corrige physique chimie

re STI2D
STL
Physique
Chimie
Jean-Pierre Durandeau
Jean-Marie Bélières
Jean-Louis Berducou
Paul Bramand
Marie-Jeanne Comte
Jean-Claude Larrieu-Lacoste
Cédric Mazeyrie
Table des matières
1 Comment s’habiller, naturel ou synthétique ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Comment fabriquer des molécules géantes ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3 Comment se protéger du chaud et du froid ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4 Quelles énergies pour l’habitat ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5 Comment accumuler de l’énergie ?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
6 Comment limiter les pertes d’énergie dans une habitation ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
7 Comment chauffer avec des appareils électriques ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
8 Quel est le rendement des appareils électriques non chauffants ?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
9 Comment est distribuée l’énergie électrique ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
10 Quelle quantité d’énergie peut fournir un combustible ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
11 Comment s’éclairer efficacement ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
12 Comment s’isoler des bruits de voisinage ?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
13 Quel est le principe d’une échographie ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
14 Antiseptiques et désinfectants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
15 Qu’est-ce qu’une réaction d’oxydoréduction ?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
16
Quel est le rôle des ondes électromagnétiques pour la santé ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
17
Comment mesurer une vitesse ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
18 Qu’est-ce que l’énergie mécanique ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Couverture : npeg.fr
Maquette et mise en page : Nicolas Balbo
Schémas : Domino
© HACHETTE LIVRE 2011, 43, quai de Grenelle, 75905 Paris Cedex 15 
ISBN 978-2-01-181502-6
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Le Code de la propriété intellectuelle n’autorisant, aux termes de l’article L. 122-4 et L. 122-5, d’une part, que les « copies ou 
reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective », et, d’autre part, 
que « les analyses et courtes citations » dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation ou reproduction intégrale 
ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants cause, est illicite ».
Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, sans autorisation de l’éditeur ou du centre français de 
l’exploitation du droit de copie (20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris), constituerait donc une contrefaçon sanctionnée 
par les Articles 425 et suivants du Code pénal.
Avant-propos
Le livre du professeur, qui accompagne le manuel de 
l’élève, comporte les corrigés des activités et des exercices proposés dans chaque chapitre.
Les activités dans le manuel
Nous n’avons pas choisi une méthode déductive fondée  sur  la  présentation  d’un  cours  préalable  suivi 
d’exercices d’application, car  le  dogmatisme qu’elle 
peut engendrer nous paraît inadapté dans les classes  
d’enseignement technologique.
La  démarche  adoptée  privilégie  la  construction  des 
connaissances et des capacités à partir de situations 
problèmes puisées dans l’environnement technique 
de l’élève  et formulées dans le langage courant.
Les exercices
Dans le livre du professeur, nous fournissons les solutions des exercices figurant dans les cinq rubriques 
du manuel de l’élève.
• Tester ses connaissances
Cette forme de présentation et d’évaluation (Q.C.M.) 
se répand de plus en plus et présente l’avantage de 
développer l’esprit critique. Cette rubrique permet à 
chaque élève de tester rapidement les connaissances 
fondamentales du chapitre.
• Apprendre à résoudre
Cette rubrique comporte deux exercices portant sur 
le même thème ; le premier est progressif, le second, 
plus  direct,  nécessite  une  plus  grande  initiative  de 
l’élève.
• Tester ses capacités
Ces exercices simples traitent des capacités énoncées 
dans le programme. Chaque exercice concernant une 
seule capacité, l’élève peut  en vérifier plus facilement 
l ’acquisition.
• Applications technologiques
Les exercices concernés relèvent d’un niveau de difficulté  supérieur :  il  s’agit  d’appliquer  ses  connaissances et ses savoir-faire dans des contextes différents 
de ceux des activités et de l’essentiel du cours, en particulier dans la vie professionnelle. Nous avons intégré dans cette rubrique des exercices dont le thème 
est le « développement durable ».
• Le coin du chercheur
Ces  exercices  demandent  une  plus  grande  autonomie et davantage de recherche : le travail en groupes 
se prête particulièrement à la résolution de ces exercices.
Le livre du professeur constitue un outil indissociable 
du manuel, au service des collègues pour le bénéfice 
de leurs élèves. Nous acceptons bien volontiers leurs 
suggestions et critiques.
Pour  aider  le  professeur  dans  sa  tâche,  le  Livre
numérique permet de projeter en permanence 
tous  les  documents  (vidéos,  animations..  )  nécessaires  à  la  mise  en    œuvre  et  à  l’exploitation  du 
manuel de l’élève.
 3
1
Comment s’habiller, naturel ou synthétique ?
DOCUMENTS
■ Activité 1 : Comment connaître le matériau constituant un vêtement ?
1.  Les étiquettes 1 et 3 correspondent à du lin et du coton, matières d’origine végétale.
2.  L’étiquette 2 : le tissu est constitué de polyamide et d’élastanne, matières synthétiques.
■ Activité 2 : Comment distinguer différentes molécules ?
Quels atomes les composent ?
1.  Ces molécules possèdent toutes des atomes de carbone et d’hydrogène.
2.  Les molécules de la première ligne ne comportent que des liaisons simples, celles de la seconde 
ligne possèdent une double liaison entre 2 atomes de carbone.
3.  Les molécules de la 3e et de la 4e ligne possèdent d’autres atomes : azote ou oxygène.
4.  Les molécules de la chimie organique contiennent essentiellement des atomes de carbone, 
d’hydrogène, d’azote et d’oxygène.
■ Activité 3 : Comment repérer quelques groupes fonctionnels ?
1.  Groupe « alcool » : le butan-2-ol et la thréonine ; groupe « acide carboxylique » : acide 
propanoïque et thréonine ; groupe « amine : éthanamine et thréonine ; groupe « ester » : méthanoate 
d’éthyle ; groupe « amide » : propanamide.
2.  La thréonine possède un groupe acide carboxylique, un groupe alcool et un groupe amine : c’est 
un acide aminé.
EXERCICES
Tester ses connaissances
H H H H
|
|
|
|
H—C—C—C—C—H
|
|
|
|
H H H H
Q.C.M. 
1 : A et C ; 2 : A ; 3 : B ; 4 : A ; 5 : A ; 6 : C ; 7 : A ; 8 : A et B ; 
9 : A et B ; 10 : B et C.
Apprendre à résoudre
Alcanes de même formule brute
Niveau l COMPRENDRE
a. Le seul isomère du butane est le 2-méthylpropane : 
Pentane
H
|
H H H H
|
|
|
|
H—C—C—C—C—H
|
|
|
H H
H
H—C—H
H—C—H
H
H
|
|
H—C—C—C—H
|
|
H
H
H—C—H
|
|
|
|
H
H
|
H—C—H
H
H
|
|
H—C—C—C—H
|
|
|
H H H
|
b. Le pentane ; le 2-méthylbutane et le 2,2-diméthylpropane, de formules développées :
|
 
 
2-méthylbutane  
H
2,2-diméthylpropane
Nommer les alcènes
Niveau l APPLIQUER
a. Le propène, seul alcène à 3 atomes de carbone. 
b. Le but-1-ène : CH3 — CH2 — CH = CH2 
et le but-2-ène : CH3 —CH = CH — CH3.
4 • CHAPITRE 1 - Comment s’habiller, naturel ou synthétique ?
 
Tester ses compétences
8. Du modèle à la formule
1. Tissus des vêtements
Sont  d’origine  naturelle :  la  laine  et  la  soie  (origine 
animale), le coton et le lin (origine végétale).
a.
2. Atome de carbone
a. Le  carbone  possède  4  électrons  sur  sa  couche 
externe, il emprunte donc 4 électrons aux atomes voisins pour compléter sa couche externe à 8 électrons.
b. La valence du carbone est 4 : on dit que le carbone 
est tétravalent.
3. Modèle moléculaire du propène
a. Valence du carbone : 4, valence de l’hydrogène : 1.
b. 4  liaisons  lient  chaque  atome  de  carbone  aux 
atomes  voisins,  donc  8  électrons  sont  mis  en  commun.
c. Les atomes d’hydrogène complètent leur couche 
externe  à  2  électrons :  cette  mise  en  commun  de  2 
électrons s’appelle la règle du duet.
H H H
H
|
|
|
U
H —C — C — C — N
U
|
|
|
H
H H H
H O
|
||
H —C — C — O — H
|
H
b.
O
H H
||
|
|
H—C—O—C—C—H
|
|
H H
c.
9. De la formule au modèle moléculaire
a.
4. L’ammoniac
a. 4  doublets  électroniques  (dont  1  doublet  non 
liant) entourent l’atome d’azote.
b. Les  4  doublets  d’électrons  se  repoussent et  les  3 
atomes d’hydrogène forment un triangle équilatéral, 
base de la pyramide dont le 4e sommet est occupé par 
le doublet non liant.
b.
c. Le  modèle  a  bien  la  forme  d’une  pyramide  à 
base triangulaire, dont le 4e sommet est occupé par 
l’atome d’azote.
5. Le dichlore
La molécule de dichlore est linéaire.
c.
6. Formules semi-développées
Alcool : b et f ; acide carboxylique : d ; amine : c ; ester : 
e ; amide :a.
7. Acide lactique
L’acide lactique contient
une fonction
« alcool » et une fonction
« acide carboxylique ».
d.
