Concept bien connu des élèves de collège et lycée, la chaîne d’énergie vaut la peine d’être comprise de tous. Car l’électricité n’arrive pas telle quelle jusqu’à nos appareils ! Le courant disponible dans nos prises est plutôt le résultat d’un processus qui comporte plusieurs étapes clés. Vous êtes intrigué(e) ? Pour bien comprendre la notion de chaîne d’énergie, il importe d’abord de préciser qu’il ne s’agit pas d’un outil concret, mais plutôt d’une représentation imagée.
Chez Ekwateur, on aime bien vulgariser les notions complexes pour qu'elles soient accessibles à tous. Si votre enfant obtient une bonne note à son contrôle, vous penserez à nous !
Qu'est-ce qu'une Chaîne d'Énergie ?
Pour représenter de façon imagée le fonctionnement d’un objet technique nécessitant de l’énergie, on a recours à la chaîne de l’énergie. Concrètement, on liste les étapes nécessaires pour récupérer l’énergie et l’utiliser pour faire fonctionner l’appareil. Eh oui, on ne peut pas utiliser l’énergie dans sa forme brute pour ça (ou seulement dans de très rares cas) !
Cette dernière permet de décrire le fonctionnement d’un objet technique qui a recours à de l’énergie (en l’occurrence, de l’électricité) pour se mettre en marche. Les appareils du quotidien n’emploient pas l’énergie dans sa forme brute. La chaîne d’énergie, c’est la schématisation de ces étapes - que l’on nomme aussi blocs fonctionnels - sous la forme d’un diagramme.
Ces étapes sont représentées par des blocs dits fonctionnels qui forment ensemble un diagramme. Dans la plupart des cas, la première étape consiste à alimenter l’objet en énergie, alors que la dernière a pour objectif de la transmettre dans l’ensemble des composants afin de mener à une action finale (démarrage de l’appareil, par exemple). Le parcours pour atteindre cet objectif est appelé flux d’énergie.
En général, la première étape consiste à alimenter l’appareil en énergie et la dernière correspond à la transmission de cette énergie dans les différents composants qui permettront la réalisation d’une action (par exemple, réchauffer l’air d’une pièce dans le cas d’un chauffage). Dans ce contexte, le terme « chaîne » fait référence à un parcours, en l’occurrence, celui que suit l’électricité depuis sa source jusqu’à son utilisation finale.
Les Composants Clés d'une Chaîne d'Énergie
De manière générale, on retrouve 5 composants dans une chaîne d’énergie, survenant à partir d’une source d’alimentation en énergie :
- Alimenter
- Stocker
- Distribuer
- Convertir
- Transmettre
Il s’agit des composants les plus fréquents, toutefois il n’est pas nécessaire qu’ils soient tous présents.
1. Alimenter
La phase d’alimentation consiste à collecter l’énergie destinée à alimenter l’objet technique. La fonction “Alimenter” se traduit par le fait de récupérer l’énergie dans sa forme brute afin d’alimenter l’objet technique en question. Cette action peut se faire par le biais d’une prise électrique ou d’une pile électrique, par exemple.
On distingue deux types d’énergie électrique :
- L’énergie par courant, fournie via le réseau public d’électricité de type courant alternatif
- L’énergie locale, récupérée grâce à une production ou stockée dans un système de batterie (piles)
2. Stocker
Certains appareils, comme les téléphones portables, stockent l’énergie récupérée pour pouvoir l’utiliser plus tard. Dans certains cas, l’énergie récupérée est ensuite stockée pour une utilisation ultérieure. Pour cela, on peut avoir recours à une batterie, un réservoir ou encore un accumulateur.
3. Distribuer
Une fois que l’objet a de l’énergie à sa disposition, il doit la répartir entre ses différents composants, ou actionneurs. La fonction « distribuer » assure l’acheminement de l’énergie vers les différentes parties du système où elle sera utilisée. Une fois que l’énergie est insérée dans l’appareil, il faut ensuite la distribuer aux différents composants (appelés actionneurs) de l’objet. Deux cas de figure se présentent : l’énergie est distribuée en tout ou rien (le mot technique, c'est commutation) ou alors envoyée graduellement. Quoi qu’il arrive, le but est de répartir l’énergie de façon contrôlée.
Pour ce faire, l’énergie peut être distribuée selon un mode « tout ou rien » (commutation) ou transmise de manière graduelle. Ce sont bien souvent les fameux câbles électriques composés de cuivre qui permettent cette distribution d’énergie.
4. Convertir
Une fois que l’énergie a été distribuée vers les actionneurs, elle doit être convertie pour pouvoir faire fonctionner l’objet technique. L’énergie doit souvent être convertie en une autre forme pour être utilisable par le système. On a récupéré l’énergie et elle a été distribuée vers les actionneurs. C’est bien, mais cette énergie électrique doit être convertie en énergie mécanique (ou autre type d’énergie) afin de faire fonctionner notre objet technique !
