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Convertisseurs d'énergie : cours de Terminale SI

Publié le 7 novembre 2026 · Mis à jour le 7 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

Un convertisseur d'énergie change une forme d'énergie en une autre : l'énergie ne se crée pas, elle se convertit.
« Produire de l'énergie » veut dire convertir de l'énergie, pas en créer.
Alternateur : énergie mécanique vers énergie électrique. Installation à vis hydrodynamique : énergie hydraulique vers énergie mécanique (la vis), puis vers énergie électrique (la génératrice).
En sciences de l'ingénieur, ce qui compte est l'action de transfert et de conversion : on raisonne en puissances entrée/sortie.
Méthode : identifier l'énergie d'entrée, celle de sortie, puis écrire un bilan (sortie utile + pertes = entrée) et calculer le rendement.

Pourquoi parler de convertisseurs ?

Quand tu allumes une lampe, que tu recharges un téléphone ou que tu regardes une éolienne tourner, de l'énergie passe d'une forme à une autre. Un moteur, un alternateur, un panneau solaire ou un radiateur ne fonctionnent pas de la même manière, mais ils ont un point commun : chacun reçoit une énergie et en délivre une autre. En sciences de l'ingénieur, on appelle ce genre de dispositif un convertisseur d'énergie.

Ce cours a trois objectifs. D'abord, savoir dire clairement ce que fait un convertisseur, sans confondre conversion et création. Ensuite, repérer l'énergie d'entrée et l'énergie de sortie dans des systèmes réels. Enfin, apprendre à écrire un petit bilan de puissance, outil qui sert à chaque fois que le sujet de Bac demande de « caractériser la puissance et l'énergie nécessaires au fonctionnement d'un système ».

Convertir n'est pas créer

Cette idée simple a une conséquence très pratique pour un ingénieur. Si l'énergie ne disparaît jamais, alors ce qui ne ressort pas sous la forme voulue ressort sous une autre forme. C'est exactement ce qu'on exploite dans un bilan : on compte ce qui entre, ce qui sort sous forme utile, et on cherche où va le reste. Nous y reviendrons en détail.

Énergie et puissance : deux regards sur la même conversion

Pour un système qu'on étudie en sciences de l'ingénieur, deux questions reviennent toujours : quelle quantité d'énergie est nécessaire, et à quelle vitesse elle est transférée ou convertie. La seconde question, c'est la puissance. Les documents académiques insistent sur ce point de vue : ce que l'on cherche à décrire en priorité, c'est la façon dont l'énergie est transférée puis convertie dans le système ¹.

Des exemples de convertisseurs et de chaînes d'énergie

Un même convertisseur est rarement seul : il s'insère dans une chaîne où chaque élément reçoit une énergie du précédent. On les représente souvent par un schéma bloc, où chaque rectangle est un convertisseur et chaque flèche indique le sens du transfert d'énergie. Les sujets de sciences de l'ingénieur s'appuient d'ailleurs sur de tels schémas blocs pour décrire l'architecture de conversion d'un système ¹.

Deux convertisseurs d'énergie
Convertisseur	Énergie d'entrée	Énergie de sortie
Alternateur	Mécanique	Électrique
Vis hydrodynamique	Hydraulique	Électrique

Deux convertisseurs d'énergie · Entrée et sortie de deux convertisseurs.

Pertes et rendement : où passe l'énergie qui n'est pas utile ?

Dans un convertisseur réel, toute l'énergie reçue n'est pas convertie sous la forme voulue. Une partie ressort autrement, souvent sous forme de chaleur : un moteur chauffe, un chargeur de téléphone devient tiède. Ce n'est pas une disparition : puisque l'énergie se convertit sans se perdre ³, l'énergie « perdue » est simplement convertie en une forme que l'on ne cherche pas. On l'appelle pertes.

On peut alors écrire un bilan de puissances, valable à chaque instant en régime constant :

$P_{\text{entrée}} = P_{\text{utile}} + P_{\text{pertes}}.$

Ce bilan est la traduction directe de la règle de conversion : ce qui entre se retrouve en sortie, sous forme utile ou non.