CHAPITRE 1 - Comment s’habiller, naturel ou synthétique ? • 5
Applications technologiques
13. Bois, coton
10. Solvants industriels
a.  dichlorométhane
a. Dans la molécule de glucose, 5 fonctions alcool :
CH2OH
Cl
|
H—C—H
|
Cl
C
O
C
H
OH
H
C
OH
C
C
OH
H
OH
H
b.  1,1,1-trichloroéthane
Cl H
|
|
Cl — C — C — H
|
|
Cl H
glucose
H
 
b. Formule brute du glucose : C6H12O6 ;
c. Formule brute du motif : C6H10O3.
d. M (motif ) = 6 × M(C) + 10 × M(H) + 3 × M(O) 
c.  trichloroéthène
H
Cl
U
U
C=C
U
U
Cl
Cl
= 130 g.mol–  1 ;
Encadrement : 
130 000 g.mol–  1 < M(cellulose) < 455 000 g.mol–  1.
d.  éthylènediamine
14. Acétate de cellulose
a et  b. Entourées en pointillé les fonctions ester, en 
H H
H
H
|
|
U
U
C
—
C
—
N—
N
U
U
|
|
H
H
H H
gris, les fonctions alcool :
O
C
11. Tissus d’ameublement
O
a. Acide  téréphtalique :  2  fonctions  acide  carboxylique ; éthylène glycol : 2 groupes alcool.
b. L’éthylène  glycol  est  un  dialcool,  car  il  possède 
2  fonctions alcool – OH.
c. A gauche la partie provenant de l’acide, à droite la 
partie provenant du glycol :
CH3
CH3
CH2
CH
CH
O
HO CH
O
C
O
O
O
CH
HO CH
CH
O
C
H3C
CH3
CH
C
C
O
CH
CH
CH
O
O
O
O
15. Carburants de moteurs
a. Heptane : 
CH3 —(CH2)5 — CH3
12. Les mousses de polyuréthane
a. Les atomes C, N et O ont leur couche externe à 8 
électrons.
b. C  établit  4  liaisons,  N  établit  3  liaisons  et  O, 
2 liaisons.
c. Les groupes « uréthane » –NH – COO – :
O
O
C
CH
N
C
H HC
N
C
b. Hexadécane : 
CH3 — (CH2)14 — CH3
et 2,2,4,4,6,8,8-heptaméthylnonane : 
CH3 — C(CH3)2 — CH2 — C(CH3)2 — CH2 — 
CH(CH3) — CH2 — C(CH3)2 — CH3
16. Le TFE
O
C
et 2,2,4-triméthylpentane : 
CH3 — C(CH3)2 — CH2 — CH(CH3) — CH3.
Formule développée du TFE : 
O
CH2 CH2
CH H
CH
6 • CHAPITRE 1 - Comment s’habiller, naturel ou synthétique ?
F
F
U
U
C=C
U
U
F
F
 
Le coin du chercheur
17. Industrie : le reformage catalytique
a. H3C – (CH2)5 – CH3 
→ H3C – CH(CH3) – CH2 – CH(CH3) – CH3
b. H3C – (CH2)4 – CH3 → C6H6 + 4H2
c. et d. Cet alcane est obtenu à partir de l’heptane ; la 
réaction est celle du a. :
H3C – (CH2)5 – CH3 
            Heptane
a.  but-1-ène
CH2 = CH — CH2 — CH3
b. but-2ène
CH3 — CH = CH — CH3
c.  2-méthylprop-1-ène
→ H3C– CH(CH3) – CH2 – CH(CH3) – CH3.
           
CH2 = CH — CH3
|
CH3
2,4-diméthylpentane
18. Industrie : le vapocraquage
a. H3C – CH3 → CH2 = CH2 +  H2 (déjà équilibrée) ;
b. H3C – CH2 – CH2 – CH3 → 2CH2 = CH2 +  H2
c. H3C – CH2 – CH2 – CH3 → CH3 – CH = CH2 +  CH4
19. Préparation industrielle des alcools
a. H2C = CH2 + H2O   → CH3 – CH2OH .
b. C’est le catalyseur ; il n’intervient pas dans la réaction.
c. 1  mole  d’éthanol  formée  pour  1  mole  d’éthène 
consommée.
d. M(éthène) =  28 g.mol–  1 ; M(éthanol) =  46 g.mol–  1 
donc la masse d’éthène nécessaire est : 
m(éthène) = 12 × 28 ⁄ 46 =  7,3 tonnes.
d. méthylcyclopropane
H3C
CH
H2C
CH2
H2C
CH2
H2C
CH2
e.  cyclobutane
CHAPITRE 1 - Comment s’habiller, naturel ou synthétique ? • 7
2
Comment fabriquer des molécules géantes ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Comment réaliser la polymérisation
et la dépolymérisation du plexiglas ?
1.  Un liquide transparent se dépose dans le tube : le monomère du plexiglas appelé méthacrylate 
de méthyle.
2.  Dans cette expérience, le plexiglas est fondu (dépolymérisé) puis synthétisé à nouveau.
Cette récupération de matière est réalisable avec la plupart des matières des thermoplastiques.
■ Activité 2 : Comment synthétiser un nylon ?
1.  Les deux liquides ne se mélangent pas : la phase la plus dense est la phase organique contenant 
le dichlorure de sébaçoyle.
2.  La réaction de polycondensation s’effectue à l’interface entre les deux liquides. On peut dérouler 
le fil de polyamide jusqu’à épuisement d’un des deux réactifs.
■ Activité 3 : Comment synthétiser un polymère à partir
de substances naturelles ?
Dans le cas des bioplastiques, il n’y a pas d’utilisation de matières fossiles, la matière première est 
renouvelable, les produits sont biodégradables (ils s’éliminent naturellement, assez rapidement). La 
production est peu onéreuse.
Inconvénient : ces polymères possèdent des propriétés mécaniques moins intéressantes et sont 
donc réservés aux emballages.
DOCUMENTS
■ La fabrication des composites
Répondre aux questions
1.  Articles de sport en composite : raquettes, skis, surfs, planches à roulettes, cadres de vélo, coques 
de chaussures de montagne, cannes à pêche…
2.  Lors de la pultrusion, le composite est mis en forme dans la filière de préformage. La 
polymérisation de la résine s’effectue dans la filière de durcissement. La cadence de la chaîne est 
réglée par l’appareil de traction.
3.  En 8 heures de fonctionnement soit 480 min, on forme 480 × 0,6 = 288 m de barres.
288 ÷ 0,75 = 384. On forme donc 384 barres.
8 • CHAPITRE 2 - Comment fabriquer des molécules géantes ?
EXERCICES
Tester ses connaissances
2. Interactions entre chaînes
Q.C.M.
Les  liaisons  hydrogène  relient  les  atomes  d’hydrogène  avec  les  atomes  d’oxygène  les  plus  proches  et 
qui leur font face dans la chaîne voisine.
1 : A, B et C ;  2 : A et C ; 3 : A et C ; 4 : B et C ; 
5 : A et C ; 6 : A.
Apprendre à résoudre
Le PVC
a
Niveau l COMPRENDRE
( CH2 — CHCl —
) 
a. Le motif du PVC :  —
1
( CH2 — CHCl —
)n
b. La formule du polymère est :  —
c.  Formule : CH2  = CHCl, le chlorure de vinyle ou 
c
b
2
d
3
f
e
4
5
6
7
chloroéthène.
g
Un polyamide, le nylon 4-6
m
o
n
p
q
Niveau l APPLIQUER
a. HOOC – (CH2)4 – COOH et H2N – (CH2)4 – NH2 ; 
8
9
10
11
12
13
14
O
H
||
|
HO — C — (CH2)4 — C — OH
H — N — (CH2)6 — N — H
||
|
+
O
H
acide 1,6-hexanedioïque
hexane-1,6-diamine
O
H
||
|
→ HO— C — (CH2)4 — C — N — (CH2)6 — N — H + H2O
||
|
O
H
groupe amide
eau
b. Motif du polymère :
3. Le polyéthène
a.  …CH2 = CH2 + CH2 = CH2 + … →  …. – CH2 – CH2 – 
CH2 – CH2 - ….
b.
n(CH2 = CH2) → —
( CH2 — CH2 —
)
n
—
( OC — (CH2)4 — CO — NH — (CH2)6 — NH —
)
c. Il y a expulsion de molécules d’eau.
4. Le rilsan
a. H2N – (CH2)10 – COOH + H2N – (CH2)10 – COOH 
→  H2N – (CH2)10 – CO  – NH – (CH2)10 – COOH + H20
b. La fonction « amide » s’est formée :
Tester ses compétences
O
||
—C—N—
|
H
1. Liaisons dans la chaîne
a.
O
||
1. — CH2 — CH2 — C — O —
c. Le polymère formé : 
2. — CH2 — CH2 —
—
( HN — (CH2)10 — CO —
)
n
5. Quel monomère ?
O
||
3. — C — N — CH2 — CH2 —
|
H
a. Le motif est:    –CH2 – CH(CH3) – ; 
b. Simple liaison carbone-carbone ; on a donc une 
polymérisation par addition ;
b. Les  liaisons  sont  assurées  par  les  groupes 
d’atomes :
O
||
1.  — C — O —
Liaisons  hydrogène  établies  entre  :  (b  ;  2),  (b  ;  3), 
(e ; 5), (e ; 6), (n ; 10), (n ; 11), (q ; 13), (q ; 14).
O
||
2.  — CH2 — 3.  — C — N —
|
H
    
    
c. Le monomère est le propène : 
CH2 = CH – CH3.
Le  polymère  est  donc  le  polypropène  appelé  aussi 
polypropylène dont le logo industriel est le n°5.
6. Types de polymérisation
Polyaddition : b ; polycondensation : a et c.
