 = 30 %. Moteur B : 18 ÷ 20 × 100 = 90 %.
b) 90 % > 30 % : le moteur B (électrique) gaspille le moins.
Réponse à la situation d'entrée :
1
La lampe reçoit de l'énergie électrique. Elle la change en énergie lumineuse (utile) et surtout en énergie thermique (perdue) : c'est pour cela qu'elle brûle.
2
Son rendement est d'environ 5 % : sur 100 parts reçues, 5 parts seulement éclairent ; 95 parts chauffent. Une LED, à peine tiède, perd beaucoup moins d'énergie.
7. L'essentiel à retenir
À retenir :
Sept formes d'énergie : cinétique (bouge), de position (en hauteur), thermique (chaud), électrique, chimique, nucléaire, lumineuse.
L'énergie cinétique dépend de la masse et de la vitesse.