Sciences de l'ingénieur (spécialité) · Première

Chaîne de puissance : exercices corrigés de 1re SI

Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

La puissance $P$ mesure à quel rythme l'énergie est produite ou échangée ; elle se calcule par $P = E/\Delta t$ , avec $E$ en joules, $\Delta t$ en secondes et $P$ en watts ².
Une chaîne énergétique décrit les composants qui stockent l'énergie et ceux qui la convertissent ² ; à chaque maillon, une partie peut partir en chaleur et devient perdue ².
Avec une chaîne et des pignons, le choix des diamètres de pignons fixe le rapport de vitesse entre l'entrée et la sortie ⁴.
Pour réussir : convertir les unités d'abord, écrire la relation littérale, puis remplacer par les valeurs.

Comment utiliser ces exercices

Ces exercices t'entraînent à lire et à calculer sur une chaîne de puissance, c'est-à-dire la suite de composants qui stockent, convertissent et transmettent l'énergie dans un produit. Ils sont classés du niveau 1 (application directe) au niveau 3 (plusieurs maillons à enchaîner). Cherche chacun sur papier avant d'ouvrir les indices, puis compare ta démarche à la correction.

Méthode pour tous les calculs

Les exercices

Exercice 1 Énergie consommée par un radiateur

★☆☆Environ 5 min

Un radiateur électrique de puissance $P = 2000\ \text{W}$ fonctionne pendant 30 minutes.

Calcule l'énergie $E$ qu'il échange pendant cette durée, en joules.

Indice 1

Convertis d'abord 30 minutes en secondes.

Indice 2

Isole $E$ dans $P = E/\Delta t$ .

Voir la correction pas à pas

On part de la relation $P = \dfrac{E}{\Delta t}$ ², d'où $E = P \times \Delta t$ .
On convertit la durée : $\Delta t = 30 \times 60 = 1800\ \text{s}$ .
On calcule : $E = 2000 \times 1800 = 3\,600\,000\ \text{J}$ .

Le radiateur échange 3 600 000 J, soit 3,6 MJ. Retiens que la durée entre en jeu : une puissance modeste, maintenue longtemps, représente beaucoup d'énergie.

Exercice 2 Puissance d'un chauffe-eau

★☆☆Environ 5 min

Un appareil échange une énergie de $900\ \text{kJ}$ en 5 minutes.

Calcule sa puissance $P$ en watts.

Indice 1

Passe les kilojoules en joules et les minutes en secondes.

Indice 2

Utilise $P = E/\Delta t$ .

Voir la correction pas à pas

On convertit l'énergie : $E = 900\ \text{kJ} = 900\,000\ \text{J}$ .
On convertit la durée : $\Delta t = 5 \times 60 = 300\ \text{s}$ .
On applique $P = \dfrac{E}{\Delta t} = \dfrac{900\,000}{300} = 3000\ \text{W}$ ².

La puissance est de 3000 W. Si tu avais gardé 900 et 5 sans convertir, tu aurais obtenu 180, un résultat sans signification.

Exercice 3 Durée de fonctionnement d'un moteur

★☆☆Environ 6 min

Un moteur de puissance $250\ \text{W}$ doit échanger une énergie de $45\ \text{kJ}$ pour accomplir une tâche.

Calcule la durée $\Delta t$ de fonctionnement, en secondes.

Indice 1

Isole $\Delta t$ dans la relation entre $P$ , $E$ et $\Delta t$ .

Indice 2

Pense à convertir les kilojoules.

Voir la correction pas à pas

On écrit $P = \dfrac{E}{\Delta t}$ ², donc $\Delta t = \dfrac{E}{P}$ .
On convertit : $E = 45\ \text{kJ} = 45\,000\ \text{J}$ .
On calcule : $\Delta t = \dfrac{45\,000}{250} = 180\ \text{s}$ .

Le moteur doit fonctionner 180 s, soit 3 minutes. Vérifie l'unité : des joules divisés par des watts donnent bien des secondes.

Exercice 4 Lire une chaîne énergétique

★★☆Environ 10 min

Une perceuse sans fil est constituée d'une batterie, d'un moteur électrique, d'un réducteur à engrenages et d'un foret.

Classe chaque élément parmi : stockage, conversion, transmission, action.
Indique sous quelle forme l'énergie arrive au foret.
Cite une forme sous laquelle de l'énergie est perdue dans cette chaîne.

Indice 1

Une chaîne énergétique distingue les éléments qui stockent et ceux qui convertissent ².