CHAPITRE 2 - Comment fabriquer des molécules géantes ? • 9
7. Le nylon 6-10
a. Les logos des flacons de produits chimiques indiquent des produits nocifs et corrosifs, donc on opère 
sous la hotte avec blouse, gants et lunettes.
b. La diamine, moins dense, se place au-dessus du 
diacide.  L’opérateur  pince  une  partie  de  l’interface 
des deux liquides et étire un fil de nylon (polyamide) 
autour d’un agitateur en verre. 
Dessin :
11. Préparation d’une fenêtre
a. Δl (PMMA) = l0. λ.Δt = 1 500 × 7 × 10–  5 × 50 
= 5,25 mm. 
b. Δl (aluminium) = 1 500 × 2,2 × 10–  5 × 50 = 1,65 mm.
c. Δl(PMMA) – Δl(aluminium) = 5,25 – 1,65 = 3,60 mm. 
Comme 3,6 mm < 5 mm, le jeu de 5 mm prévu par le 
constructeur est suffisant pour cet écart de température.
12. Le caoutchouc naturel
a. La molécule contient 2 doubles liaisons ; 
b. Le  nom  du  monomère  est  :  2-méthylbuta-1,3diène ; 
Fil de nylon
c. Le motif du polymère est :
—
( H2C — C = CH — CH2 —
)
|
CH3
Hexane, 1-6-diamine
Dichlorure de sébacoyle
Il comprend 5 atomes de carbone et 8 atomes d’hydrogène.
d. Les ponts soufrés s’installent au niveau d’un car-
8. Élimination des matières plastiques
a. Le  polyméthacrylate  de  méthyle,  le  polystyrène 
peuvent être dépolymérisés.
b. Les  thermoplastiques  en  général,  aux  additifs 
près, sont recyclables.
c.
—
( CH2 — CHCl —
)n + 5n⁄2 O2 (g)
→ 2n CO2 (g) + n HCl (g) + n H2O (g)
Le gaz polluant est le chlorure d’hydrogène. 
bone lié par une double liaison : celle-ci disparaît. Les 
fibres sont reliées par des atomes de soufre et constituent un réseau : le polymère améliore ses propriétés 
mécaniques (élasticité) et reprend aisément sa forme 
initiale après un étirement.
13. Le kevlar
a. La  molécule  A  contient  2  groupes  «  amine  »  ;  la 
molécule B, 2 groupes « acide carboxylique ».
b. La  fonction  «  amide  »  assure  la  liaison  entre  les 
deux molécules.
Applications technologiques
c. n(COOH – C6H4 – COOH) + n(H2N – C6H4 – NH2)  
9. Analyse d’un monomère
Le kevlar appartient à la famille des polyamides. 
a. Masse molaire moyenne : 97 g.mol–1. 
b. Masses des différents atomes : C : 24 g ; H : 2 g ; 
Cl : 71 g. 
La formule brute est : C2H2Cl2.
c. Les deux différentes formules développées :
H Cl
H Cl
|
|
|
|
C = C ou C = C
|
|
|
|
H Cl
Cl H
10. Tissu de paysage de jardin
a. À 25 °C, la limite d‘élasticité est de 36 kN.m–  2 ; 
à – 40 °C, de 54 kN.m–  2. Donc une bonne résistance 
à froid. 
b. À 25 °C : 200 % soit 60 cm d’allongement ; à – 40 °C : 
20 % soit 6 cm d’allongement, donc un allongement 
10 fois plus faible.
→ —
( CO – C6H4 – CO – NH – C6H4 – NH —
) + 2n (H2O). 
n
d. Dans la conformation n° 1, il y a répulsion entre 
les atomes d’hydrogène des deux cycles trop proches 
donc  la  conformation  linéaire  n°  2  est  la  plus  fréquente.
e. Les  nombreuses  interactions  entre  les  atomes 
d’oxygène et ceux d’hydrogène de deux chaînes voisines entraînent la forte solidité du polymère.
Le coin du chercheur
Les gouttes d’eau, de 1 à 4 mm de diamètre (20 000 
fois  plus  grosses)  ne  traversent  pas  les  pores  d’une 
membrane  Windstopper  ou  Goretex  qui  ont  euxmêmes un diamètre moyen de 0,2 mm.
À l’état gazeux, les molécules d’eau  provenant de la 
transpiration, de diamètre 0,4 nm, sont 500 fois plus 
petites  que  les  pores  ;  elles  traversent  aisément  la 
membrane. 
10 • CHAPITRE 2 - Comment fabriquer des molécules géantes ?
3
Comment se protéger du chaud et du froid ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Quelle est la caractéristique des revêtements ou vêtements
qui protègent du froid ?
Trois canettes sont recouvertes de 
revêtements différents, on verse 
simultanément, à l’aide d’entonnoirs, 
250 mL d’eau chaude à 40 °C environ 
dans chaque canette, on insère 
les capteurs, on remue et on lance 
l’acquisition.
On obtient :
–  courbe 1, avec un emballage de 
protection à bulles d’air (5 mm) ;
–  courbe 2, avec un emballage de 
protection en mousse (2 mm) ;
–  courbe 3, avec un tissu en coton.
température (°C)
40
38
1. On peut classer la résistance des 
revêtements à la perte de chaleur en 
fonction de la chute de température 
de l’eau des canettes. Plus la chute de 
36
température est importante sur la durée 
de l’expérience et moins le revêtement 
résiste à la perte de chaleur.
Ainsi dans cette expérience le 
classement des matériaux du plus 
0
résistant au moins résistant est :
–  l’emballage de protection à bulles d’air 
(5 mm) ;
–  l’emballage de protection en mousse (2 mm) ;
–  le tissu en coton.
1
2
3
10
temps (min)
2. Le revêtement qui emprisonne le plus d’air est l’emballage de protection à bulles d’air (5 mm), 
suivi de l’emballage de protection en mousse (2 mm) et celui qui en contient le moins est le tissu en 
coton.
3. On remarque que plus le revêtement emprisonne de l’air et mieux il permet de garder la chaleur 
de la canette. On en déduit que les vêtements qui protègent bien du froid emprisonnent de l’air.
CHAPITRE 3 - Comment se protéger du chaud et du froid ? • 11
■ Activité 2 : Quelle est la caractéristique des revêtements ou vêtements
qui protègent de la chaleur due aux rayonnements solaires ?
Trois lampes identiques sont placées devant 
trois écrans (papier blanc, papier noir, 
couverture de survie), à même distance. 
Derrière chaque écran une sonde de 
température est placée tout contre.  
On enregistre l’évolution de la température 
durant 15 minutes.
température (°C)
1
100
Carton noir
1. La couverture de survie est le 
revêtement qui limite le mieux l’élévation 
de température du capteur, avant le papier 
blanc, et le carton noir.
2. La couverture de survie possède une 
surface réfléchissante qui renvoie les 
rayonnements lumineux de la lampe. Elle 
protège ainsi le capteur de température de 
l’énergie lumineuse de la lampe.
De même le papier blanc diffuse la lumière 
de la lampe, alors que le carton noir 
absorbe les rayonnements de la lampe, ce 
qui provoque la forte augmentation de sa 
température.
Pour se protéger de la lumière du Soleil, 
il faut utiliser des revêtements qui la 
réfléchissent.
50
2
Papier blanc
3
Couverture
de survie
0
0
5
10
15
temps (min)
■ Activité 3 : Comment s’effectuent les transferts thermiques
d’un corps chaud vers un corps froid ?
Expérience 3
Une cuve de spectrophotomètre remplie d’encre noire, et placée dans une cloche à vide 
(p ≈ 100 à 200 hPa, car en dessous le liquide risque de bouillir), est éclairée par une lampe de bureau 
de 40 W, un condenseur concentre le faisceau sur la cuve. Une sonde de thermomètre électronique 
plonge dans le liquide, un pressiomètre électronique permet de surveiller la pression et de remettre 
en route, si nécessaire, la pompe à vide.
Pour atteindre l’équilibre thermique dans la cuve il faut attendre environ 45 minutes :
température (°C)
34
32
30
28
26
24
0
5
10
15
20
25
12 • CHAPITRE 3 - Comment se protéger du chaud et du froid ?
30
35
40
temps (min)
1. L’expérience 1 montre que la chaleur de l’eau, contenue dans le récipient métallique, est 
conduite à travers les tiges vers leurs extrémités, ce qui provoque la fusion de la paraffine.
2. Pour la conduction thermique des matériaux courants testés les tables donnent, à titre 
d’exemples :
Matériau
cuivre
aluminium
carbone
zinc
fer
plomb
verre
Conductivité thermique (W.m–  1.K–  1)
390
237
129
116
80
35
1,2
3. L’expérience n° 2 illustre la convection ; elle montre que des courants d’eau se déplacent dans le 
récipient chauffé. La chaleur se déplace avec la matière qui est chauffée.
4. L’eau chauffée se dilate, sa masse volumique diminue, et la poussée d’Archimède de l’eau 
environnante plus froide, lui donne un mouvement ascendant.
5. Dans l’expérience n° 3 l’encre noire de la cuve est chauffée par la lumière émise par la 
lampe. Cette lumière se propage dans la cuve vidée d’air, ce qui montre que les rayonnements 
électromagnétiques transportent de l’énergie à travers le vide.
TRAVAUX PRATIQUES
■ Mesure de la résistance thermique globale d’un corps chaud recouvert par
différents revêtements
Question préliminaire

θ +θ
S.  2 1 − θext .  .∆ t

 2
RG =
meau .ce au . (θ 2 − θ1 )
Dans cette relation (3) les grandeurs qui peuvent être connues ou fixées, déterminées avant 
l’expérience, sont :
–  la surface d’échange, S ;
–  la température de la pièce, θext ;
–  la masse de l’eau que l’on introduira, meau et ceau ;
–  les températures θ1 et θ2.
