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Sciences de l'ingénieur (spécialité) · Première

Transmission de puissance mécanique : cours de Première SI

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

L'essentiel

  • Une transmission fait passer un mouvement d'une pièce à une autre, ou le convertit, et adapte le couple et la vitesse entre le moteur et l'organe entraîné.
  • Le rapport de transmission vaut R=ωsortieωentreˊeR=\dfrac{\omega_{sortie}}{\omega_{entrée}} : inférieur à 1, la vitesse diminue (et le couple augmente) ; supérieur à 1, la vitesse augmente.
  • Pour des roues dentées, ∣R∣|R| se calcule avec les nombres de dents : ∣R∣=ZmenantZmeneˊ|R|=\dfrac{Z_{menant}}{Z_{mené}}, le signe dépendant du sens de rotation.
  • Le rendement η=PsortiePentreˊe\eta=\dfrac{P_{sortie}}{P_{entrée}} mesure les pertes ; on cherche à le rendre le plus proche possible de 1.
  • Une transmission à variation continue fait varier RR sans paliers, ce qui permet de garder le moteur à son régime optimal.

Pourquoi transmettre la puissance ?

Un moteur tourne à une vitesse qui lui convient, généralement élevée, et dans un seul sens de marche. Ce qu'on veut faire bouger, lui, a d'autres besoins : une roue de vélo électrique, le tambour d'une machine à laver, le bras d'un robot ou la vis d'un portail n'ont ni la même vitesse ni le même effort à fournir. Entre les deux, il faut un intermédiaire. C'est le rôle de la transmission de puissance.

Dans ce cours de Première, tu apprends à décrire cet intermédiaire avec des grandeurs mesurables : vitesses de rotation, rapport de transmission, couple, puissance, rendement. Tu t'appuies sur ce que tu connais déjà : la modélisation des liaisons mécaniques, la statique des solides et la cinématique du solide. À la fin, tu sauras choisir un rapport de transmission et prévoir la vitesse et le couple disponibles en sortie.

La chaîne d'énergie : moteur, transmission, actionneur

Pour comprendre où se place la transmission, regarde la chaîne d'énergie complète. Le moteur prend en entrée une énergie, électrique, chimique ou hydraulique par exemple, et la transforme en rotation mécanique. On le décrit par sa puissance ; le plus souvent, il tourne dans un seul sens et possède une vitesse pour laquelle il fonctionne au mieux 3.

L'actionneur est la pièce qui reçoit cette puissance et s'en sert 3. Entre le moteur et lui, on place un élément de transmission que l'on choisit d'après le problème posé : quelles vitesses sont demandées, comment les arbres sont alignés, quels efforts doivent passer, quelle énergie arrive et laquelle doit ressortir, le mouvement est-il continu ou non, et quel écart sépare les arbres 3.

La chaîne d'énergie mécaniqueTrois étapes : le moteur, la transmission, l'actionneur.1MoteurConvertit l'énergie d'entrée en rotation2TransmissionAdapte la vitesse et le couple3ActionneurReçoit et utilise la puissance
  1. MoteurConvertit l'énergie d'entrée en rotation
  2. TransmissionAdapte la vitesse et le couple
  3. ActionneurReçoit et utilise la puissance
La chaîne d'énergie mécanique · Place de la transmission entre le moteur et l'actionneur.

Le rapport de transmission

Ce nombre se lit facilement :

  • si R<1R<1, la sortie tourne moins vite que l'entrée : on parle de réducteur (ou de démultiplication) ;
  • si R>1R>1, la sortie tourne plus vite que l'entrée : on parle de multiplicateur ;
  • si R=1R=1, les vitesses sont égales ;
  • un signe moins signale que le sens de rotation est inversé.

Le mot « démultiplication » apparaît d'ailleurs dans la description du variateur de vitesse mécanique, qui fait varier le rapport de démultiplication entre un arbre moteur et un arbre mené 3.

Les roues dentées : calculer R avec les dents

Parmi les mécanismes simples de transmission de mouvement, les engrenages tiennent une place centrale 1. Un engrenage est formé de deux roues dentées en contact : la roue menante est liée au moteur, la roue menée reçoit le mouvement. On peut calculer le rapport sans mesurer aucune vitesse, en comptant les dents.

Démonstration · Pourquoi ce rapport ?

