Physique-chimie · 3eDNB
Énergie de position et conservation : cours de 3e
Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur
L'essentiel
- L'énergie de position (ou potentielle de pesanteur) dépend de la masse de l'objet et de son altitude.
- L'énergie mécanique est la somme de l'énergie de position et de l'énergie cinétique : .
- Sans frottements, l'énergie mécanique se conserve : ce que l'une perd, l'autre le gagne.
- Une chute convertit de l'énergie de position en énergie cinétique ; une montée fait l'inverse.
- Avec des frottements, une partie de l'énergie est transférée à l'extérieur, surtout sous forme de chaleur : diminue.
Pourquoi parler d'énergie de position ?
Lâche une balle au-dessus du sol : elle tombe, et sa vitesse augmente à mesure qu'elle descend. Pourtant, au moment où tu la lâches, elle est immobile. D'où vient l'énergie qu'elle acquiert pendant la chute ? Elle était déjà « stockée » dans la situation de la balle : le fait d'être en hauteur.
C'est l'idée centrale de ce cours. Tu connais déjà l'énergie cinétique, celle d'un objet qui bouge. Tu vas découvrir une seconde forme d'énergie, liée à la position, puis voir comment les deux s'échangent sans que le total change quand il n'y a pas de frottements.
Le programme demande en particulier de maîtriser en fin de cycle la notion de conservation de l'énergie, et réserve l'expression littérale de l'énergie cinétique à la classe de 3e 1. Ce cours relie donc les deux.
L'énergie de position
Que retenir de cette définition ? Deux choses.
- Cette énergie existe même si l'objet est immobile. Une brique posée sur un toit possède de l'énergie de position, alors qu'elle ne bouge pas.
- Elle dépend de l'altitude : plus l'objet est haut, plus son énergie de position est grande. Elle dépend aussi de sa masse : à altitude égale, un objet lourd en possède davantage qu'un objet léger.
Un exercice classique demande l'énergie de position d'un A380 en croisière, dont la masse atteint 400 000 kg à 10 km d'altitude 3. Le résultat est énorme, parce que la masse et l'altitude sont toutes deux grandes.
Rappel : l'énergie cinétique
L'énergie cinétique est celle d'un objet en mouvement. Plus il est rapide et plus il est massif, plus elle est grande. Son expression littérale fait partie de ce qui est attendu en 3e 1.
L'énergie mécanique
L'énergie mécanique est un bilan. Elle ne dit pas comment l'énergie est répartie entre position et mouvement : elle donne le total. Et ce total a une propriété remarquable, que tu vas voir dans la partie suivante.
La conservation de l'énergie mécanique
Cette idée se lit dans les questions que propose Éduscol à propos d'un mobile : pour quelle position l'énergie cinétique est-elle minimale ou maximale, et pour quelle position l'énergie potentielle l'est-elle ? 2 La réponse suit toujours le même schéma : quand l'une est maximale, l'autre est minimale, puisque leur somme ne change pas.
Appliquée à une chute libre :
| Position | Altitude | Énergie de position | Énergie cinétique |
|---|---|---|---|
| Au départ (objet lâché) | maximale | maximale | nulle |
| En cours de chute | diminue | diminue | augmente |
| Juste avant le sol | nulle | nulle | maximale |
À chaque instant, la somme des deux colonnes d'énergie est identique.
Conversions d'énergie : chute, montée, skieur
La conservation s'interprète comme une conversion d'une forme d'énergie en une autre. Un exercice classique étudie un skieur sur une piste, en plusieurs positions numérotées : on compare l'altitude et l'énergie de position entre deux positions, on observe comment elles varient lors de la montée, et on cherche quelle conversion d'énergie s'effectue 3.
Le raisonnement à tenir est toujours le même.
| Situation | Altitude | Énergie de position | Énergie cinétique | Conversion |
|---|---|---|---|---|
| Descente, chute | diminue | diminue | augmente | position → cinétique |
| Montée en roue libre | augmente | augmente | diminue | cinétique → position |
| Haut de la trajectoire | maximale | maximale | minimale | aucune à cet instant |
Quand l'énergie mécanique ne se conserve pas
Dans la vie réelle, une balle qui rebondit finit par s'arrêter, et un skieur ne remonte jamais à sa hauteur de départ sans effort. L'air et le sol exercent des frottements. Une partie de l'énergie mécanique est alors transférée à l'extérieur, surtout sous forme de chaleur : le sol et l'air s'échauffent très légèrement.
L'énergie mécanique diminue, mais l'énergie totale est toujours conservée : ce qui disparaît de l'énergie mécanique se retrouve ailleurs, sous une autre forme. C'est la notion de conservation de l'énergie, dont le programme fait un objectif de fin de cycle 1.
Exercices corrigés
Exercice 1 L'énergie de position d'un avion
Un gros porteur pèse 400 tonnes. Il croise à 10 km au-dessus du sol. On prend . Calcule l'énergie de position de l'appareil, en joules.