Démonstration · Pourquoi on multiplie les rendements

Notons $P_0$ la puissance qui entre dans le premier convertisseur. Il délivre $P_1 = \eta_1 P_0$ . Ce $P_1$ entre dans le second, qui délivre $P_2 = \eta_2 P_1 = \eta_2 \eta_1 P_0$ . Le rendement global est $P_2 / P_0 = \eta_1 \eta_2$ . On généralise à un nombre quelconque d'étages.

Méthode : faire le bilan énergétique d'un convertisseur

IdentifierÉnergie d'entrée et énergie de sortie utile
ListerPuissances, durées, rendements
ÉcrireEntrée = utile + pertes
CalculerRendement, pertes ou entrée
VérifierRendement entre 0 et 1, unités

Faire un bilan de conversion · La démarche à suivre devant un convertisseur.

ExempleExemple complet rédigé

Énoncé. Une petite installation hydraulique convertit l'énergie de l'eau en électricité avec deux étages : une vis de rendement $0{,}85$ qui fournit de l'énergie mécanique, puis un alternateur de rendement $0{,}92$ . La puissance hydraulique disponible est de $4000\ \text{W}$ . Quelle puissance électrique obtient-on ? Quelles sont les pertes totales ?

Étape 1. Entrée : énergie hydraulique. Sortie utile : énergie électrique. La chaîne passe par une énergie mécanique intermédiaire, comme dans une vis hydrodynamique couplée à un alternateur ¹ ².

Étape 2. Données : $P_0 = 4000\ \text{W}$ , $\eta_1 = 0{,}85$ , $\eta_2 = 0{,}92$ .

Étape 3. Après la vis : $P_1 = 0{,}85 \times 4000 = 3400\ \text{W}$ . Après l'alternateur : $P_2 = 0{,}92 \times 3400 = 3128\ \text{W}$ .

Étape 4. Les pertes totales valent $4000 - 3128 = 872\ \text{W}$ . On retrouve le rendement global : $3128 / 4000 = 0{,}782$ .

Étape 5. Le rendement global ( $0{,}782$ ) est inférieur à chacun des rendements des étages, et reste entre 0 et 1 : cohérent.

Erreurs fréquentes et lien avec la suite du programme

Cette notion ouvre deux chapitres. Le stockage de l'énergie reprend l'idée de conversion pour des dispositifs qui conservent l'énergie avant de la restituer. Le bilan énergétique d'un système étend la méthode vue ici à des systèmes complets. Les ressources académiques citent par exemple le cas d'un système thermique décrit par un modèle donné dans l'énoncé (la loi de Newton), pour lequel on dresse un bilan d'énergie ¹. Dans les deux cas, tu retrouveras la même discipline : nommer les formes d'énergie, écrire un bilan, vérifier sa cohérence.

Exercices corrigés

Exercice 1 Rendement d'un alternateur

★☆☆Environ 8 min

Un alternateur reçoit une puissance mécanique de $500\ \text{W}$ et délivre une puissance électrique utile de $450\ \text{W}$ .

Calcule son rendement, puis la puissance perdue en chaleur.

Indice 1

Le rendement est le quotient de la puissance utile par la puissance d'entrée.

Indice 2

Les pertes sont la différence entre l'entrée et la sortie utile.

Voir la correction pas à pas

On identifie l'entrée : $P_{\text{entrée}} = 500\ \text{W}$ (mécanique) et la sortie utile : $P_{\text{utile}} = 450\ \text{W}$ (électrique).
On applique la définition : $\eta = 450 / 500 = 0{,}90$ .
On écrit le bilan : $P_{\text{pertes}} = 500 - 450 = 50\ \text{W}$ .

Le rendement est de $0{,}90$ (90 %) et les pertes valent $50\ \text{W}$ , convertis en chaleur : l'énergie n'a pas disparu, elle a changé de forme.

Exercice 2 Chaîne vis hydrodynamique et alternateur

★★☆Environ 12 min

Une installation convertit de l'énergie hydraulique en énergie électrique. Elle comprend une vis de rendement $0{,}80$ , puis un alternateur de rendement $0{,}90$ . La puissance hydraulique reçue est de $2000\ \text{W}$ .

Quelle est la puissance électrique obtenue, en watts ?

Indice 1

La sortie du premier convertisseur est l'entrée du second.

Indice 2

Calcule la puissance après chaque étage, ou multiplie les rendements.