Au point de contact, les deux roues avancent de la même longueur à chaque instant : chaque dent de l'une passe entre deux dents de l'autre. Si la roue 1 tourne de n1n_{1} tours, elle fait passer n1Z1n_{1}Z_{1} dents au contact. La roue 2 voit passer le même nombre de dents, donc n2Z2=n1Z1n_{2}Z_{2}=n_{1}Z_{1}. En divisant par le temps, on obtient ω2Z2=ω1Z1\omega_{2}Z_{2}=\omega_{1}Z_{1}, soit

ω2ω1=Z1Z2.\frac{\omega_{2}}{\omega_{1}}=\frac{Z_{1}}{Z_{2}}.

Le petit pignon entraînant la grande roue tourne vite et fait tourner lentement : c'est un réducteur.

Lire un rapport de transmission
Valeur de RVitesse de sortieCouple de sortieNom courant
R < 1Plus faiblePlus grandRéducteur
R = 1IdentiqueIdentique (hors pertes)Rapport unité
R > 1Plus grandePlus faibleMultiplicateur
Lire un rapport de transmission · Effet du rapport R sur la vitesse et le couple de sortie.

Courroies et variation continue

Les engrenages imposent des arbres proches. Quand la distance entre les arbres est plus grande, ou quand on veut un fonctionnement souple, on utilise d'autres éléments de transmission, par exemple une courroie. La distance entre les arbres de transmission fait partie des données qui guident le choix 3.

Ce résultat explique une évolution technique. Les variateurs à courroie (présentés juste après) ont longtemps été vus comme réservés aux petites cylindrées, car leurs courroies supportaient mal les fortes tensions 3. Pour que ces variateurs transmettent plus de puissance, les progrès ont surtout visé la résistance des courroies : le cuir des premiers modèles a été remplacé par le caoutchouc 3.

Pourquoi est-ce utile ? Sur un véhicule, la vitesse de l'actionneur change sans cesse, alors que le moteur doit rester à son régime de fonctionnement optimal. Il faut donc un élément capable d'ajuster en permanence la rotation de l'arbre moteur à ce que réclame l'arbre de sortie 3. Le moteur peut ainsi être maintenu à un régime choisi, soit pour consommer le moins possible, soit pour disposer du maximum de puissance ou de couple 3.

Dans une boîte de vitesses classique, le rapport ne peut prendre que quelques valeurs fixes, comme des marches d'escalier. Avec un variateur, il prend toutes les valeurs entre deux extrêmes, comme une rampe.

Puissance, couple et rendement

Un réducteur ne crée pas de puissance. Il la transforme : en sortie, la vitesse change, et le couple change en sens inverse. Pour le comprendre, on utilise la relation entre puissance, couple et vitesse de rotation, vue en cinématique et en dynamique : pour un arbre qui tourne,

P=C×ωP=C\times\omega

avec PP en watts, CC en newtons-mètres et ω\omega en radians par seconde.

Démonstration · Établir la relation du couple

On part de Cs ωs=η Ce ωeC_{s}\,\omega_{s}=\eta\,C_{e}\,\omega_{e}. On remplace ωs\omega_{s} par R ωeR\,\omega_{e} :

Cs R ωe=η Ce ωe.C_{s}\,R\,\omega_{e}=\eta\,C_{e}\,\omega_{e}.

On simplifie par ωe\omega_{e} (non nul) puis on isole CsC_{s} :

Cs=η CeR.C_{s}=\eta\,\frac{C_{e}}{R}.

Méthode : choisir et vérifier une transmission

Démarche de dimensionnementQuatre étapes pour choisir une transmission.1DonnéesVitesses, couple, rendement2RapportR = sortie / entrée3MécanismeDents, étages, courroie4ContrôleCouple suffisant, rendement < 1
  1. DonnéesVitesses, couple, rendement
  2. RapportR = sortie / entrée
  3. MécanismeDents, étages, courroie
  4. ContrôleCouple suffisant, rendement < 1
Démarche de dimensionnement · De la vitesse voulue au couple disponible.

Exercices corrigés

Exercice 1 Vitesse en sortie d'un réducteur

★☆☆Environ 5 min

Un moteur tourne à 3 000 tr/min3\,000\ \text{tr/min}. Il entraîne un mécanisme de rapport de transmission R=0,25R=0{,}25. Calcule la vitesse de rotation de l'arbre de sortie.