Les convertisseurs d’énergie, comme les moteurs électriques, les radiateurs, ou les panneaux photovoltaïques, remplissent cette fonction. C’est là qu’interviennent les moteurs, les dynamos, les résistances chauffantes… On peut identifier deux types de moteurs électriques, afin de s’adapter aux deux types de courants (continu ou alternatif) et qui portent le même nom :
- Moteur à courant alternatif
- Moteur à courant continu
5. Transmettre
La dernière étape consiste à transmettre l’énergie convertie pour effectuer l’action désirée. Nous arrivons enfin à la dernière étape qui consiste à délivrer l’énergie mécanique (ou force mécanique) via des mécanismes (les mots sont bien faits, quand même 😉 !), jusque dans les composants qui permettent d’effectuer l’action finale.
Exemples de Chaînes d'Énergie
Afin de mieux visualiser ce à quoi ressemble une chaîne de l’énergie, voici quelques exemples associés à différents appareils et centrales électriques.
Chaîne d’énergie d’un panneau solaire photovoltaïque
Dans le cas de panneaux solaires photovoltaïques, l'énergie d’entrée est l’énergie solaire, récupérée par le biais des rayonnements solaires. La chaîne d’énergie se présente ensuite de cette manière :
- Capter : via les capteurs solaires
- De l’énergie thermique est perdue vers l’extérieur
- De l’énergie électrique est envoyée vers l’appareil à alimenter
Chaîne de l’énergie d’une centrale nucléaire
Dans le cas d’une centrale nucléaire, c’est l’uranium qui est l’énergie d’entrée. La chaîne énergétique se présente de cette façon :
- Alimenter : via le réacteur
- Convertir : grâce au générateur de vapeur qui transforme l’énergie thermique en énergie mécanique
- Transmettre : par l’intermédiaire des turbines et de l’alternateur
Chaîne de l’énergie d’une éolienne
Une éolienne s’alimente grâce à la puissance du vent. La chaîne de l’énergie prend la forme suivante :
- Alimenter : via les pales de l’éolienne (énergie mécanique éolienne devient de l’énergie mécanique cinétique)
- Convertir : en énergie électrique, grâce au rotor de l’éolienne et à l’alternateur
Chaîne d'Énergie vs Chaîne d'Information
La chaîne d’énergie désigne le parcours suivi par l’énergie, depuis sa source jusqu’à son utilisation finale. La chaîne d’information, elle, liste les éléments de l’objet technique qui traitent et captent des informations, et les ordres à donner à la chaîne d’énergie.
Par exemple, l’action “Acquérir” qui entame la chaîne d’information peut être illustrée par le fait de récupérer des informations (données) via un capteur (température, luminosité, etc.). On retrouve quatre principales actions dans la chaîne d’information :
- Acquérir : récupérer l’information
- Traiter : tel un microprocesseur pour ordinateur, le microcontrôleur va analyser les différents types de signaux électriques. C’est en quelque sorte le cerveau de la machine !
- Communiquer : l’objectif est d’assurer l’interface entre l’utilisateur et d’autres systèmes
- Transmettre : donner les ordres à la chaîne d’énergie
Exemple d’une serrure avec chaîne d’information
Pour terminer et mieux comprendre la chaîne d’énergie et d’information, voici l’exemple d’une serrure à code. La chaîne d’information se présente de la manière suivante :
- Alimenter : via une pile électrique
- Distribuer : interface à transistor et relais
- Convertir : via un moteur à courant continu (de l’énergie électrique à l’énergie mécanique)
- Transmettre : réducteur à came qui ouvre la serrure (ou la garde fermée si le code est erroné)
La chaîne d’information envoie quant à elle les ordres à la chaîne d’énergie et traite les informations :
- Acquérir : clavier numérique et bouton de validation du code
- Traiter : carte électronique à microcontrôleur
- Communiquer : lumière verte ou rouge et son pour identifier un bon ou un mauvais code
L’action finale sera de déverrouiller la porte si le code ou le badge est valide.
Tableau Récapitulatif des Blocs Fonctionnels
| Fonction | Description | Exemples |
|---|---|---|
| Alimenter | Récupérer l'énergie brute | Prise électrique, pile, capteurs solaires |
| Stocker | Accumuler l'énergie pour une utilisation ultérieure | Batterie, réservoir, accumulateur |
| Distribuer | Répartir l'énergie vers les composants | Câbles électriques |
| Convertir | Transformer l'énergie en une forme utilisable | Moteurs, dynamos, résistances chauffantes |
| Transmettre | Délivrer l'énergie pour l'action finale | Mécanismes |
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