1ère STI2D – Enseignement I2D

1. Les formes d’énergie

L’énergie permet à un système de produire une action : mouvement, chaleur, lumière…

Elle existe sous différentes formes :

• Électrique : alimentation d’un moteur.
• Mécanique : mouvement d’une machine.
• Thermique : chauffage d’une pièce.
• Chimique : énergie stockée dans un carburant ou une batterie.
• Rayonnante : énergie solaire, lumière.

Un système peut convertir une forme d’énergie en une autre.

Exemple : un moteur électrique transforme l’énergie électrique en énergie mécanique, avec des pertes sous forme de chaleur.

2. Énergie et puissance

La puissance représente la quantité d’énergie consommée ou transférée par unité de temps.

La relation fondamentale est :

\[ \boxed{E=P\times t} \]

Énergie = Puissance × Temps

Grandeur	Symbole	Unité
Énergie	E	Joule (J) ou wattheure (Wh)
Puissance	P	Watt (W)
Temps	t	Seconde (s) ou heure (h)

Conversions importantes :

• 1 kW = 1 000 W
• 1 kWh = 1 000 Wh
• 1 Wh = 3 600 J
• 1 kWh = 3 600 000 J

Attention aux unités : pour calculer des joules, utiliser des watts et des secondes. Pour calculer des Wh, utiliser des watts et des heures.

Exemple : un appareil de 500 W fonctionne pendant 3 heures.

\[ E=500\times3=\boxed{1500\ \text{Wh}=1,5\ \text{kWh}} \]

3. Le rendement énergétique

Lorsqu’un système transforme de l’énergie, une partie est perdue, notamment sous forme de chaleur.

Le rendement représente la proportion de puissance réellement utile par rapport à la puissance absorbée.

\[ \boxed{\eta=\frac{P_{utile}}{P_{absorbée}}} \]

Le rendement \(\eta\) n’a pas d’unité. Il est compris entre 0 et 1 et s’exprime souvent en pourcentage.

Exemple : un moteur absorbe 1 000 W et fournit 900 W.

\[ \eta=\frac{900}{1000}=0,90=\boxed{90\,\%} \]

Les pertes représentent ici 100 W.

Quelques rendements donnés dans le cours :

Système	Rendement
Moteur thermique automobile	35 %
Moteur électrique	90 %
Transformateur	95 %
Chaudière à gaz	90 %
Convecteur électrique	100 %

4. La chaîne énergétique

L’énergie subit plusieurs transformations avant d’être utilisée.

À chaque transformation, une partie de l’énergie est perdue.

On distingue l’énergie primaire (disponible dans la nature), l’énergie finale (livrée à l’utilisateur) et l’énergie utile (effectivement utilisée pour l’action recherchée).

Pour plusieurs conversions successives :

\[ \boxed{\eta_{global}=\eta_1\times\eta_2\times\eta_3} \]

5. Les chaînes fonctionnelles d’un système

Un système technique comporte deux chaînes complémentaires.

Chaîne d’information :

ACQUÉRIR

TRAITER

COMMUNIQUER

Elle permet de récupérer des informations, de les traiter et de transmettre des ordres.

Chaîne de puissance :

ALIMENTER

DISTRIBUER

CONVERTIR

TRANSMETTRE

Elle permet de fournir l’énergie nécessaire à la réalisation d’une action mécanique, thermique ou autre.

6. Calculer le coût d’une consommation

La consommation d’électricité est généralement facturée en kilowattheures (kWh).

\[ \boxed{\text{Coût}=E_{\text{(kWh)}}\times\text{Prix du kWh}} \]

Exemple : un appareil consomme 2 kWh par jour. Le prix est de 0,15 €/kWh.

\[ \text{Coût annuel}=2\times365\times0,15 \]

\[ \boxed{109,50\ €} \]

À retenir pour les exercices

\[ \boxed{E=P\times t} \]

\[ \boxed{P=\frac{E}{t}} \]

\[ \boxed{\eta=\frac{P_{utile}}{P_{absorbée}}} \]

\[ \boxed{P_{perdue}=P_{absorbée}-P_{utile}} \]

\[ \boxed{\eta_{global}=\eta_1\times\eta_2\times\cdots} \]

Les trois réflexes à avoir : convertir correctement les unités, identifier la puissance absorbée et la puissance utile, puis vérifier la cohérence du résultat.

S’exercer avec des sujets de bac

Voici les liens PDF des sujets officiels du bac STI2D, sans correction.

Année	Sujet	Questions	PDF du sujet
2024	C.I.M.E. – Transport des sportifs	1.2 à 1.4	Sujet 2024 (PDF)
2021	Piscine – Cogénération au gaz	2.1 et 2.2	Sujet 2021 (PDF)
2022	Boiséo – Chauffage des bassins	6.3, 6.5 et 6.6	Sujet 2022 (PDF)
2022	Boiséo – Capteurs solaires	A2	Sujet 2022 (PDF)
2022	Boiséo – Pompe à chaleur	B4	Sujet 2022 (PDF)