Indice 1

La relation à utiliser est ωsortie=R×ωentreˊe\omega_{sortie}=R\times\omega_{entrée}.

Indice 2

Les deux vitesses peuvent rester en tours par minute.

Voir la correction pas à pas
  1. On écrit la relation : Nsortie=R×NentreˊeN_{sortie}=R\times N_{entrée}.

  2. On remplace : Nsortie=0,25×3 000N_{sortie}=0{,}25\times3\,000.

  3. On calcule : Nsortie=750 tr/minN_{sortie}=750\ \text{tr/min}.

La sortie tourne quatre fois moins vite que l'entrée, ce qui est cohérent avec R<1R<1 : c'est un réducteur.

Exercice 2 Pignon et roue

★☆☆Environ 8 min

Un pignon de 2020 dents, solidaire d'un moteur qui tourne à 1 200 tr/min1\,200\ \text{tr/min}, engrène avec une roue de 6060 dents. Calcule la vitesse de rotation de la roue, en tours par minute (sans tenir compte du sens).

Indice 1

Le rapport vaut le nombre de dents de la roue menante divisé par celui de la roue menée.

Indice 2

Multiplie ensuite la vitesse d'entrée par ce rapport.

Voir la correction pas à pas
  1. Le pignon est menant, la roue est menée : ∣R∣=Z1Z2=2060=13|R|=\dfrac{Z_{1}}{Z_{2}}=\dfrac{20}{60}=\dfrac{1}{3}.

  2. On applique : N2=∣R∣×N1=13×1 200N_{2}=|R|\times N_{1}=\dfrac{1}{3}\times1\,200.

  3. On trouve N2=400 tr/minN_{2}=400\ \text{tr/min}.

La roue, plus grande, tourne plus lentement que le pignon. Le produit nombre de dents × vitesse est le même pour les deux roues : 20×1 200=60×40020\times1\,200=60\times400.

Exercice 3 Deux étages en série

★★☆Environ 12 min

Un moteur tourne à 1 800 tr/min1\,800\ \text{tr/min}. Le premier étage est formé d'un pignon de 1818 dents et d'une roue de 5454 dents. La roue de 5454 dents est solidaire d'un pignon de 1515 dents, qui engrène avec une roue de 4545 dents. Calcule la vitesse de rotation de la dernière roue.

Indice 1

Calcule le rapport de chaque étage séparément.

Indice 2

Les rapports se multiplient ; ou bien calcule la vitesse de l'arbre intermédiaire.

Voir la correction pas à pas
  1. Rapport du premier étage : R1=1854=13R_{1}=\dfrac{18}{54}=\dfrac{1}{3}.

  2. Rapport du second étage : R2=1545=13R_{2}=\dfrac{15}{45}=\dfrac{1}{3}.

  3. Rapport total : Rtotal=R1×R2=19R_{total}=R_{1}\times R_{2}=\dfrac{1}{9}.

  4. Vitesse de sortie : N=19×1 800=200 tr/minN=\dfrac{1}{9}\times1\,800=200\ \text{tr/min}.

On vérifie avec l'arbre intermédiaire : il tourne à 600 tr/min600\ \text{tr/min}, et 13×600=200 tr/min\frac{1}{3}\times600=200\ \text{tr/min}. Les deux méthodes donnent le même résultat.

Exercice 4 Couple de sortie avec pertes

★★★Environ 15 min

Un moteur fournit un couple de 5 N⋅m5\ \text{N·m} à un réducteur de rapport R=15R=\dfrac{1}{5} et de rendement 0,90{,}9. Calcule le couple disponible en sortie, puis explique pourquoi il n'est pas égal à cinq fois le couple d'entrée.

Indice 1

Écris la conservation de la puissance avec le rendement : Cs ωs=η Ce ωeC_{s}\,\omega_{s}=\eta\,C_{e}\,\omega_{e}.

Indice 2

Remplace ωs\omega_{s} par R ωeR\,\omega_{e} et isole CsC_{s}.

Voir la correction pas à pas
  1. On écrit : Psortie=η PentreˊeP_{sortie}=\eta\,P_{entrée}, soit Cs ωs=η Ce ωeC_{s}\,\omega_{s}=\eta\,C_{e}\,\omega_{e}.