Seules les durées de refroidissement des canettes seront données par l’expérience.
Réalisation expérimentale
1.  Il est en effet possible d’utiliser deux capteurs de température et de suivre en même temps 
l’évolution des températures des deux canettes.
2.  Pour que la comparaison soit possible entre les deux situations (avec et sans couverture de 
survie), il est nécessaire d’introduire les mêmes volumes d’eau chaude dans les deux canettes.
3.  Le volume des canettes étant de 33 cL, on peut introduire dans chacune 250 mL d’eau. Il faut 
donc chauffer un volume de 500 mL d’eau. 
Pour simuler le refroidissement du corps humain la température de l’eau des canettes doit être 
voisine au début de l’expérience de 37 °C. Il convient donc de chauffer l’eau à une température 
supérieure à 40 °C pour qu’après son introduction dans les canettes la température de celles-ci 
passe en décroissant par 37 °C.
4.  Les volumes d’eau sont mesurés à l’aide de l’éprouvette graduée.
CHAPITRE 3 - Comment se protéger du chaud et du froid ? • 13
5.  On mesure le diamètre des canettes et leur hauteur.
6.  Il faut un écart de 1 °C entre θ1 et θ2, qui peuvent être par exemple 38 °C et 37 °C.
Résultats de l’expérience
Ces résultats ont été obtenus avec une masse d’eau introduite dans les canettes de 250 g à une 
température de 42 °C. La surface des canettes, de 50 cL, est :
S = 396 cm2 = 3,96 × 10–  2 m2.
température (°C)
42
40
Avec couverture de survie
38
Sans couverture de survie
36
34
0
10
20
30
40
temps (min)
Exploitation de l’expérience
1.  Les durées obtenues, pour un refroidissement des canettes entre θ2 = 38,5 °C et θ1 = 37,5 °C, avec 
une température de la salle θext = 22,1 °C, sont :
–  pour le coton : t = 4,5 min = 270 s ;
–  pour le coton + couverture de survie : t’ = 7,25 min = 435 s.

θ +θ
S.  2 1 − θext .  .t

 2
2.  Avec  RG =
, on a :
meau .ce au . (θ 2 − θ1 )
–  pour le coton seul RG ≈ 0,16 m2.°C.W–  1
–  pour le coton plus la couverture de survie : R’G ≈ 0,26 m2.°C.W–  1.
3.  L’augmentation relative de la résistance thermique due à la couverture de survie est égale à 63 %.
4.  La canette munie de la couverture de survie met environ une demi-heure de plus pour atteindre 
la température de 35 °C.
14 • CHAPITRE 3 - Comment se protéger du chaud et du froid ?
EXERCICES
Tester ses connaissances
Tester ses compétences
Q.C.M.
1 : A, B et C ; 2 : B et C ; 3 : A ; 4 : C ; 5 : B ; 6 : A et B ; 
7 : B ; 8 : C.
1. De la neige au soleil
Apprendre à résoudre
Calcul de flux thermique
Niveau l COMPRENDRE
a. S = 2 × L × l
L = 210 cm = 2,1 m et l = 70 cm = 0,7 m.
S = 2 × 2,1 × 0,7 = 2,94 ≈ 3 m2.
S.(θ i − θe )
b. Φ =
.
RG
c. RG = 4 clo = 4 × 0,155 = 0,62 m2.°C.W–  1.
2. Deux tasses
a. Le polystyrène expansé a une très faible conductivité 
3 × ( 2 8 − 1 5)
d. Φ =
≈ 63 W.
0, 6
62
e. La puissance thermique fournie par le corps de la 
personne pendant son sommeil est :
P = 1,6 × 40 = 64 W.
Cette  puissance  permet  de  compenser  les  pertes 
thermiques du sac de couchage, la personne ne ressentira donc pas le froid.
Calcul d’une résistance thermique
de vêtements
Niveau l APPLIQUER
a. Le flux thermique, Φ, qui doit être évacué par le 
vêtement,  doit  être  égal  à  la  puissance  thermique 
totale,  PT,  que  libère  le  corps  du  randonneur,  pour 
que la température interne du corps soit constante.
La  puissance  thermique  totale  libérée  par  le  corps 
est :
PT = PS . S.
Le flux des pertes thermiques à travers les vêtements 
est donné par la relation :
S.( θ i − θe )
Φ=
.
RG
Comme PT = Φ, on a :   PS . S = 
S.(θ i − θe )
RG
.
On en déduit :
( θ − θe )
(33 − ( − 25))
 = 
 ≈ 0,48 m2.°C.W–  1.
RG =  i
120
PS
b. La résistance thermique des vêtements exprimée 
en unité clo est :
RG = 
La boule de neige enveloppée d’aluminium est protégée de l’énergie des rayons solaires et, comme l’aluminium est un bon conducteur thermique, elle reste à la 
température de la neige du sol et ne devrait donc pas 
fondre.
À  l’inverse  l’écharpe  de  couleur  noire  absorbe  les 
rayonnements solaires et réchauffe la boule de neige 
qui devrait fondre assez rapidement. De plus comme 
l’écharpe de laine est un mauvais conducteur thermique,  elle  isole  la  boule  de  neige  de  la  couche  de 
neige au sol qui ne peut pas la refroidir.
0, 4
48
 ≈ 3,1 clo.
0,155
Il faut donc choisir une tenue polaire légère de 3 clo.
thermique, proche de celle de l’air, et comme l’épaisseur des parois est importante, et que la boite est bien 
fermée,  elle  ne  permet  pas  ou  très  peu  les  échanges 
thermiques entre l’intérieur et l’extérieur de la boîte.
b. Le corps chaud transfère au corps froid de l’énergie  thermique  jusqu’à  ce  que  l’équilibre  thermique 
soit atteint.
c. Par convection et rayonnement. L’air, qui sépare 
les deux tasses est un très mauvais conducteur thermique.
d. Comme  les  tasses  sont  identiques  et  contiennent les mêmes quantités de boissons, on aurait pu 
attendre comme température d’équilibre la moyenne 
des deux températures initiales soit :
(90 + 20)⁄2 = 55 °C.
La  température  d’équilibre  observée  est  inférieure, 
45 °C. On peut en déduire que l’enceinte de polystyrène a des pertes thermiques.
e. Entre 15 et 20 minutes, alors que l’équilibre thermique est atteint entre les deux tasses, on peut noter 
la baisse de leur température. L’enceinte de polystyrène perd bien de l’énergie thermique.
3. La neige, un isolant thermique
a. La conductivité thermique de la neige augmente 
avec sa densité.
b. Plus  la  densité  de  la  neige  est  faible,  plus  elle 
contient  de  l’air.  Comme  l’air  est  un  bon  isolant 
thermique, plus la neige contient de l’air, moins elle 
conduit la chaleur.
c. C’est la neige fraîche qui est le meilleur isolant.
4. Les pieds sur le tapis !
a. Le pied gauche sur le carrelage enregistre une sensation de froid vif, ce qui n’est pas le cas du pied droit 
sur le tapis.
CHAPITRE 3 - Comment se protéger du chaud et du froid ? • 15
b. Tous les objets et les matériaux de la pièce sont en 
équilibre thermique, à la même température, 16 °C.
c. Comme les sensations de chaud et de froid dépendent de la matière en contact avec la peau, et pas seulement de sa température, le corps humain n’est pas 
un bon thermomètre.
d. La différence de sensation s’explique par la différence  de  conductivité  thermique  des  matériaux,  la 
terre cuite conduit beaucoup mieux la chaleur que la 
laine, qui contient de l’air entre ses fibres. Il en résulte 
que le pied gauche cède plus rapidement sa chaleur 
au carrelage que le pied droit au tapis. D’où la sensation de froid ressentie par le pied gauche.
5. Bon conducteur de la chaleur ou pas ?
λ (W.m-1.°C–  1)
Matériaux
λ < 0,05
Azote (gaz) (0,026) ; paille (0,04)
0,5 < λ < 2, 0
Bois (0,1 à 0,4) ; Eau liquide (0,58) ; papier 
100 < λ 
c. Le  bouchon  est  le  point  de  moindre  résistance 
thermique.
d. On  pourrait  remplir  le  vase  d’eau  chaude  et 
prendre une photographie infrarouge du vase, pour 
faire apparaître le lieu des pertes thermiques.
9. Le Fill power ou pouvoir gonflant
a. Le cuin est par définition le rapport d’un volume 
de duvet par sa masse. Ce qui correspond bien à l’inverse d’une masse volumique obtenue en divisant la 
masse par le volume.
b. Un duvet de 800 cuin a :
–  un volume : 
V = 800 × (1 inche)3 = 800 × (2,54)3 = 1,31 × 104 cm3 ;
(0,13) ; huile de moteur (0,15)
–  pour une masse : m = 28,35 g.
Aluminium (210) ; argent (406)
Le volume massique de ce duvet est donc :
6. Un igloo
a.   Φ =
thermique ainsi que la convection. Le rayonnement 
thermique est arrêté par l’argenture sur les faces du 
verre par réflexion.
S.(θ i − θe )
RG
S.(θ i − θe )
10 × (5 − ( − 4
40))
b.   RG =
 = 
= 3 m2.°C.W–  1.
Φ
150
e
c. La relation, R =  donne : e = R . λ ; 
λ
e = 3 × 0,15 = 0,45 m.
L’épaisseur des blocs de neige pour construire l’igloo 
doit donc être au minimum égale à 45 cm.
