Fiche de révision : Chaînes fonctionnelles et énergie

📋 Plan du Cours

1. Organisation des chaînes fonctionnelles
2. Fonctions de la chaîne d’information
3. Fonctions de la chaîne d’énergie
4. Sources et formes d’énergie
5. Mesure de l’énergie
6. Énergie et puissance
7. Rendement et pertes énergétiques
8. Efficacité énergétique

📖 1. Organisation des chaînes fonctionnelles

🔑 Notions clés & Définitions

• Système pluritechnique : Association structurée d’éléments, de sous-systèmes ou de composants qui interagissent de manière organisée pour accomplir une finalité commune.

📝 Points essentiels

• La fonction principale d’un système, formulée par un verbe à l’infinitif, apporte une valeur ajoutée et agit sur un flux de matière, de données ou d’énergie.

• Un système technique est organisé autour d’une chaîne d’information et d’une chaîne d’énergie.

📖 2. Fonctions de la chaîne d’information

★ À maîtriser

• La chaîne d’information acquiert et code des grandeurs physiques ou des consignes, traite les informations pour décider et piloter l’action, puis communique l’état du système et envoie des ordres à la chaîne d’énergie.

📌 Un signal logique, ou TOR, ne prend que deux états, 0 ou 1, tandis qu’un signal analogique varie continûment et qu’un signal numérique prend un nombre limité de valeurs.

Compléments

📌 Le traitement câblé repose sur le câblage de composants électroniques, tandis que le traitement programmé utilise un microprocesseur ou un automate contrôlé par un programme et permet une configuration dynamique.

• La fonction communiquer contrôle ou distribue l’énergie à fournir aux convertisseurs, informe l’utilisateur par des afficheurs, des voyants ou un avertisseur sonore et assure les échanges avec l’extérieur.

• Dans une porte de garage, la photocellule empêche la fermeture si elle détecte un objet, et des capteurs renseignent sur l’état ouvert ou fermé de la porte.

💡 Astuce mémo

Acquérir → traiter → communiquer

📖 3. Fonctions de la chaîne d’énergie

★ À maîtriser

• La chaîne d’énergie alimente le système, distribue l’énergie selon les ordres reçus, la convertit en une autre forme, puis transmet l’énergie mécanique en l’adaptant ou en la transformant si nécessaire.

📌 La distribution tout ou rien met directement l’alimentation en relation avec l’actionneur par commutation, tandis que la modulation fournit l’énergie graduellement ou proportionnellement au moyen de variateurs.

Compléments

• Les moteurs, les vérins, les pompes, les électroaimants et les résistances chauffantes convertissent l’énergie électrique, pneumatique ou hydraulique en une autre forme d’énergie.

• Dans l’exemple de la porte de garage, un moteur convertit l’énergie électrique en énergie mécanique, puis des pignons et une chaîne transmettent le mouvement pour ouvrir ou fermer la porte.

💡 Astuce mémo

Alimenter → distribuer → convertir → transmettre

📖 4. Sources et formes d’énergie

★ À maîtriser

📌 L’énergie primaire est disponible dans l’état où elle est extraite, l’énergie secondaire résulte de sa transformation, l’énergie finale est transportée et distribuée à l’utilisateur, et l’énergie utile est disponible pour l’appareil en fonctionnement.

📐 Formule - La conservation de l’énergie s’écrit $\sum E_{\text{entrantes}} = \sum E_{\text{sortantes}}$.

Compléments

• Les sources primaires citées comprennent les catégories suivantes : le rayonnement solaire, la biomasse, l’énergie hydraulique, l’énergie hydrolienne, l’énergie éolienne, l’énergie géothermique, le nucléaire à uranium et les énergies fossiles (charbon, pétrole et gaz)

• Les énergies secondaires citées sont l’énergie électrique, les combustibles raffinés des hydrocarbures et l’hydrogène.

