Conversion d'énergie

En clair. Moteurs, transformateurs, convertisseurs statiques.

Ce qu'on te demande au bac STI2D : maîtriser le vocabulaire de « Conversion d'énergie », savoir refaire les calculs ou raisonnements du cours et les appliquer à un cas concret.

Conseil de révision. Relis d'abord l'encadré, puis fais le quiz : si tu bloques, reprends la partie correspondante du cours.

Introduction

La conversion d'énergie transforme une forme (électrique, chimique, mécanique, thermique, rayonnante) en une autre plus utile. Les convertisseurs sont l'élément central de la chaîne d'énergie ; leur rendement conditionne la performance globale.

Grandes familles de conversion

Convertisseurs électroniques de puissance

• Redresseur (AC → DC) : ponts de diodes, ponts commandés à thyristors.
• Onduleur (DC → AC) : sortie sinusoïdale par MLI (modulation largeur d'impulsion).
• Hacheur (DC → DC) : abaisseur (buck), élévateur (boost), buck-boost.
• Gradateur (AC → AC variable) : triac.

Application : variation de vitesse d'un moteur asynchrone via variateur = redresseur + bus DC + onduleur MLI.

Machines tournantes

Moteur asynchrone triphasé

$$n_s = \frac{60 f}{p} \quad (\text{tr/min})$$

Avec $f = 50\ \text{Hz}$ et $p = 2$ paires de pôles : $n_s = 1500$ tr/min. La vitesse réelle est légèrement inférieure (glissement 2-5 %).

Moteur synchrone à aimants permanents

Utilisé sur VE et industrie : rendement > 95 %, contrôle vectoriel FOC.

Batteries

• Lithium-ion NMC / NCA : 150-250 Wh/kg, 2 000-4 000 cycles.
• LFP (LiFePO₄) : plus sûr, longévité 5 000+ cycles, 90-160 Wh/kg.
• Sodium-ion : nouvelle génération 2024, moins d'énergie mais matières abondantes.
• Énergie : $E = U \cdot Q$ (en Wh).

Piles à combustible

$$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O + \text{énergie}$$

Rendement électrique 50 %, chaleur récupérable en cogénération. Enjeux : coût du platine, filière hydrogène décarboné.

Rendement d'un convertisseur

$$\eta = \frac{P_{sortie}}{P_{entrée}} = 1 - \frac{P_{pertes}}{P_{entrée}}$$

Pertes : Joule ($RI^2$), fer (hystérésis, courants de Foucault), mécaniques (frottements, aérodynamiques).

Cogénération et récupération

• Cogénération : production simultanée chaleur + électricité (rendement total 85-90 %).
• Récupération énergie freinage (VE) via inversion des rôles du moteur → générateur.