Chaîne d'énergie

Chaîne d'énergie

Tout système technique transforme une énergie d'entrée en une action utile. La chaîne d'énergie décrit ce parcours, en parallèle de la chaîne d'information qui la commande.

1. Structure normalisée (norme AFNOR NF E 04-013)

Quatre grandes fonctions se succèdent :

Alimenter → Distribuer → Convertir → Transmettre → Agir

Fonction	Composants types
Alimenter	batterie, réseau, panneau PV, réservoir
Distribuer	interrupteur, contacteur, variateur, électrovanne
Convertir	moteur, vérin, résistance chauffante, LED
Transmettre	engrenage, poulie-courroie, arbre, vis à billes
Agir	roue, bras, effecteur, air chauffé

En parallèle : la chaîne d'information (acquérir → traiter → communiquer) commande la chaîne d'énergie via l'ordre "distribuer".

2. Rendement d'une chaîne

Chaque étage a un rendement $\eta_i < 1$. Le rendement global vaut :

$\eta = \prod_i \eta_i$

Exemple : trottinette électrique.
Batterie (0,95) × contrôleur (0,97) × moteur BLDC (0,88) × réducteur (0,95) ≈ 0,77. Sur 400 Wh de batterie, ~300 Wh servent effectivement au mouvement.

3. Grandeurs mesurables à chaque étage

• Électrique : $P = U \cdot I$ (continu), $P = U I \cos\varphi$ (alternatif).
• Mécanique translation : $P = F \cdot v$.
• Mécanique rotation : $P = C \cdot \omega$, avec $C$ le couple (N·m) et $\omega$ la vitesse angulaire (rad/s).
• Thermique : $P = \dot m c \Delta T$ pour un fluide.

4. Adaptation d'impédance / réduction

Un moteur électrique tourne vite (3 000 tr/min) avec un couple modeste. La charge (roue, tapis) demande souvent l'inverse. Un réducteur de rapport $k$ :

• Divise la vitesse par $k$
• Multiplie le couple par $k \cdot \eta$

Sans réducteur, on gaspille la puissance ; avec, on adapte le point de fonctionnement au besoin.

5. Réversibilité et récupération

Certaines chaînes sont réversibles :

• Freinage régénératif d'un VE : le moteur devient alternateur, la batterie se recharge.
• STEP : la pompe devient turbine.
• Volant d'inertie : stocke puis restitue l'énergie cinétique.

6. Représentations graphiques

• Diagramme de blocs (SysML bdd/ibd) : montre les flux de matière, d'énergie et d'information.
• Chaîne fonctionnelle : la représentation la plus courante au bac STI2D.

À retenir

• Chaîne d'énergie = A/D/C/T/A (Alimenter, Distribuer, Convertir, Transmettre, Agir).
• Rendement global = produit des rendements élémentaires.
• Un réducteur échange vitesse ↔ couple pour adapter moteur et charge.
• Une chaîne peut être réversible : c'est la clé de la récupération d'énergie.