Indice 2

Pense à ce que ressent ta main sur un moteur après un long usage.

Voir la correction pas à pas

La batterie stocke l'énergie sous forme chimique avant de la fournir sous forme électrique.
Le moteur convertit l'énergie électrique en énergie mécanique de rotation.
Le réducteur transmet cette puissance mécanique en modifiant la vitesse de rotation ; le foret, qui agit sur la pièce à percer, est l'élément d'action et reçoit de l'énergie mécanique.
Une partie de l'énergie est dissipée sous forme de chaleur, notamment dans le moteur et les frottements du réducteur : elle est alors perdue ².

La chaîne se lit de la source vers l'effecteur : stockage, conversion, transmission, action. Chaque maillon peut dissiper de l'énergie sous forme de chaleur.

Exercice 5 Pertes dans un moteur

★★☆Environ 10 min

Un moteur électrique absorbe une puissance de $800\ \text{W}$ et fournit une puissance mécanique de $680\ \text{W}$ . Le reste est dissipé en chaleur ².

Calcule l'énergie dissipée en chaleur pendant 10 minutes de fonctionnement, en joules.

Indice 1

Commence par la puissance dissipée : c'est la différence entre ce qui entre et ce qui sort.

Indice 2

Puis utilise $E = P \times \Delta t$ avec la durée en secondes.

Voir la correction pas à pas

Puissance dissipée : $P_{\text{perdue}} = 800 - 680 = 120\ \text{W}$ .
Durée : $\Delta t = 10 \times 60 = 600\ \text{s}$ .
Énergie dissipée : $E = P_{\text{perdue}} \times \Delta t = 120 \times 600 = 72\,000\ \text{J}$ .

Le moteur dissipe 72 000 J en chaleur en 10 minutes. Cette énergie n'est pas disparue : elle chauffe le moteur, mais elle ne sert pas à la fonction attendue.

Exercice 6 Rapport de transmission d'un vélo

★★☆Environ 10 min

Sur un vélo, le pignon du pédalier compte 48 dents et le pignon de la roue arrière en compte 16. Une chaîne relie les deux pignons. Le cycliste pédale à $60\ \text{tr/min}$ .

Calcule la vitesse de rotation de la roue arrière, en tours par minute.

Indice 1

La chaîne avance du même nombre de dents sur chaque pignon.

Indice 2

Le plus petit pignon tourne plus vite que le grand.

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Une chaîne qui défile entraîne autant de dents sur les deux pignons : $48 \times 60 = 16 \times N_{\text{roue}}$ .
On isole : $N_{\text{roue}} = \dfrac{48 \times 60}{16}$ .
Calcul : $N_{\text{roue}} = 180\ \text{tr/min}$ .
Le rapport de vitesse dépend donc de la taille des pignons : changer leur diamètre suffit à le modifier ⁴.

La roue arrière tourne à 180 tr/min, trois fois plus vite que le pédalier. Un vélo à dérailleur exploite justement cette propriété en changeant de pignon ⁴.

Exercice 7 Effort et vitesse sur un convoyeur

★★★Environ 12 min

Une chaîne à rouleaux entraîne un tapis. En translation, on donne la relation $P = F \times v$ , où $F$ est l'effort en newtons et $v$ la vitesse en mètres par seconde. Elle illustre le fait que la puissance instantanée se calcule à partir d'une grandeur d'effort ¹.

La chaîne exerce un effort $F = 120\ \text{N}$ et se déplace à $v = 2\ \text{m/s}$ .

Calcule la puissance transmise.
Calcule l'énergie transmise en 2 minutes, en joules.

Indice 1

Applique directement la relation donnée.

Indice 2

Pour la question 2, repars de $E = P \times \Delta t$ avec la durée en secondes.

Voir la correction pas à pas

Puissance : $P = F \times v = 120 \times 2 = 240\ \text{W}$ .
Durée : $\Delta t = 2 \times 60 = 120\ \text{s}$ .
Énergie : $E = P \times \Delta t = 240 \times 120 = 28\,800\ \text{J}$ ².

La chaîne transmet 240 W, soit 28 800 J en 2 minutes. À puissance égale, un effort plus grand correspond à une vitesse plus faible, et inversement.

Exercice 8 Chaîne de puissance d'un vélo électrique

★★★Environ 15 min

Dans un vélo à assistance électrique, la batterie fournit au moteur une puissance de $500\ \text{W}$ . Le moteur conserve 85 % de cette puissance sous forme mécanique, le reste étant dissipé. La transmission par chaîne et pignons conserve ensuite 95 % de la puissance reçue.