  2. Avec ωs=R ωe\omega_{s}=R\,\omega_{e} : Cs=η CeRC_{s}=\eta\,\dfrac{C_{e}}{R}.

  3. Application numérique : Cs=0,9×51/5=0,9×25=22,5 N⋅mC_{s}=0{,}9\times\dfrac{5}{1/5}=0{,}9\times25=22{,}5\ \text{N·m}.

  4. Sans perte (η=1\eta=1), on aurait 25 N⋅m25\ \text{N·m}, soit cinq fois le couple d'entrée. Les pertes (frottements) retirent 10 %10\ \% de la puissance, donc 10 %10\ \% du couple.

Le réducteur échange de la vitesse contre du couple, mais le rendement inférieur à 1 empêche de retrouver tout le couple théorique.

Quiz

8 questions · correction immédiate · ton score reste sur ton appareil.

  1. Comment définit-on le rapport de transmission d'un élément en rotation ?

  2. Un mécanisme a un rapport de transmission R=0,4R=0{,}4. Que peut-on dire ?

  3. Un moteur tourne à 2 400 tr/min2\,400\ \text{tr/min} et le rapport vaut 0,20{,}2. Quelle est la vitesse de sortie, en tr/min ?

  4. Une courroie admet une tension initiale de 300 N300\ \text{N} et se déplace à 15 m/s15\ \text{m/s}. Avec Pmax=2 T0 VP_{max}=2\,T_{0}\,V, quelle est la puissance maximale transmissible, en watts ?

  5. Un pignon de 1515 dents engrène avec une roue de 4545 dents. La roue de 4545 dents tourne plus vite que le pignon.

  6. Quelles affirmations sur le rendement d'une transmission sont correctes ?

    Plusieurs réponses possibles.

  7. Quel est l'intérêt principal d'une transmission à variation continue sur un véhicule ?

  8. Deux étages en série ont pour rapports 14\dfrac{1}{4} et 13\dfrac{1}{3}. Le rapport total vaut 712\dfrac{7}{12}.

Les questions qu'on se pose

À quoi sert vraiment une transmission de puissance ?

Elle adapte le mouvement du moteur à ce que l'actionneur demande : c'est sa fonction d'adaptation du couple et de la vitesse 2. Un moteur a une vitesse optimale et un seul sens de marche en général 3, alors que la machine entraînée peut exiger une vitesse plus lente et plus de couple. Le réducteur échange de la vitesse contre de l'effort.

Comment savoir si je dois calculer $R$ ou son inverse ?

Le rapport de transmission est toujours sortie sur entrée 3. Pour t'en assurer, fais un contrôle simple : si la sortie est censée tourner moins vite, ton résultat doit être inférieur à 1. Si ce n'est pas le cas, tu as inversé.

Pourquoi le couple augmente-t-il quand la vitesse diminue ?

Parce que la puissance, produit du couple par la vitesse de rotation, ne peut pas augmenter dans un réducteur : elle diminue même à cause des pertes. Si ω\omega est divisée par 5, le couple est multiplié par 5 dans le cas idéal, et un peu moins avec un rendement inférieur à 1. La formule Cs=η Ce/RC_{s}=\eta\,C_{e}/R résume cela.

Quelle est la différence entre un réducteur et un variateur ?

Un réducteur classique a un rapport fixe ou quelques valeurs de rapport. Un variateur de vitesse mécanique, ou transmission à variation continue, fait varier le rapport sans palier entre un arbre moteur et un arbre mené 3. On l'utilise là où la vitesse de l'actionneur doit changer en permanence, comme sur un véhicule.

Ce chapitre tombe-t-il à l'épreuve ?

En Sciences de l'ingénieur, les évaluations sur ce thème demandent souvent de lire un schéma de chaîne d'énergie, de calculer un rapport de transmission, une vitesse ou un couple de sortie, et d'interpréter un rendement. Maîtriser les trois formules du cours, RR, P=CωP=C\omega et η\eta, te permet de traiter la plupart des cas.

Sources

  1. Engrenages et mécanismes de transmission, Académie de Lyon. Consulté le 6 novembre 2026.
  2. Transmission (mécanique), Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
  3. Variateur de vitesse mécanique, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.

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