• Les sept formes d’énergie principales citées sont :

  • électrique
  • rayonnante
  • nucléaire
  • thermique
  • mécanique
  • hydraulique
  • chimique

💡 Astuce mémo

Primaire : extraite avant transformation ; utile : disponible pour l’appareil en fonctionnement

📖 5. Mesure de l’énergie

★ À maîtriser

• Le joule (J) est l’unité légale de l’énergie dans le Système international et exprime une énergie, une quantité de chaleur ou un travail mécanique.

📐 Formule - Un joule équivaut à un watt consommé pendant une seconde et à un newton-mètre : $1\,\text{J}=1\,\text{W}\cdot\text{s}=1\,\text{N}\cdot\text{m}$.

Compléments

• Un wattheure est l’énergie apportée par une puissance de 1 W pendant une heure, et $1\,\text{Wh}=3\,600\,\text{J}$.

• Un kilowattheure équivaut à $3{,}6\times10^6\,\text{J}$, soit 3,6 MJ.

• Les conversions d’unités citées sont $1\,\text{cal}=4{,}185\,\text{J}$, $1\,\text{tep}=11\,630\,\text{kWh}=42\,\text{GJ}=10\,\text{Gcal}$ et $1\,\text{ch}=736\,\text{W}$.

📖 6. Énergie et puissance

★ À maîtriser

📌 L’énergie caractérise la consommation d’un système pendant une durée, tandis que la puissance caractérise sa performance à un instant donné.

📐 Formule - L’énergie fournie ou absorbée entre deux instants est $E=\int_{t_1}^{t_2}p(t)\,dt$.

📐 Formule - Si la puissance est constante pendant la durée considérée, l’énergie vaut $E=P(t_2-t_1)$.

📐 Formule - La puissance est l’énergie ou le travail fourni ou absorbé par unité de temps : $P=\frac{E}{\tau}=\frac{W}{\tau}$.

Compléments

• La puissance se mesure en watts (W), équivalents à des joules par seconde (J·s⁻¹) ou à des newtons-mètres par seconde (N·m·s⁻¹).

💡 Astuce mémo

Énergie : consommation sur une durée ; puissance : performance à un instant donné

📖 7. Rendement et pertes énergétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Rendement : Rapport de l’énergie ou de la puissance utile sur l’énergie ou la puissance absorbée.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rendement énergétique s’écrit $\eta=\frac{E_u}{E_a}=\frac{P_u}{P_a}$.

📐 Formule - L’énergie utile est l’énergie absorbée diminuée de l’énergie perdue : $E_u=E_a-E_p$.

• Le rendement est sans unité et toujours inférieur à 1, car une partie de l’énergie se dissipe lors des conversions, le plus souvent sous forme de chaleur.

Compléments

📐 Formule - Pour des systèmes traversés en série, le rendement global est le produit des rendements intermédiaires : $\eta_g=\eta_1\times\eta_2\times\cdots\times\eta_n$.

• Dans l’exemple du bus, les rendements du stockage, du moteur et de la transmission sont respectivement 0,9, 0,9 et 0,8, donnant un rendement global de 0,648.

💡 Astuce mémo

Les conversions dissipent une partie de l’énergie, souvent sous forme de chaleur

📖 8. Efficacité énergétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Efficacité énergétique : Mesure de l’énergie nécessaire pour fournir un service donné et moyen de comparer des systèmes capables de rendre le même service.

★ À maîtriser

• Un système à haute efficacité énergétique permet des économies d’énergie plus importantes et a un impact écologique plus faible.

Compléments

• L’évaluation de l’efficacité énergétique prend en compte l’énergie primaire nécessaire à la fourniture du service et complète l’évaluation par le rendement.

• L’efficacité énergétique d’une maison prend en compte le rendement des appareils de chauffage, l’isolation et la ventilation.

• Les parts de pertes thermiques indiquées sont :

  • toits : 30 %
  • ventilation : 20 %
  • murs : 16 %
  • sol : 16 %
  • fenêtres : 13 %
  • ponts thermiques : 5 %