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La chaîne d'énergie
Alimenter, distribuer, convertir, transmettre, sources et formes d'énergie, convertisseurs (moteur, résistance, LED…), rendement, puissance et énergie consommée, schéma de la chaîne d'énergie d'un système
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – La chaîne d'énergie
Alimenter, distribuer, convertir, transmettre, sources et formes d'énergie, convertisseurs (moteur, résistance, LED…), rendement, puissance et énergie consommée, schéma de la chaîne d'énergie d'un système
Durée : 55 min – Sans document – Sur 20 points · Technologie 3ᵉ
Les réponses doivent être rédigées et justifiées. Soigne l'orthographe et la présentation.
Exercice 1 – Le vélo à assistance électrique (document technique)
(4 pts)- a)Document : principaux composants d'un vélo à assistance électrique.
Associer chaque composant à une fonction de la chaîne d'énergie. Un composant n'appartient pas à la chaîne d'énergie : lequel, et pourquoi ?Composant Caractéristiques et rôle Batterie lithium-ion 36 V – 13 Ah, amovible, rechargeable sur le secteur Contrôleur carte électronique qui dose l'énergie envoyée au moteur Capteur de pédalage détecte si le cycliste pédale et à quelle cadence Moteur-roue moteur électrique logé dans le moyeu arrière : 250 W utiles, rendement 80 % Réducteur à engrenages intégré au moyeu, entre le moteur et la roue - b)Indiquer la forme de l'énergie stockée dans la batterie, puis la forme de l'énergie en sortie du contrôleur et en sortie du moteur. Sous quelle forme se font l'essentiel des pertes du moteur ?
- c)Calculer l'énergie stockée dans la batterie pleine, en Wh puis en kJ.
- d)Calculer la puissance absorbée par le moteur lorsqu'il fournit ses 250 W utiles. En déduire l'autonomie, en heures et minutes, si le moteur fonctionne en permanence à cette puissance.
Exercice 2 – Consommation d'appareils ménagers (lecture d'un tableau)
(4 pts)- a)Document : relevé d'une famille.
Calculer l'énergie consommée chaque jour par chaque appareil, en Wh.Appareil Puissance Durée d'utilisation par jour Bouilloire 2 200 W 6 min Box internet 12 W 24 h Téléviseur 90 W 3 h Lampe LED du salon 8 W 5 h - b)Classer les appareils du plus gros au plus petit consommateur d'énergie. Expliquer pourquoi la box, l'un des appareils les moins puissants, est le plus gros consommateur.
- c)Calculer l'énergie consommée par la box en un an (365 jours), en kWh, puis son coût annuel si le kWh coûte 0,20 €.
- d)Calculer l'intensité absorbée par la bouilloire sous 230 V. Peut-on la brancher sur une multiprise limitée à 10 A en même temps qu'un radiateur d'appoint de 1 000 W ? Justifier par un calcul.
Exercice 3 – Le treuil de chantier (chaîne de rendements)
(4 pts)- a)Document : éléments de la chaîne d'énergie d'un treuil électrique.
Calculer le rendement global du treuil, en %, arrondi au dixième.Élément Fonction Rendement Bloc d'alimentation branché au secteur Alimenter 0,90 Variateur Distribuer 0,95 Moteur électrique Convertir 0,85 Réducteur roue et vis sans fin Transmettre 0,60 - b)Pour lever une charge, le tambour du treuil doit recevoir 300 W. Calculer la puissance absorbée sur le secteur, puis les pertes totales.
- c)Calculer la puissance en sortie du moteur, puis les pertes dans le réducteur. Quel élément de la chaîne perd le plus d'énergie ?
- d)On remplace le réducteur par un réducteur à engrenages droits de rendement 0,95. Calculer la nouvelle puissance absorbée sur le secteur. Donner une raison pour laquelle le constructeur a pourtant choisi la roue et vis sans fin.
Exercice 4 – Le tapis de caisse d'un supermarché (transmission de mouvement)
(4 pts)- a)Document : le moteur du tapis tourne à 1 500 tr/min. Il entraîne une poulie motrice de 30 mm de diamètre ; une courroie la relie à une poulie réceptrice de 90 mm. Sur l'axe de la poulie réceptrice, un pignon de 12 dents engrène sur une roue de 60 dents, solidaire du rouleau d'entraînement du tapis (diamètre 50 mm). Calculer le rapport de transmission du système poulies-courroie et la vitesse de rotation de la poulie réceptrice.