7. Des objets et des pratiques de tous les jours
a. Comme le bois est un mauvais conducteur de la 
chaleur,  une  cuillère  en  bois  permet  d’éviter  de  se 
brûler.
b. Les  faces  externes  des  casseroles  sont  réfléchissantes  afin  de  limiter  les  pertes  thermiques  par 
rayonnement, entre l’intérieur et l’extérieur de la casserole.
c. Le couvercle permet de limiter le refroidissement 
de la soupe chaude par convection et par rayonnement.
d. L’augmentation de la surface chaude du radiateur 
augmente la surface rayonnante.
e. Les tentures devant les fenêtres piègent une épaisseur d’air isolante entre la fenêtre froide et la pièce, et 
constituent ainsi un bon isolant thermique.
f. Les volets font écran au rayonnement solaire qui 
pénètre dans la maison à travers les vitrages.
  Vmassique =
1, 3
31
1 × 104
≈ 4,62 × 102 cm3.g–  1.
28, 35
c. La  résistance  thermique  du  duvet  augmente 
avec  la  quantité  d’air  qu’il  emprisonne.  Donc,  plus 
le volume massique du duvet sera grand, et mieux il 
résistera  aux  pertes  thermiques.  La  résistance  thermique d’une couette est donc inversement proportionnelle à la masse volumique du duvet.
d. La  qualité  d’une  couette  est  liée  à  son fill power 
qui  augmente  avec  le  volume  massique  du  duvet. 
Plus le volume de duvet est grand et plus sa masse est 
petite et meilleure est la qualité du duvet. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, il faut limiter la 
masse de duvet dans le sac de couchage, pour éviter 
de la tasser.
e. Le compartimentage permet d’éviter que le duvet 
ne glisse dans le sac de couchage, et n’assure plus la 
protection contre le froid au niveau des surfaces les 
plus en hauteur du dormeur allongé.
f. C’est un avantage au niveau du poids, il est préférable de porter un sac léger.
10. Un congélateur
a. La source chaude est la pièce et la source froide 
l’intérieur du congélateur. Le transfert d’énergie thermique s’effectue donc de la pièce vers l’intérieur du 
congélateur.
b. Le congélateur ne perd pas de la chaleur, mais en 
gagne, ce qui est un inconvénient. C’est donc un gain 
d’énergie thermique et non une perte.
8. Le vase Dewar
a. Les trois modes de propagation de la chaleur sont : 
c. S = (2 × 1,2 + 2 × 0,6) × 0,8 + 2 × (1,2 × 0,6) = 4,32 m2.
la conduction, la convection et le rayonnement.
b. Le vide entre les deux parois limite la conduction 
d. Φ =
16 • CHAPITRE 3 - Comment se protéger du chaud et du froid ?
S.(θ c − θ f )
RG
 = 
4, 32
3 2 × ( 20
20 − ( − 1
18
8) )
≈  46 W. 
3, 6
11. Mesure en laboratoire de la résistance
thermique d’une moquette
a. Le refroidissement est assuré par un courant d’eau 
froide.
b. L’échantillon est un carré de 300 mm de côté, soit 
0,3 m. S = 0,3 × 0,3 = 0, 09 m2.
c. L’épaisseur des échantillons ne doit pas dépasser 
50 mm, soit 5 cm.
d. La relation, Φ =
S.(θ i − θe )
RG
, donne  RG =
S.(θ i − θe )
Φ
.
Avec les valeurs données on a : 
RG =
0, 09
0 9 × (1
18
8, 4 )
≈ 0,11 m2.°C.W–  1.
15
e. La résistance thermique de la moquette est inférieure à la valeur maximum, 0,17 m2.°C.W–  1, et peut 
être utilisée sur un plancher chauffant.
12. Les fibres textiles
a. Les  fibres  creuses  contiennent  de  l’air,  qui  présente la résistance thermique la plus élevée possible. 
Ces fibres résisteront donc mieux aux pertes de chaleur que les fibres pleines qui auront une résistance 
thermique plus faible.
b. La paraffine permet de capter la chaleur du corps 
si sa température est trop élevée, en cas d’efforts par 
exemple. Pour cela la paraffine solide change d’état : 
en passant de l’état solide à l’état liquide (fusion) elle 
emmagasine de l’énergie. Elle restitue cette chaleur 
en repassant à l’état solide si la température du corps 
diminue, en le réchauffant.
Actualités techniques
13. Les revêtements thermiques
a. Un  bouclier  thermique  permet  de  protéger  les 
pièces de l’avion, ou des engins spatiaux, qui ne supporteraient pas les hautes températures. De plus pour 
ce qui concerne les engins spatiaux il assure la survie 
des cosmonautes lors de la rentrée dans l’atmosphère 
terrestre.
b. Les céramiques ont une faible conductivité thermique, sont légères et résistent aux hautes températures.
c. Le  rendement  des  moteurs  d’avion,  augmente 
avec  leur  température  de  fonctionnement.  Donc  la 
consommation  des  moteurs  d’avion  diminue  avec 
leur température de fonctionnement. Les céramiques 
devront donc être capables de supporter des températures encore plus élevées.
Le coin du chercheur
Photographie n° 1 : elle nous montre qu’une couche 
de très faible épaisseur (150 mm) est capable de faire 
chuter  la  température  de  150 °C.  Ce  qui  montre  la 
grande résistance thermique (ou la faible conductivité) des céramiques.
Photographie n° 2 :  elle  nous  montre  l’organisation  tubulaire  de  la  céramique,  qui  pourrait  ressembler  à  celle  d’un  tapis  de  laine,  ou 
d’une  fourrure.  Elle  emprisonne  de  l’air  entre 
les tubes, ce qui diminue sa conductivité. 
 
CHAPITRE 3 - Comment se protéger du chaud et du froid ? • 17
4
Quelles énergies pour l’habitat ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Quelles sont les énergies les plus utilisées dans l’habitat ?
1.  Le chauffage est le plus important poste de dépense d’énergie puisqu’il représente à lui seul 65 % 
de l’énergie consommée.
Le gaz est la source d’énergie la plus utilisée pour le chauffage (39,5 %), ce qui représente 26 % de 
l’énergie totale consommée (0,395 × 0,65). Le gaz est de plus utilisé pour la cuisson et l’eau chaude 
sanitaire.
L’électricité est la deuxième source d’énergie utilisée pour le chauffage, 31,3 %, soit 20,3 % 
(0,313 × 0,65) de l’énergie totale. De plus l’électricité spécifique représente 16 % de la 
consommation totale.  
Le chauffage électrique et l’électricité spécifique représentent un pourcentage de 20,3 + 16 = 36,3 %  
de l’énergie totale. De plus, l’électricité est aussi utilisée pour la cuisson et l’eau chaude sanitaire.  
Le pourcentage de l’électricité dans la consommation d’énergie de l’habitat est donc supérieur
à 36,3 %.
On peut donc dire que l’électricité est la source d’énergie la plus utilisée dans l’habitat  
(chauffage + électricité spécifique + cuisson + ECS) suivie du gaz (chauffage + cuisson + ECS).
2. Le froid est produit par les congélateurs et les réfrigérateurs. L’énergie consommée par ces 
appareils correspond à 25 % de l’électricité spécifique, soit à 4 % (0,25 × 0,16) de l’énergie totale 
consommée.
Comme l’électricité correspond à environ 36,3 % de l’énergie totale consommée, la fraction de 
l’énergie électrique utilisée pour la production de froid est égale à :
100 × (4 ⁄ 36,3) = 11 %.
■ Activité 2 : Quelle quantité d’énergie consommons-nous par an
dans l’habitat ?
Le site eco-watt.fr (http://www.eco-watt.fr/) permet d’effectuer les calculs à partir des 
consommations d’énergies et de la surface habitable. C’est un moyen rapide de vérification des 
calculs de conversion des énergies.
■ Activité 3 : Comment calculer l’énergie consommée par un appareil ?
1.  La courbe E = f(t) est une droite passant par l’origine. C’est une relation linéaire et E est donc 
proportionnel à t.
2. La pente de la droite permet de retrouver la puissance nominale que consomme l’appareil.
3. E = P . t
18 • CHAPITRE 4 - Quelles énergies pour l’habitat ?
EXERCICES
Tester ses connaissances
Tester ses compétences
Q.C.M.
1. : A et B ; 2. : C ; 3. : B ; 4. : C ; 5. : A ; 6. : A.
1. Les énergies renouvelables pour quels
usages ?
a.
Eau chaude 
sanitaire
Éclairage
Production 
de froid
Utilisation
Éolienne
x
x
x
Solaire photovoltaïque
x
x
x
Choix d’un congélateur armoire
Niveau l COMPRENDRE
a. Ecoénergie = 263 – 234 = 29 kWh.an–  1.
Énergie
b. Ecofinancière = 29 × 0,13 = 3,77 euros.an–  1.
c. La différence des prix d’achat est :
 D = 372 – 234 = 138 euros.
Le nombre d’années pour amortir cette somme est :
n = 138 ⁄ 3,77 = 37 années.
d. Comme  la  durée  d’amortissement  excède  de 
beaucoup  la  durée  de  vie  de  l’appareil,  il  est  préférable d’un point de vue financier, d’acheter l’appareil 
de classe A.
e. L’économie  financière  de  consommation  d’électricité par an devrait être au minimum :
Ecofinancière = 138 ⁄ 15 = 9,20 euros.
Le prix du kWh correspondant est :
Prix = 9,2 ⁄ 29 = 0,32 euro par kWh.
Soit environ deux fois et demie celui actuel.
Capteurs solaires pour l’eau chaude sanitaire
Niveau l APPLIQUER
a. Eap = 3 000 × 40 % = 1 200 kWh.
b. L’économie de consommation électrique annuelle 
avec un chauffe-eau solaire est :
Ec = 3 000 – 1 200 = 1 800 kWh.
