1. Modèle d’une chaine énergétique

Dans toute transformation, l’énergie se conserve en quantité. (l’énergie après transformation est égale à celle avant transformation).

L’énergie peut être stockée (l’énergie chimique par exemple), ou peut se transformer en une autre forme d’énergie.
On construit alors une chaine énergétique pour représenter ces transformations.

Une chaine énergétique est constituée par :

— Des réservoirs d’énergie représentés par des rectangles.
— Des convertisseurs d’énergie qui transforment une forme d’énergie en une autre représentés par des cercles.
— Des transferts d’énergie représentés par des flèches.

Une chaine énergétique est donc représentée sur le modèle suivant :

L’énergie se conserve donc on a la relation : E_a = E_u + E_p

Remarque : L’énergie perdue correspond souvent à de l’énergie dissipée sous forme de chaleur.

1.1. Chaines énergétiques : l’éolien

Le vent fait tourner les pales de l’éolienne, qui fait tourner l’alternateur qui produit le courant électrique.
Les objets en mouvement perdent de l’énergie sous forme de frottement (transformation d’énergie de mouvement en
chaleur).

1.2. Chaine énergétique : Panneau solaire photovoltaïque

Le soleil transmet ses photons sur le panneau solaire, qui transforme par les cellules photovoltaïques l’énergie lumineuse en courant électrique pour être stocké dans la batterie du smartphone.
Le flux de photons qui passe dans les différents objets perdent de l’énergie sous forme de frottement (transformation d’énergie de mouvement en chaleur).

2. Le rendement d’une chaine énergétique

D’un point de vue physique, l’énergie ne se produit pas, ni se consomme, elle se transforme ou se convertit d’une forme en une autre.

Lors d’une transformation ou d’une conversion, toute l’énergie entrante n’est pas extraite en énergie de sortie (souhaitée ou utile), une partie est « perdue » sous forme de chaleur dispersée dans l’environnement.

Le rendement d’une chaine énergétique est donné par le rapport entre l’énergie utile W_u (ou la puissance utile P_u) et l’énergie absorbée W_a (ou la puissance absorbée P_a). On la relation :

Lorsqu’un système convertit de l’énergie d’une forme à une autre, une partie de l’énergie absorbée est convertie en une forme non utilisable, généralement en chaleur. On définit :

• P_u : puissance utile, puissance dont l’utilisateur dispose ;
• P_a : puissance absorbée, puissance reçue par le système ;
• P_P : puissance perdue, puissance qui correspond aux pertes.

Le rendement η , rapport de l’énergie sortante sur l’énergie entrante, est donc inférieur à 100%. Le rendement η est donc un nombre sans unité et inférieur à 1.

Remarque : Le rendement d’un moteur thermique vaut environ 40 % et celui d’un moteur électrique peut atteindre 95 %.