Calcule la puissance mécanique disponible à la roue.
Calcule la puissance totale dissipée dans la chaîne de puissance.

Indice 1

Enchaîne les maillons : la sortie du moteur est l'entrée de la transmission.

Indice 2

La puissance dissipée est la différence entre la puissance fournie par la batterie et celle de la roue.

Voir la correction pas à pas

Après le moteur : $500 \times 0{,}85 = 425\ \text{W}$ .
Après la transmission : $425 \times 0{,}95 = 403{,}75\ \text{W}$ à la roue.
Puissance dissipée : $500 - 403{,}75 = 96{,}25\ \text{W}$ , perdue en chaleur et frottements ².

La roue reçoit 403,75 W. On remarque que le moteur dissipe plus que la transmission : une chaîne et ses pignons perdent peu de puissance par friction, nettement moins qu'une courroie à frottement ⁴.

Exercice 9 Autonomie d'une batterie

★★★Environ 15 min

Une batterie stocke une énergie de $360\ \text{Wh}$ . On donne $1\ \text{Wh} = 3600\ \text{J}$ . Elle alimente un appareil qui absorbe en continu une puissance de $400\ \text{W}$ .

Calcule la durée de fonctionnement possible, en secondes.

Indice 1

Convertis l'énergie stockée en joules avant de diviser.

Indice 2

Utilise $\Delta t = E/P$ .

Voir la correction pas à pas

Énergie stockée : $E = 360 \times 3600 = 1\,296\,000\ \text{J}$ .
On applique $\Delta t = \dfrac{E}{P}$ ² : $\Delta t = \dfrac{1\,296\,000}{400} = 3240\ \text{s}$ .
Contrôle : $3240\ \text{s} = 54\ \text{min}$ . On retrouve aussi $360\ \text{Wh} / 400\ \text{W} = 0{,}9\ \text{h}$ , soit 54 minutes.

La batterie alimente l'appareil pendant 3240 s, soit 54 minutes. La batterie est un élément de stockage de la chaîne énergétique ² : sa capacité, divisée par la puissance demandée, donne l'autonomie.

Les questions qu'on se pose

Quelle différence entre puissance et énergie ?

L'énergie est une quantité, en joules. La puissance est le rythme auquel cette énergie est produite ou échangée, en watts ². Les deux sont liées par $P = E/\Delta t$ ² : un appareil puissant peut consommer peu d'énergie s'il ne fonctionne que très peu de temps.

Pourquoi ne pas simplement additionner les pourcentages de pertes de chaque maillon ?

Parce que chaque maillon reçoit ce que le précédent lui laisse. Si le moteur conserve 85 % de la puissance, la transmission ne travaille plus que sur ces 85 %. On multiplie donc les proportions conservées, comme dans l'exercice du vélo électrique, puis on retranche le résultat de la puissance d'entrée pour trouver la puissance dissipée. En revanche, additionner les pertes exprimées en watts reste juste : 75 W dans le moteur et 21,25 W dans la transmission font bien 96,25 W.

Où va l'énergie perdue dans une chaîne de puissance ?

Elle est dissipée, le plus souvent sous forme de chaleur, et elle est alors perdue pour la fonction du système ². Dans une transmission par chaîne, les pertes viennent surtout de la friction, qui reste bien plus faible qu'avec une courroie à frottement ⁴.

Sources

Chaîne de puissance - Annexe au programme, Éduscol. Consulté le 6 novembre 2026.
Production et stockage de l'énergie - Fiche d'accompagnement pédagogique, Éduscol. Consulté le 6 novembre 2026.
Sciences de l'ingénieur - Terminale générale, Éduscol. Consulté le 6 novembre 2026.
Entraînement par chaîne, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
Puissance Télévision, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.

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Exercice 1 Énergie consommée par un radiateur

Exercice 2 Puissance d'un chauffe-eau

Exercice 3 Durée de fonctionnement d'un moteur

Exercice 4 Lire une chaîne énergétique

Exercice 5 Pertes dans un moteur

Exercice 6 Rapport de transmission d'un vélo

Exercice 7 Effort et vitesse sur un convoyeur

Exercice 8 Chaîne de puissance d'un vélo électrique

Exercice 9 Autonomie d'une batterie

Les questions qu'on se pose

Sources

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