Soit  une  économie  financière  par  an  de :  126 euros 
(1 800 × 0,07).
Le  surcoût  d’achat  et  d’installation  du  chauffe-eau 
solaire serait amorti au bout de :
3 000 ⁄ 126 ≈ 24 ans.
c. C’est un investissement sur un long terme.
C’est une attitude citoyenne pour limiter la consommation d’énergies non renouvelables et la production 
de CO2.
Le  prix  de  l’énergie  augmentera  (et  probablement 
beaucoup) dans les prochaines années. Or l’énergie 
solaire est gratuite.
Chauffage
 central
Apprendre à résoudre
Solaire thermique
x
x
Bois
x
x
Géothermie et aérothermie
x
x
b. L’énergie électrique produite par une éolienne ou 
par les panneaux solaires photovoltaïques permet, en 
théorie, de satisfaire tous les usages de l’énergie dans 
la maison (chauffage, électroménager, éclairage…).
c. Les limites de la production de l’énergie électrique 
par l’éolien et le photovoltaïque sont liées au climat 
(vent  et  couverture  nuageuse),  à  l’alternance  jour/
nuit.  L’énergie  n’est  pas  nécessairement  disponible 
lorsque l’on en a le plus besoin. De plus la quantité 
d’énergie  produite,  en  particulier  par  le  photovoltaïque, est petite au regard des besoins pour le chauffage d’une maison.
2. Cuisson d’un poulet
a. E = P . t ; avec E en kW, et t en heures.
b. P = 1 500 W = 1, 5 kW ; t = 1,25 h (15 minutes = ¼ h).
E = P . t = 1,5 × 1,25 = 1,9 kWh.
c. Le coût de la cuisson est : 1,9 × 0,13 = 0,25 euro.
3. Le moteur chauffe
a.
b.
c.
d.
Eélec. = P . t = 285 × 4 = 1 140 J.
Eméca. = Pu . t = 170 × 4 = 680 J.
r = Eméc. ⁄ Eélec. = 680 ⁄ 1 140 = 0,60 soit 60 %.
L’énergie perdue, lors de la transformation d’énergie  (électrique  en  travail),  se  retrouve  sous  forme 
d’énergie thermique (énergie dégradée) qui chauffe 
le moteur.
4. Puissances d’appareils domestiques
Aspi-
Appareil
rateur
Puissance
1 400 W
Chauffeeau 
instantané
11 kW
Ordi-
Radio-
Sèche-
nateur
réveil
linge
100 W
5 W
2,5 kW
5. Consommation des appareils
électroménagers et panneaux photovoltaïques
a. Consommation annuelle du lave-linge :
E = P . t = 48 × 4 × 1 = 192 kWh.an–  1.
CHAPITRE 4 - Quelles énergies pour l’habitat ? • 19
b. L’énergie consommée par semaine d’utilisation du 
fer à repasser est E = 264 ⁄ 48 = 5,5 kWh par semaine.
Comme  la  puissance  du  fer  à  repasser  est  égale  à 
1 000 W soit 1 kW, le fer à repasser est utilisé 5,5 heures 
par semaine (t = E ⁄ P = 5,5 ⁄ 1).
c. E = P . t = 0,5 × 335 × 4 = 670 kWh.
d. Pour produire cette énergie il faudrait une surface 
de panneaux solaires voltaïques :
S = 4 400 ⁄ 60 = 73 m2.
Cette surface est trop grande pour pouvoir être installée sur la toiture d’une maison de ville.
Applications technologiques
6. Attention aux veilles !
a. Télévision,  lecteur  CD,  décodeur  ADSL,  imprimante, écran d’ordinateur…
b. L’énergie consommée est donnée par la relation : 
E = P . t
P = 60 W = 60 × 10–  3 kW ; 
t = 1 an = 24 × 365 = 8,76 × 103 heures.
E = 60 × 10–  3 × 8,76 × 103 ≈ 525 kWh.
Le coût de cette consommation est :
C = 525 × 0,13 = 68,25 euros par an.
c. La part de l’électricité consommée pour la veille 
des appareils, par rapport à la consommation d’électricité d’un ménage, est :
525
× 100  ≈ 10 %.
p = 
5500
d. Comme il y a 27,6 millions de ménages en France, 
l’énergie électrique consommée par an pour la fonction veille des appareils est :
Etotale = 27,6 × 106 × 525 × 103 = 14,5 × 1012 Wh 
= 14,5 TWh.
La production d’énergie électrique éolienne ne permet pas de couvrir l’énergie des appareils en veille.
e. Couper  l’alimentation  de  ces  appareils  lorsque 
l’on ne les utilise pas.
7. L’éclairage du logement et les économies
d’énergie.
a. Les pièces qui consomment le plus d’énergie pour 
l’éclairage sont dans l’ordre :
–  Salon-Séjour- Salle à manger : 37 % ;
–  Cuisine : 17 %.
b. L’énergie  moyenne  consommée  pour  l’éclairage 
d’un logement est de 365 kWh par an. Ce qui donne :
–  Salon - Séjour- Salle à manger : 0,37 × 365 = 135 kWh 
par an ;
–  Cuisine : 0,17 × 365 = 62 kWh par an.
c. Cuisine : P = 148 ⁄ 2 = 74 W ; t = 62 000 ⁄ 74 
≈ 840 heures par an ; soit par jour :
840 ⁄ 330 ≈ 2,5 heures.
20 • CHAPITRE 4 - Quelles énergies pour l’habitat ?
Salon-Séjour – Salle à manger : P’ = 454 ⁄ 2 = 227 W ; 
t’ = 135 050 ⁄ 227 ≈ 595 heures par an ; soit par jour :
595 ⁄ 330 ≈ 1,8 h.
d. La consommation d’énergie des lampes à incandescence est, par an, égale à :
E = 0,66 × 365 ≈ 241 kWh par an.
Cette  consommation  sera  divisée  par  5  avec  les 
lampes basse consommation soit :
E’ = 241 ⁄ 5 ≈ 48 kWh.
L’économie serait alors de 193 kWh par an.
e. Consommation  électrique  moyenne  par  an  des 
ménages pour l’éclairage de leur logement en 2013 :
365 – 193 = 172 kWh par an.
8. La consommation d’un lave-linge
a. La résistance électrique est le siège d’une transformation d’énergie électrique en chaleur, et le moteur 
d’énergie électrique en travail mécanique.
b. Résistances électriques : 
t1 = 17 minutes = 17 ⁄ 60 ≈ 0,28 h.
Moteur pour le lavage : 
t2 = 43 minutes = 43 ⁄ 60 ≈ 0,72 h.
Moteur pour l’essorage : 
t3 = 15 minutes = 15 ⁄ 60 = 0,25 h.
c. E = P1.t1 + P2.t2 + P3.t3 
= 1,7 × 0,28 + 0,13 × 0,72 + 0,17 × 0,25 ≈ 0,61 kWh.
d. L’énergie pour chauffer l’eau à 90 °C est bien supérieure à celle nécessaire pour la chauffer à 40 °C.
e. ET⁄an = 242 × 0,66 = 160 kWh. 
Coût = 160 × 0,13 ≈ 21 €.
9. Le chauffage au bois
a. En tenant compte du rendement de la chaudière 
la masse de bois est :
m = 
35000
≈  9 115 kg.
4, 8 × 0, 8
80
b. La masse volumique est donnée par la relation
ρ=
m
m 9115
,  d’où :  V =
=
≈ 14 m3.
650
ρ
V
c. Il  faut  pouvoir  disposer  d’un  espace  important 
pour pouvoir installer un silo de cette taille.
d. Le chauffage de la maison consomme 9 115 kg de 
bois.  L’énergie  primaire  consommée  au  m2  pour  le 
chauffage au bois est donc :
Echauf. = 
9115 × 4, 8 × 0, 6
≈ 75 kWh.m–  2.an–  1.
350
Cette  valeur  est  inférieure,  mais  très  proche  de  la 
limite de la norme BBC. La marge est faible pour permettre  les  autres  consommations.  L’isolation  de  la 
maison doit donc être améliorée de manière à diminuer la consommation énergétique du chauffage.
Actualités techniques
10. La maison bioclimatique
a. Les énergies utilisées par la maison sont :
–  l’énergie solaire (capteurs thermiques, cellules phol’énergie solaire (capteurs thermiques, cellules photovoltaïques) ;
–  la biomasse (le bois).
Ces deux sources d’énergie sont renouvelables.
b. L’énergie finale bois pour le chauffage de la maison par an rapportée au m2 est :
Echauf. = 3,5 × 1 600 ⁄ 160 = 35 kWh.m–  2.an–  1.
c. Les capteurs thermiques apportent 75 % de l’énergie nécessaire au chauffage de l’eau chaude sanitaire. 
L’énergie  électrique  finale  complémentaire  nécessaire est :
E = 2 100 × 25 ⁄ 75 = 700 kWh.an–  1.
Comme  la  surface  de  la  maison  est  de  160 m2,  la 
valeur cherchée est
E élec ECS = 700 ⁄ 160 = 4,4 kWh.m–  2.an–  1.
d. L’énergie primaire consommée pour le chauffage 
et l’eau chaude sanitaire est :
Epri. = 35 × 0,6 + 4,4 × 2,58 = 32,35 kWh.m–  2.an–  1.
e. Comme  la  maison  consomme  32,35  kWh.m–  2.
an–  1,  il  reste  pour  l’éclairage  et  la  ventilation  une 
énergie primaire électrique,
Epri’ = 50 – 32,35 = 17,65 kWh.m–  2.an–  1.
