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Option sciences de l'ingénieur · Seconde

Chaîne de puissance et d'information : exercices de 2de SI

Publié le 10 novembre 2026 · Mis à jour le 10 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • La chaîne de puissance s'organise autour de cinq fonctions : alimenter, moduler, convertir, transmettre, agir 4.
  • La chaîne d'information réunit des capteurs, un microcontrôleur et une interface entre l'humain et la machine (IHM) 2.
  • Pour classer un composant, demande-toi s'il manipule de l'énergie (puissance) ou s'il traite un signal et une décision (information).
  • Les calculs de base : P = U × I, rendement = puissance utile / puissance absorbée, rendements multipliés dans une chaîne en série.
  • Une autonomie se calcule en divisant l'énergie stockée par la puissance consommée.

Comment utiliser ces exercices

Ces exercices s'enchaînent du plus simple au plus délicat. Les premiers demandent de reconnaître les constituants d'un système, les suivants ajoutent des calculs de puissance, de rendement et d'autonomie. Cherche chaque énoncé seul, au brouillon, avant d'ouvrir les indices, puis compare ta démarche à la correction étape par étape.

Aide-mémoire avant de te lancer

Les exercices

Exercice 1 Ranger les constituants d'une trottinette électrique

★☆☆Environ 8 min

Une trottinette électrique contient : une batterie, un contrôleur de vitesse qui règle la puissance envoyée au moteur, un moteur électrique, une courroie qui entraîne la roue, et la roue arrière qui fait avancer la trottinette.

Associe chaque constituant à l'une des cinq fonctions de la chaîne de puissance : alimenter, moduler, convertir, transmettre, agir.

Indice 1

Commence par la source d'énergie, termine par l'effet sur l'environnement.

Indice 2

Le moteur change la forme de l'énergie ; le contrôleur dose la quantité d'énergie.

Voir la correction pas à pas

  1. Source d'énergie : la batterie appartient à la fonction alimenter.

  2. Le contrôleur de vitesse règle la puissance disponible pour le moteur : fonction moduler.

  3. Le moteur électrique transforme l'énergie électrique en énergie mécanique de rotation : fonction convertir.

  4. La courroie conduit le mouvement du moteur jusqu'à la roue : fonction transmettre.

  5. La roue arrière produit l'effet attendu, l'avancée de la trottinette : fonction agir.

La chaîne se lit dans l'ordre alimenter, moduler, convertir, transmettre, agir 4. Garde ce fil : de la source à l'effet, l'énergie traverse chaque fonction.

Exercice 2 Repérer la chaîne d'information d'un distributeur de savon

★☆☆Environ 8 min

Un distributeur de savon automatique détecte une main placée sous son bec. Une petite carte électronique programmée décide alors de faire fonctionner une pompe pendant une courte durée. Un voyant rouge s'allume quand le réservoir est presque vide, et un bouton permet de régler la quantité de savon.

Nomme le rôle de chacun de ces éléments dans la chaîne d'information : capteur, microcontrôleur ou composant d'IHM.

Indice 1

Demande-toi pour chaque élément : mesure-t-il, décide-t-il, ou dialogue-t-il avec l'utilisateur ?

Indice 2

Il y a deux éléments d'IHM : l'un donne une information à l'utilisateur, l'autre en reçoit une.

Voir la correction pas à pas

  1. L'élément qui détecte la main transforme une présence en signal : c'est un capteur.

  2. La carte électronique programmée traite le signal et décide d'actionner la pompe : c'est le microcontrôleur.

  3. Le voyant rouge informe l'utilisateur : c'est un composant d'IHM (la machine vers l'humain).

  4. Le bouton de réglage permet à l'utilisateur de donner une consigne : c'est aussi un composant d'IHM (l'humain vers la machine).

  5. La pompe, elle, agit sur l'environnement : elle relève de la chaîne de puissance, pas de la chaîne d'information.

La chaîne d'information se compose de capteurs, d'un microcontrôleur et de composants d'IHM 2. La pompe, qui met le savon en mouvement, reste dans la chaîne de puissance.

Exercice 3 Calculer une puissance électrique

★★☆Environ 8 min

Le moteur d'une maquette de convoyeur fonctionne sous une tension de U=12 VU = 12\ \text{V} et absorbe un courant de I=3 AI = 3\ \text{A}.