Indice 1
Convertis la masse en kilogrammes et l'altitude en mètres.
Indice 2
Utilise .
Voir la correction pas à pas
On convertit la masse : .
On convertit l'altitude : .
On écrit la relation : , puis on remplace : .
On calcule : , soit 40 milliards de joules.
L'énergie de position est de J. Le résultat est immense parce que la masse et l'altitude sont grandes.
Exercice 2 Chute d'une pierre
Une pierre de 2 kg est lâchée sans vitesse initiale d'une hauteur de 5 m. On néglige les frottements et on prend . Calcule sa vitesse juste avant de toucher le sol, en m/s.
Indice 1
Calcule l'énergie de position au départ : c'est l'énergie mécanique.
Indice 2
Juste avant le sol, toute cette énergie est devenue cinétique.
Voir la correction pas à pas
Au départ : et , donc .
Sans frottements, se conserve : juste avant le sol, donc .
On écrit , d'où .
On calcule : .
La pierre arrive au sol à 10 m/s, soit 36 km/h.
Exercice 3 Bilan d'énergie d'un skieur
Un skieur de 70 kg, partant de l'arrêt, descend une piste dont le départ est 30 m plus haut que l'arrivée. On néglige les frottements et on prend . Calcule l'énergie cinétique du skieur à l'arrivée, en joules, et indique la conversion d'énergie qui a eu lieu.
Indice 1
La variation d'altitude suffit pour calculer l'énergie de position perdue.
Indice 2
Sans frottements, l'énergie cinétique gagnée égale l'énergie de position perdue.
Voir la correction pas à pas
La variation d'altitude est de 30 m : perdue .
Pendant la descente, l'altitude diminue donc l'énergie de position diminue : elle est convertie en énergie cinétique.
Sans frottements, , donc à l'arrivée, puisque l'énergie cinétique au départ est nulle.
Le skieur perd 21 000 J d'énergie de position et les convertit en énergie cinétique. En réalité, les frottements de la neige et de l'air réduisent un peu cette valeur.
Quiz
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L'énergie de position dépend de la masse et de l'altitude de l'objet par rapport à la Terre 3. Celle qui dépend de la vitesse est l'énergie cinétique, d'où la confusion fréquente.
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Vrai : l'énergie de position vient de l'altitude, pas du mouvement. Une brique posée sur un toit en possède. Croire qu'un objet immobile n'a aucune énergie confond position et cinétique.
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L'énergie mécanique est la somme des deux énergies 2. Le produit n'a aucun sens physique, et la différence correspond à la variation lors d'un échange, pas au total.
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L'altitude diminue donc diminue ; la vitesse augmente donc augmente ; la somme est constante car 2. La dernière réponse ne vaut que s'il y a des frottements.
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J. Un oubli de donnerait 5, ce qui est faux.
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Faux : les frottements transfèrent de l'énergie à l'extérieur, surtout sous forme de chaleur, donc l'énergie mécanique diminue. L'énergie totale, elle, reste conservée.
Les questions qu'on se pose
Quelle est la différence entre énergie de position et énergie cinétique ?
L'énergie de position vient de l'altitude et de la masse de l'objet 3 ; elle existe même à l'arrêt. L'énergie cinétique vient du mouvement : elle dépend de la masse et de la vitesse. Dans une chute, la première se convertit en la seconde.
Pourquoi l'énergie de position est-elle toujours positive dans mes exercices ?
On choisit le sol comme niveau de référence, où l'altitude vaut zéro. Tous les points au-dessus ont une altitude positive, donc une énergie de position positive. L'important est la variation d'altitude entre deux positions.
Faut-il connaître la masse pour trouver la vitesse d'un objet qui tombe ?
Pas toujours. Sans frottements, et la masse se simplifie : . Mais tant que tu raisonnes en joules, tu as besoin de la masse pour calculer chaque énergie.
Que faut-il savoir sur ce chapitre pour le DNB ?
Savoir identifier les formes d'énergie dans une situation, décrire les conversions (position vers cinétique et inverse), utiliser la conservation de l'énergie mécanique quand on néglige les frottements, et expliquer pourquoi l'énergie mécanique diminue quand il y a des frottements. Les calculs de et reposent sur des relations simples, avec les unités à surveiller.
Sources
Programme visé : Bulletin officiel n°48 du 24 décembre 2015 — Programme officiel de physique-chimie 3e · Ministère de l'Éducation nationale
- Bulletin officiel n°48 du 24 décembre 2015 — Programme officiel de physique-chimie 3e, Ministère de l'Éducation nationale. Consulté le 6 novembre 2026.
- Ressource Éduscol — Conversion et conservation de l'énergie (3e), Éduscol. Consulté le 6 novembre 2026.
- Chapitre 9 — Énergie mécanique et énergie potentielle de pesanteur (classe de 3e), Académie de Guyane. Consulté le 6 novembre 2026.
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