Ce qui correspond à une énergie finale par an pour 
l’éclairage et la ventilation :
Efinale = 17,65 × 160 ⁄ 2,58 ≈ 1 100 kWh.an–  1.
Le coin du chercheur
Le chauffage au bois contribue peu à l’effet de serre.
En  effet,  lorsqu’on  brûle  le  bois,  on  produit  du 
dioxyde ce carbone qui contribue à l’effet de serre ; 
mais  lorsque  la  forêt  se  développe,  elle  consomme 
du dioxyde de carbone pour la synthèse chlorophyllienne.  Lors  de  la  combustion  du  bois  on  recède  le 
dioxyde de carbone qui a été prélevé initialement à 
l’atmosphère.
CHAPITRE 4 - Quelles énergies pour l’habitat ? • 21
5
Comment accumuler de l’énergie ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Des substances différentes accumulent-elles de la même façon
l’énergie ?
1.  La substance qui accumule le plus d’énergie est l’eau. Celle qui en accumule le moins est le fer.
2.  Dans la journée l’énergie du mur augmente car il reçoit de l’énergie, par rayonnement, du soleil.
Dans la nuit l’énergie du mur diminue car il cède de l’énergie à l’environnement, plus froid.
3.  Le principe d’un mur à accumulation d’énergie est d’accumuler de l’énergie durant la journée 
(rayonnement solaire) et de la restituer durant la nuit. Toutes les substances n’accumulent pas 
l’énergie de la même façon.
■ Activité 2 : Comment varie la température d’un corps en fonction de
l’énergie reçue ?
1.  Les résultats de l’expérience 1 permettent de justifier que Q est proportionnel à la variation de 
température Δθ car la représentation graphique Q = f (Δθ) est une droite passant par l’origine.
2.  Les résultats de l’expérience 2 permettent de justifier que Q est proportionnel à la masse m car le 
rapport Q ⁄ m est constant.
TRAVAUX PRATIQUES
■ Mesures des capacités thermiques massiques du fer et de la pierre
1. Problématique
Pour accumuler l’énergie entrant dans une maison, on construit des murs en pierre ou en brique. 
Pourrait-on choisir un autre matériau, l’acier par exemple ?
2. Questions préliminaires
1.  La relation liant ΔUe et la variation de température de l’eau est : ΔUe = m.ceau.Δt.
2.  a) Eau : masse m ; capacité thermique massique : ceau ; 
température initiale θ1 ; température finale θf.
Fer : masse m’ ; capacité thermique massique : cfer ; température initiale θ2 ; température finale θf.
ΔUe + ΔUfer = 0    entraîne :     m.ceau.(θf – θ1) + m’.cfer  .(θf – θ2) = 0.
b) L’expression précédente donne :
c fe r = ce au .
m (θ f − θ1 )
.
.
m’ (θ 2 − θ f )
c) La capacité thermique massique s’exprime en J.kg–  1.°C–  1.
3. Réalisation expérimentale
a) Mesure de la capacité thermique massique du fer
–   La masse volumique de l’eau est égale à 1 g.mL–  1.Une masse de 400 g d’eau a donc un volume égal 
à 400 mL. Le volume de 400 mL d’eau se mesure avec une éprouvette graduée.
–   Le cylindre est amené à la température de 100 °C en le plongeant dans de l’eau en ébullition 
durant quelques minutes.
Protocole
Placer le cylindre de fer dans un bécher contenant de l’eau en ébullition.
Verser le volume de 400 mL d’eau dans le calorimètre et mesurer sa température θ1.
22 • CHAPITRE 5 - Comment accumuler de l’énergie ?
Immerger le cylindre, agiter et lire la température finale θf dans le calorimètre, à l’équilibre 
thermique.
Mesures obtenues avec le cylindre de fer :
m (kg)
0,400
m’ (kg)
0,154
θ1 (°C)
19,2
θ2 (°C)
100
θf (°C)
22,3
θf − θ1 (°C)
3,1
θ2 – θf (°C)
77,7
θf (°C)
22,6
θf − θ1 (°C)
3,2
θ2 – θf (°C)
77,4
b) Mesure de la capacité thermique massique de la pierre
Mesures obtenues avec une pierre calcaire :
m (kg)
0,400
m’ (kg)
0,092
θ1 (°C)
19,4
θ2 (°C)
100
4. Exploitation des expériences
meau (θ f − θ1 )
0, 400 3,1
×
= 433 J.kg  –1.°C–1.
.
= 4180 ×
154
54 77, 7
m’fer (θ 2 − θ f )
0,1
 
meau ( θ f − θ1 )
0, 400 3, 2
= ceau .
.
= 4180 ×
×
= 751 J.kg  –1.°C–1.
m’pierre ( θ 2 − θ f )
0, 092 77, 4  
1.  cfer = ceau .
2.  cpierre
3.  La pierre possède une plus grande capacité thermique massique que le fer.
4.  La pierre, la brique, le béton possèdent des capacités thermiques massiques élevées, supérieures 
à 800 J.kg–  1.°C–  1, et permettent ainsi d’accumuler beaucoup d’énergie thermique. Ces matériaux 
sont aussi plus légers, plus faciles à mettre en œuvre et moins onéreux que le fer.
EXERCICES
Tester ses connaissances
Tester ses compétences
Q.C.M.
1 : A et C ; 2 : B ; 3 : B ; 4 : A ; 5 : C.
1. Liquéfaction du diazote de l’air
Apprendre à résoudre
Détermination de la capacité thermique
massique de l’huile
Niveau l COMPRENDRE
1. 1 L d’huile a une masse de 0,8 kg et 0,5 L une masse 
de 0,4 kg.
2. a. Q = m . c  . Δθ.
b. Q (J), m (kg), c (J.kg–  1.°C–  1), Δθ (°C).
3. a. c = Q ⁄ (m.Δθ).
b. 8,1 kJ = 8,1 × 103 J; c = 2,5 kJ.kg–  1.°C–  1.
Détermination de la capacité thermique
massique du lait
Niveau l APPLIQUER
a. c = Q ⁄ (m. Δθ) = 3,7 kJ.kg–  1.°C–  1.
b. Cette  énergie  est  comparable  à  celle  de  l’eau, 
4,18 kJ.kg–  1.°C–  1, inférieure de 10 % environ.
La relation entre la température absolue T et la température Celsius θ est :
T = θ + 273 ;
Donc   θ = T – 273 = ; θ = 77 – 273 = –  196 °C.
2. Température et agitation interne
a. Lorsqu’on  refroidit  un  corps  on  diminue  l’agitation des particules qui le constituent.
b. À 0 K soit – 273 °C.
3. Chauffage d’une tasse de café
a. Le café s’échauffe car il reçoit de l’énergie (rayonnement).
b. L’énergie reçue par le café est stockée sous forme 
d’énergie interne.
4. Chauffage de l’eau
Comme la variation de température est proportionnelle à l’énergie reçue, on complète le tableau en utilisant le « produit en croix ».
CHAPITRE 5 - Comment accumuler de l’énergie ? • 23
Énergie 
reçue (J)
8 100
5 000
2 700
3 470
1 200
5 785
Variation de 
température 
(°C)
21
13
7
9
3,1
15
5. Capacité thermique massique du béton
a. La relation qui permet de calculer la capacité ther-
12. Chauffe-eau instantané
a. En  une  minute  le  chauffe-eau  peut  fournir  une 
énergie 
E = P. Δt E = 6 × 103 × 60 = 360 kJ.
b. L’élévation de température est donnée par : 
E = m . c  . Δθ ;   Δθ = 25 °C.
La température de l’eau en sortie est de 40 °C.
mique massique du béton est :
c = Q ⁄ (m. Δθ).
b. La capacité thermique massique du béton est 
c = 880 J.kg–  1.°C–  1.
13. Le lait dans l’industrie
a. La  capacité  thermique  c  dépend  de  la  tempéra-
Applications technologiques
c(80 °C) = 4 049 J.kg–  1.°C–  1 ;
c. c = 4 021 J.kg–  1.°C–  1.
d. Q = m . c  . Δθ ; m = 103,6 kg ; Q = 8 331 kJ.
6. Refroidissement d’un appareil IRM
La relation entre la température absolue T et la température Celsius θ est 
T = θ + 273 ;
Donc   θ = T – 273,  θ = 4 – 273 = - 269 °C.
7. Chauffe-eau
L’énergie thermique Q est donnée par :
Q = m . c  . Δθ .
La masse m de 250 L est égale à 250 kg.
La variation de température de l’eau est 
Δθ = 40 – 16 = 24 °C.
Donc   Q = 25 080 × 103 J ≈ 25 × 106 J.
8. Lave-mains
a. L’énergie  thermique  à  fournir  à  l’eau  en  une 
minute est : 
Q = m . c  . Δθ.
Avec  m  =  2  kg,  c =  4 180  J.kg–  1.°C–  1,  Δθ  =  22  °C,  on 
obtient
Q = 184 kJ.
b. La puissance fournie est P = Q ⁄ Δt 
avec Δt = 1 min = 60 s.
P = 3 kW.
9. Chambre froide
ΔU = Q = m . c  . Δθ ; Δθ = 3 – 18 = –  15 °C. 
La variation d’énergie interne sera donc négative.
ΔU = – 4,7 × 102 kJ.
10. Refroidissement d’une pièce en polystyrène
L’énergie  thermique  Q cédée  par  la  pièce  lors  du 
démoulage est donnée par 
Q = m . c  . Δθ ;
m = 50 g = 0,050 kg ;   Q = 10 720 J ≈ 11 kJ.