Calcule la puissance électrique PP absorbée par ce moteur.

Indice 1

La puissance électrique est le produit de la tension par l'intensité.

Indice 2

Une tension en volts multipliée par une intensité en ampères donne des watts.

Voir la correction pas à pas

  1. Écris la relation : P=U×IP = U \times I.

  2. Remplace par les données : P=12 V×3 AP = 12\ \text{V} \times 3\ \text{A}.

  3. Calcule : P=36 WP = 36\ \text{W}.

Le moteur absorbe 36 W. Cette valeur sert de point de départ pour mesurer ce qui est réellement utile, comme dans l'exercice suivant.

Exercice 4 Déterminer le rendement du moteur

★★☆Environ 8 min

Le moteur de l'exercice précédent absorbe 36 W36\ \text{W}. Un essai montre qu'il fournit à son axe une puissance mécanique utile de 27 W27\ \text{W}.

  1. Calcule son rendement η\eta (nombre sans unité compris entre 0 et 1).
  2. Calcule la puissance perdue et dis sous quelle forme elle se retrouve le plus souvent.
Indice 1

Le rendement est le quotient de la puissance utile par la puissance absorbée.

Indice 2

Ce qui n'est pas utile est perdu, par exemple sous forme de chaleur dans les bobinages et les frottements.

Voir la correction pas à pas

  1. Écris la relation : η=PutilePabsorbeˊe\eta = \dfrac{P_{utile}}{P_{absorbée}}.

  2. Remplace par les valeurs : η=27 W36 W\eta = \dfrac{27\ \text{W}}{36\ \text{W}}.

  3. Calcule : η=0,75\eta = 0{,}75, soit 75 %.

  4. Puissance perdue : 36 W−27 W=9 W36\ \text{W} - 27\ \text{W} = 9\ \text{W}, qui se dissipe surtout en chaleur et en frottements.

Le rendement du moteur vaut 0,75. Un quart de la puissance absorbée n'est pas transformée en puissance utile.

Exercice 5 Rendement d'une chaîne de puissance complète

★★☆Environ 12 min

Dans un chariot motorisé, la chaîne de puissance comporte trois éléments en série :

  • un variateur de rendement η1=0,90\eta_1 = 0{,}90 ;
  • un moteur de rendement η2=0,80\eta_2 = 0{,}80 ;
  • une transmission de rendement η3=0,95\eta_3 = 0{,}95.

La batterie fournit 200 W200\ \text{W} à l'entrée du variateur.

  1. Calcule le rendement global de la chaîne.
  2. Calcule la puissance disponible au niveau des roues, en watts.
Indice 1

Quand les éléments sont en série, la puissance sortant de l'un est la puissance entrant dans le suivant : les rendements se multiplient.

Indice 2

Pour la puissance finale, multiplie la puissance d'entrée par le rendement global.

Voir la correction pas à pas

  1. Rendement global : η=η1×η2×η3\eta = \eta_1 \times \eta_2 \times \eta_3.

  2. Calcul : η=0,90×0,80×0,95=0,684\eta = 0{,}90 \times 0{,}80 \times 0{,}95 = 0{,}684.

  3. Puissance aux roues : P=200 W×0,684P = 200\ \text{W} \times 0{,}684.

  4. Résultat : P=136,8 WP = 136{,}8\ \text{W}.

  5. Contrôle étape par étape : 200×0,90=180 W200 \times 0{,}90 = 180\ \text{W} après le variateur, 180×0,80=144 W180 \times 0{,}80 = 144\ \text{W} après le moteur, 144×0,95=136,8 W144 \times 0{,}95 = 136{,}8\ \text{W} après la transmission.

Le rendement global vaut 0,684 et il reste 136,8 W aux roues. Chaque élément réel ajouté à une chaîne fait baisser le rendement global, puisque son rendement est inférieur à 1 : c'est pourquoi on évite les maillons inutiles.