- b)Calculer la vitesse de rotation du rouleau, puis le rapport de transmission global entre le moteur et le rouleau.
- c)Calculer la vitesse d'avance du tapis en m/min, puis en m/s (arrondir au centième).
- d)Un élève trouve 4 500 tr/min pour la poulie réceptrice. Expliquer son erreur. Préciser ensuite si le rouleau tourne dans le même sens que le moteur ou en sens inverse, en justifiant.
Exercice 5 – Le volet roulant solaire (schéma et bilan d'énergie)
(4 pts)- a)Document : un volet roulant autonome porte sur son coffre un petit panneau photovoltaïque qui recharge une batterie (12 V – 2,2 Ah). Quand on appuie sur la télécommande, la carte électronique reçoit l'ordre et alimente le moteur tubulaire (12 V ; 2 A) dans un sens ou dans l'autre. Ce moteur contient un réducteur à engrenages et fait tourner le tube d'enroulement, qui enroule ou déroule le tablier (les lames du volet). Une montée ou une descente dure 20 s. Réaliser le schéma de la chaîne d'énergie : pour chaque fonction, le composant et la forme d'énergie transmise.
- b)Un camarade écrit : « Le moteur du volet transforme l'énergie solaire en mouvement. » Corriger sa phrase. La source d'énergie du volet est-elle renouvelable ?
- c)Le volet effectue 4 manœuvres par jour. Calculer l'énergie consommée chaque jour par le moteur, en joules puis en Wh (arrondir au centième).
- d)La batterie est pleine. Calculer pendant combien de jours le volet peut fonctionner sans aucun soleil. Citer une raison pour laquelle la durée réelle sera plus courte.
Bon courage !
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Corrigé et barème – La chaîne d'énergie
Alimenter, distribuer, convertir, transmettre, sources et formes d'énergie, convertisseurs (moteur, résistance, LED…), rendement, puissance et énergie consommée, schéma de la chaîne d'énergie d'un système
Durée : 55 min – Sans document – Sur 20 points · Technologie 3ᵉ
Exercice 1 – Le vélo à assistance électrique (document technique)
(4 pts)- a)Batterie : Alimenter ; contrôleur : Distribuer ; moteur-roue : Convertir ; réducteur : Transmettre. Le capteur de pédalage appartient à la chaîne d'information : il acquiert une information, il ne fait pas passer l'énergie de l'action. (1)
- b)Batterie : énergie chimique ; sortie du contrôleur : électrique ; sortie du moteur : mécanique (rotation). Pertes : surtout thermiques (chaleur). (1)
- c)E = U × Q = 36 × 13 = 468 Wh ; 468 × 3 600 = 1 684 800 J ≈ 1 685 kJ. (1)
- d)P absorbée = 250 / 0,80 = 312,5 W ; t = 468 / 312,5 ≈ 1,50 h, soit environ 1 h 30 min. (1)
Erreur fréquente — Placer un capteur dans la chaîne d'énergie : il renseigne la chaîne d'information, qui commande ensuite la fonction Distribuer.
Exercice 2 – Consommation d'appareils ménagers (lecture d'un tableau)
(4 pts)- a)Bouilloire : 6 min = 0,1 h → 2 200 × 0,1 = 220 Wh ; box : 12 × 24 = 288 Wh ; téléviseur : 90 × 3 = 270 Wh ; lampe : 8 × 5 = 40 Wh. (1)
- b)Box (288 Wh) > téléviseur (270 Wh) > bouilloire (220 Wh) > lampe (40 Wh). E = P × t : la box fonctionne 24 h sur 24. (1)
- c)288 × 365 = 105 120 Wh ≈ 105,1 kWh ; 105,12 × 0,20 ≈ 21,02 € par an. (1)
- d)I = 2 200 / 230 ≈ 9,6 A. Ensemble : 3 200 / 230 ≈ 13,9 A > 10 A : non, la multiprise serait surchargée (échauffement). (1)
Le point clé — L'énergie consommée dépend autant de la durée que de la puissance : E = P × t, avec t converti en heures pour obtenir des Wh.
