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Chapitre 10 – Formes et conversions de l'énergie

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

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Avant de commencer, tu dois savoir…
Objectifs du chapitre :

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.
Forme d'énergieQui la possède ?Exemple
cinétiqueun objet qui bougeun vélo qui roule, le vent
de position (potentielle)un objet placé en hauteurl'eau d'un lac de barrage, un pot de fleurs sur un balcon
thermiqueun objet chaudune tasse de thé, un radiateur
électriquele courant électriquele courant qui sort d'une prise
chimiqueune matière qui peut réagir (brûler, se transformer)une pile, l'essence, le gaz, les aliments
nucléairele noyau des atomesl'uranium d'une centrale nucléaire
lumineusela lumière (un rayonnement)la lumière du Soleil, d'une lampe
À savoir
Méthode Reconnaître 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…
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 :

À savoir
Moyen de production d'électricitéCO₂ émis pour produire 1 kWh
centrale à charbon820 g
centrale à gaz490 g
panneaux solaires48 g
barrage (hydraulique)24 g
centrale nucléaire12 g
éolienne sur terre11 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).
Méthode Classer 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
Définition Une chaîne énergétique est un schéma qui montre le trajet de l'énergie :
Méthode Construire une chaîne énergétique
1
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.
Exemple 2 : d'autres convertisseurs, avec la même méthode.
Attention
À toi (C3)

Le soir, Sami roule à vélo. La roue fait tourner la dynamo, qui allume le phare.

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.

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.
Méthode Faire 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.
rendement = énergie utile ÷ énergie reçue × 100   (en %)
Les deux énergies doivent avoir la même unité.
Le rendement est toujours plus petit que 100 %. Plus il est grand, moins l'appareil gaspille.
Méthode Calculer 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.
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
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 :
Erreurs fréquentes