Exercice 6 Étudier un arrosage automatique autonome

★★★Environ 15 min

Un système d'arrosage de balcon est alimenté par une batterie de 12 V12\ \text{V} et de capacité 7 A⋅h7\ \text{A·h}. Il comprend :

  • un capteur d'humidité du sol ;
  • une carte à microcontrôleur ;
  • un écran qui affiche l'humidité et deux boutons de réglage ;
  • un relais qui commande la pompe ;
  • une pompe de puissance 21 W21\ \text{W} ;
  • un tuyau goutte-à-goutte.
  1. Classe ces éléments en deux ensembles : chaîne de puissance et chaîne d'information. Pour la chaîne de puissance, indique la fonction de chaque élément.
  2. Calcule l'énergie stockée dans la batterie, en wattheures.
  3. En supposant que la pompe est la seule consommatrice et qu'elle fonctionne en continu, calcule la durée de fonctionnement possible, en heures.
Indice 1

Le relais joue le rôle d'un interrupteur commandé : il dose le passage de l'énergie vers la pompe.

Indice 2

Énergie stockée (Wh) = tension (V) × capacité (A·h). Durée = énergie / puissance.

Voir la correction pas à pas

  1. Chaîne d'information : le capteur d'humidité (capteur), la carte à microcontrôleur (traitement et décision), l'écran et les deux boutons (IHM) 2.

  2. Chaîne de puissance : la batterie alimente ; le relais module le passage de l'énergie ; la pompe convertit l'énergie électrique en énergie mécanique de déplacement de l'eau ; le tuyau goutte-à-goutte achemine l'eau (transmettre) puis ses goutteurs la déposent au pied des plantes (agir) 4.

  3. Énergie stockée : E=12 V×7 A⋅h=84 WhE = 12\ \text{V} \times 7\ \text{A·h} = 84\ \text{Wh}.

  4. Durée de fonctionnement : t=EP=84 Wh21 Wt = \dfrac{E}{P} = \dfrac{84\ \text{Wh}}{21\ \text{W}}.

  5. Résultat : t=4 ht = 4\ \text{h}.

La pompe pourrait tourner 4 heures en continu. Dans la réalité, elle ne fonctionne que par brèves périodes : c'est la chaîne d'information qui décide quand l'énergie doit circuler, ce qui allonge beaucoup l'autonomie.

Les questions qu'on se pose

Comment savoir si un composant appartient à la chaîne de puissance ou à la chaîne d'information ?

Regarde son rôle. S'il stocke, dose, transforme, transmet ou délivre de l'énergie pour produire un effet, il relève de la chaîne de puissance, organisée autour de cinq fonctions : alimenter, moduler, convertir, transmettre, agir 4. S'il mesure une grandeur, traite l'information ou permet le dialogue avec l'utilisateur, il relève de la chaîne d'information, qui comprend capteurs, microcontrôleur et IHM 2.

Dans un calcul de chaîne, pourquoi multiplie-t-on les rendements et ne les additionne-t-on pas ?

Chaque élément ne reçoit que la puissance que le précédent lui a transmise. Si le premier garde 90 % de la puissance et le deuxième 80 % de ce qui lui arrive, il reste 0,90×0,80=0,720{,}90 \times 0{,}80 = 0{,}72 de la puissance de départ, soit 72 %. Ici, additionner donnerait 0,90+0,80=1,700{,}90 + 0{,}80 = 1{,}70, ce qui est impossible : un rendement ne dépasse jamais 1.

Pourquoi un rendement est-il toujours inférieur à 1 ?

Dans un élément réel, une partie de la puissance absorbée se perd, le plus souvent en chaleur et en frottements. La puissance utile est donc plus petite que la puissance absorbée, et leur quotient reste sous 1. Un rendement de 0,750{,}75 signifie que 75 % de la puissance absorbée est utile.

Sources

  1. I2D - Découvrir les chaînes de puissance et d'information, Éduscol STI. Consulté le 10 novembre 2026.
  2. La chaîne d'information, Éduscol STI. Consulté le 10 novembre 2026.
  3. S1.6 : Les chaînes d'énergie et d'information, Éduscol STI. Consulté le 10 novembre 2026.
  4. S2.3 - Approche fonctionnelle et structurelle des chaînes de puissance, Éduscol STI. Consulté le 10 novembre 2026.
  5. Première chaîne de l'ORTF, Wikipédia. Consulté le 10 novembre 2026.
  6. RT (chaîne de télévision), Wikipédia. Consulté le 10 novembre 2026.

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