Voir la correction pas à pas

Après la vis : $P_1 = 0{,}80 \times 2000 = 1600\ \text{W}$ .
Après l'alternateur : $P_2 = 0{,}90 \times 1600 = 1440\ \text{W}$ .
Vérification par le rendement global : $0{,}80 \times 0{,}90 = 0{,}72$ et $0{,}72 \times 2000 = 1440\ \text{W}$ .

La puissance électrique obtenue est de $1440\ \text{W}$ . Les pertes totales valent $2000 - 1440 = 560\ \text{W}$ .

Exercice 3 Pertes et énergie sur une durée

★★★Environ 15 min

Un convertisseur de rendement $0{,}85$ reçoit une puissance constante de $3000\ \text{W}$ pendant $2\ \text{h}$ .

Quelle énergie perdue (convertie en chaleur) obtient-on, en wattheures ?

Indice 1

Commence par la puissance perdue en watts.

Indice 2

Passe ensuite à l'énergie en multipliant par la durée en heures.

Voir la correction pas à pas

Puissance utile : $0{,}85 \times 3000 = 2550\ \text{W}$ .
Puissance perdue : $3000 - 2550 = 450\ \text{W}$ .
Énergie perdue : $450\ \text{W} \times 2\ \text{h} = 900\ \text{Wh}$ .

Sur deux heures, $900\ \text{Wh}$ sont convertis en chaleur, soit $0{,}9\ \text{kWh}$ . Cette énergie n'a pas disparu : elle est sortie sous une forme non souhaitée.

Les questions qu'on se pose

Quelle est la différence entre énergie et puissance ?

L'énergie est ce qui est converti ou transféré ; la puissance dit à quelle rapidité cela se fait. Pour une puissance constante, l'énergie s'obtient en multipliant la puissance par la durée, comme dans les exemples du cours. En sciences de l'ingénieur, on s'intéresse surtout à la façon dont l'énergie est transférée et convertie ¹.

Peut-on dire qu'une centrale « produit » de l'électricité au Bac ?

Oui, à condition de comprendre « produire » comme « convertir » ¹. Pour être sûr de bien te faire comprendre, écris plutôt que la centrale convertit une énergie (hydraulique, mécanique…) en énergie électrique.

Comment savoir quelle est l'énergie d'entrée et quelle est l'énergie de sortie ?

Cherche ce que le système reçoit de son environnement (l'eau en mouvement, une rotation, du courant) et ce qu'il fournit pour l'effet recherché. Un alternateur reçoit de l'énergie mécanique et fournit de l'énergie électrique ² ; une installation à vis hydrodynamique reçoit de l'énergie hydraulique et fournit de l'énergie électrique ¹.

Pourquoi un rendement n'est-il jamais supérieur à 1 ?

Parce qu'un convertisseur ne peut pas fournir plus qu'il ne reçoit : l'énergie ne se crée pas, elle se convertit ³. Une partie de l'énergie reçue ressort sous une forme non utile (les pertes), donc la sortie utile reste inférieure ou égale à l'entrée.

Qu'est-ce qui peut tomber au Bac sur ce thème ?

Les sujets demandent de caractériser la puissance et l'énergie nécessaires au fonctionnement d'un système ¹ : identifier les convertisseurs d'une chaîne, calculer un rendement, une puissance perdue ou une énergie, en s'appuyant sur un schéma bloc.

Sources

Fiche Lien - Énergétique (Conversions d'énergie), Académie de Toulouse. Consulté le 6 novembre 2026.
Ressources pour l'enseignement scientifique (Terminale), Académie de Paris. Consulté le 6 novembre 2026.
Convertisseur, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.

Les numéros dans le texte renvoient à ces sources. Une source qui ne dit pas ce qu'on lui fait dire ? Signale-le.

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L'essentiel

Pourquoi parler de convertisseurs ?

Convertir n'est pas créer

Énergie et puissance : deux regards sur la même conversion

Des exemples de convertisseurs et de chaînes d'énergie

Pertes et rendement : où passe l'énergie qui n'est pas utile ?

Méthode : faire le bilan énergétique d'un convertisseur

Erreurs fréquentes et lien avec la suite du programme

Exercices corrigés

Exercice 1 Rendement d'un alternateur

Exercice 2 Chaîne vis hydrodynamique et alternateur

Exercice 3 Pertes et énergie sur une durée

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