Exercice 3 – Le treuil de chantier (chaîne de rendements)
(4 pts)- a)η = 0,90 × 0,95 × 0,85 × 0,60 ≈ 0,436, soit 43,6 %. (1)
- b)P absorbée = 300 / 0,436 ≈ 688 W ; pertes = 688 − 300 ≈ 388 W. (1)
- c)Sortie du moteur : 300 / 0,60 = 500 W ; pertes du réducteur : 500 − 300 = 200 W : c'est l'élément qui perd le plus (alimentation ≈ 69 W, variateur ≈ 31 W, moteur ≈ 88 W). (1)
- d)η = 0,90 × 0,95 × 0,85 × 0,95 ≈ 0,690 ; P absorbée = 300 / 0,690 ≈ 435 W. La roue et vis sans fin est irréversible : la charge ne peut pas entraîner le moteur et redescendre seule à l'arrêt (sécurité) ; elle réduit fortement la vitesse en un seul étage. (1)
Attention — Les rendements d'une chaîne se multiplient, ils ne s'additionnent pas : le rendement global est toujours plus faible que celui du plus mauvais élément.
Exercice 4 – Le tapis de caisse d'un supermarché (transmission de mouvement)
(4 pts)- a)r₁ = 30 / 90 = 1/3 ; N = 1 500 × 1/3 = 500 tr/min. (1)
- b)N rouleau = 500 × 12 / 60 = 100 tr/min ; r global = 100 / 1 500 = 1/15 ≈ 0,067. (1)
- c)Périmètre du rouleau : π × 0,050 ≈ 0,157 m ; v = 100 × 0,157 ≈ 15,7 m/min ; 15,7 / 60 ≈ 0,26 m/s. (1)
- d)Il a calculé 1 500 × 90 / 30 (mené sur menant) au lieu de 1 500 × 30 / 90. La courroie conserve le sens, l'engrenage l'inverse : le rouleau tourne en sens inverse du moteur. (1)
Astuce — Vérifier chaque rapport par le bon sens : quand l'élément mené est plus grand que l'élément menant, la sortie doit tourner moins vite.
Exercice 5 – Le volet roulant solaire (schéma et bilan d'énergie)
(4 pts)- a)Alimenter : panneau + batterie → (électrique) → Distribuer : carte électronique → (électrique) → Convertir : moteur tubulaire → (mécanique, rotation) → Transmettre : réducteur et tube d'enroulement → le tablier monte ou descend. (1)
- b)Faux : le panneau convertit l'énergie lumineuse en énergie électrique, stockée sous forme chimique dans la batterie ; le moteur convertit l'énergie électrique en énergie mécanique. La source, le Soleil, est renouvelable. (1)
- c)P = 12 × 2 = 24 W ; t = 4 × 20 = 80 s ; E = 24 × 80 = 1 920 J ; 1 920 / 3 600 ≈ 0,53 Wh. (1)
- d)E batterie = 12 × 2,2 = 26,4 Wh ; 26,4 / 0,533 ≈ 49 jours. Plus court en réalité : consommation de veille de la carte (réception de la télécommande), batterie jamais vidée entièrement, capacité réduite par le froid. (1)
Repère — 1 Wh = 3 600 J : on divise des joules par 3 600 pour obtenir des wattheures, et l'on compare toujours des énergies exprimées dans la même unité.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de technologie 3ᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « La chaîne d'énergie » : 5 exercices, 55 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Le vélo à assistance électrique (document technique)/ 4 pts
- Exercice 2 — Consommation d'appareils ménagers (lecture d'un tableau)/ 4 pts
- Exercice 3 — Le treuil de chantier (chaîne de rendements)/ 4 pts
- Exercice 4 — Le tapis de caisse d'un supermarché (transmission de mouvement)/ 4 pts
- Exercice 5 — Le volet roulant solaire (schéma et bilan d'énergie)/ 4 pts
Notions évaluées
La chaîne d'énergie : quatre fonctions, Sources et formes d'énergie, Alimenter : fournir et stocker l'énergie, Distribuer : autoriser ou doser l'énergie, Convertir : les convertisseurs, Transmettre : adapter le mouvement.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 55 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « La chaîne d'énergie » ?
- 55 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 55 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de technologie de troisième ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « La chaîne d'énergie » du programme officiel de technologie en troisième, soit La chaîne d'énergie : quatre fonctions, Sources et formes d'énergie, Alimenter : fournir et stocker l'énergie, Distribuer : autoriser ou doser l'énergie.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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