11. Moulage d’une pièce en polystyrène
L’énergie  thermique  nécessaire  à  l’injection  d’un 
réglet est donnée par : 
Q = m . c  . Δθ ;
m = 15 g = 0,015 kg ; Δθ = 210 – 20 = 190 °C ; on trouve
Q = 3,8 kJ.
24 • CHAPITRE 5 - Comment accumuler de l’énergie ?
ture.
b. c(60 °C) = 3 993 J.kg–  1.°C–  1 ; 
14. De l’eau tiède
a. L’énergie thermique Q1 cédée par l’eau chaude est 
Q1 = 0,5 × 4 180 × (θ – 15).
b. L’énergie thermique Q2 reçue par l’eau froide est 
Q2 = 0,2 × 4 180 × (60 – θ).
c. Q1 = Q2 implique θ = 27,9 °C.
15. Capacité thermique d’un coutil
a. L’énergie thermique Q cédée par l’eau lorsque sa 
température passe de 50 °C à 48 °C est donnée par : 
Q = m . c  . Δθ = 75 240 J.
b. L’énergie thermique Q’ reçue par le Coutil est donnée par :
Q’ = m  . Cc  . (θ – θ1) = 1,4 × Cc × 30,5 = 42,7  . Cc.
c. Q = Q’ implique Cc = 1 760 J.kg–  1.°C–  1.
16. Détermination de la capacité thermique de
l’argent par calorimétrie
a. Énergie thermique Q reçue par l’eau : 
Q = 0,4 × 4 180 × 3 = 5 016 J.
b. Capacité thermique massique de l’argent : 
C = 5 016 ⁄ ( 0,270 × 79) = 235 J.kg–  1.°C–  1.
17. Rendement d’un système de chauffage
a. L’énergie thermique est donnée par : Q = m . c  . Δθ ; 
m = 0,120 kg ; Δθ = 190 °C.
Q = 33, 3 kJ.
b. L’énergie consommée est 
E = P. Δt = 1 800 × 30 = 54 kJ.
c. Le rendement du système est égal à 
33, 3 ⁄ 54 = 0,62  soit 62 %.
18. Mur à accumulation d’énergie
1. a. Le  mur  emmagasine  l’énergie  sous  forme 
d’énergie interne.
b. La variation d’énergie interne du mur est : 
ΔU = Q = m . c  . Δθ ;   ΔU = 141 MJ.
2. a. L’énergie cédée par le mur 
ΔU’ = Q’ = m . c  . Δθ’ ;   ΔU’ = 128 MJ.
b. P = 128 × 108 ⁄ (12 × 3 600) = 2,96 kW.
c. Ce transfert d’énergie thermique a lieu sous forme 
de convection et rayonnement.
23. Four de fusion de la fonte
a. La  quantité  de  chaleur  nécessaire  pour  élever  la 
19. Vinification
a. L’énergie  à  apporter  au  contenu  de  la  cuve  est 
température de la fonte est donnée par :
donnée par : 
b. Q2 = 16,3 MJ.
c. Q = Q1 + Q2 = 54,7 MJ.
d. Δt = Q ⁄ P = 2 104 s ≈ 2,1 × 103 s.
Q = m . c  . Δθ ;  Q = 87 780 kJ.
b. La durée du chauffage est Δt = Q ⁄ P = 87 780 s soit 
24,4 h (un jour environ).
20. Centrale électrique
a. La quantité de chaleur évacuée, par seconde, dans 
le fleuve est donnée par : 
Q = m . c  . Δθ ;
m = 10 × 103 kg ; Δθ = 10 °C ; Q = 4,18 × 105 kJ.
b. Quantité de fuel équivalente par seconde : 
4,18 × 105 ⁄ 37 400 = 11,2 L
soit 3,52 × 108 L par an soit environ 3 × 105 t.
21. Chaleur de réaction
Les solutions contiennent 0,1 mole d’acide chlorhydrique et 0,1 mole d’hydroxyde de sodium. L’énergie 
thermique Q dégagée est donnée par : 
Q = m . c  . Δθ.
Avec m = 225 g ; Q = 5,74 kJ.
L’énergie thermique Q dégagée par la neutralisation 
d’une mole d’acide chlorhydrique par une mole d’hydroxyde de sodium est donc 10 fois plus importante 
soit 57,4 kJ.
Q1 = m . c  . Δθ ;   Q = 38,4 MJ.
24. Pouvoir de congélation d’un congélateur
a. La quantité de chaleur Q1 cédée par les aliments 
est :
Q1 = m . c  . Δθ ;  Q1 = 2 312 kJ.
b. La quantité de chaleur Q2  cédée par les aliments 
lors de la congélation est :
Q2 = 7 500 kJ.
c.
d.
e. 
f.
Q = Q1 + Q2 + Q3 ;   Q3 = 988 kJ.
c = 592 kJ. kg–  1.°C–  1.
Δt = Q ⁄ P = 21 600 s soit 6 h.
120 kg par 24 h.
Actualités techniques et
professionnelles
25. Le capteur solaire
1. L’énergie provient du rayonnement solaire.
2. Le serpentin échange de la chaleur avec l’eau du 
22. Four électrique de cuisine
réservoir de stockage.
a.  ρ = 0,720 kg.m–  3 = 0,720 g. L–  1 ;
3. a. 1,70 MJ.
b. 472 W.
m = ρ  . V = 0,720 × 54 = 39 g.
b. L’énergie  thermique  apportée  par  cette  masse 
d’air chaud est donnée par : 
Q = m . c  . Δθ ;
c = 1 000 J.kg–  1.°C–  1 = 1 J.g–  1.°C–  1 ;   Q = 7 800 J.
c. 1. D = 120 L.min–  1 = 2 L.s–  1 = 2 × 10–  3 m3.s–  1.
2.  D = s . V ;  s = 120 cm2 = 120 × 10–  4 m2 
= 12 × 10–  3 m2 ;
V = 0,166 m.s–  1 soit 17 cm.s–  1.
4. a. Perte d’énergie entre le capteur et l’extérieur.
b. 57 %.
Le coin du chercheur
La mer ne gèle pas sur les côtes de Norvège, même 
au-delà du cercle polaire, car le Gulf Stream constitue 
une source chaude.
CHAPITRE 5 - Comment accumuler de l’énergie ? • 25
6
Comment limiter les pertes d’énergie
dans une habitation ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Quelle est l’influence du type de revêtement de sol sur le
transfert thermique ?
Revêtement
Température (°C)
Bois
27,2
Stratifié
29,3
Moquette
29,9
Carrelage
39,5
Le carrelage est le revêtement qui permet le meilleur transfert de chaleur. C’est donc lui qui est le 
plus adapté.
■ Activité 2 : Quelle est l’influence de l’épaisseur d’une paroi sur sa
résistance thermique ?
Épaisseur (mm)
Température (°C)
3
37,4
6
33,7
9
30,1
12
27,6
1.  Oui, l’épaisseur de la paroi influe sur le transfert de chaleur. Le transfert de chaleur diminue 
lorsque l’épaisseur de la paroi augmente.
2.  Les paramètres à prendre en compte sont :
–   le type de matériau : ce doit être un mauvais conducteur de la chaleur ;
–   l’épaisseur de ce matériau : plus elle sera grande, meilleure sera l’isolation.
■ Activité 3 : Pourquoi utiliser une caméra thermique ?
1.  Les zones en orange sur l’image sont celles pour lesquelles les pertes thermiques sont les plus 
importantes (fenêtres, garage).
2.  Les zones bleu foncé sont les zones sont celles pour lesquelles les pertes thermiques sont les plus 
faibles (toit, façade).
3.  Pour améliorer l’isolation thermique de cette maison, le propriétaire pourrait :
–   remplacer les fenêtres existantes par des fenêtres à double vitrage.
–   isoler thermiquement le garage.
■ Activité 4 : Comment s’effectuent les transferts thermiques dans les gaz ?
1.  La flamme de la première bougie est aspirée dans le tube.
2.  Le chauffage de l’air à l’intérieur du tube engendre un mouvement de convection de l’air partant 
du point le plus bas vers le point le plus haut. La flamme s’incline vers l’entrée du tube, sous l’effet 
de ce mouvement d’air.
3.  Dans une pièce chauffée l’air chaud se déplace par convection, il monte et est remplacé par l’air 
froid qui descend pour se réchauffer à son tour au contact du plancher chauffant.
26 • CHAPITRE 6 - Comment limiter les pertes d’énergie dans une habitation ?
EXERCICES
Tester ses connaissances
Q.C.M.
1. C ; 2. C ; 3. A et B ; 4. B et C ; 5. A ; 6. C ; 7. A, B et C.
Apprendre à résoudre
Améliorer l’isolation
3. Vrai ou faux
a. La conduction thermique a lieu dans les solides.
b. Vrai
c. Un  corps  à  la  température  ambiante  émet  un 
rayonnement thermique.
d. Plus  un  corps  est  chaud,  plus  la  puissance  du 
rayonnement qu’il émet est importante.
Niveau l COMPRENDRE
1.  Flux thermique Φ1 = 100 × 15 ⁄ 0,59
= 2 542 W ≈ 2,5 kW.
2.  a. R = 0,25 ⁄ 0,042 = 5,95 m².K.W–  1 ≈ 5,9 m².K.W–  1.
b. Rt = 0,59 + 5,9 ≈ 6,5 m².K.W–  1
c. Flux thermique Φ2 = 100 × 15 ⁄ 6,5 = 0,23 kW.
Aménagement du garage
Niveau l APPLIQUER
Résistance thermique du mur non isolé : 
R1 = 0,2 ⁄ 0,9 + 0,02 ⁄ 1,15 = 0,24 m².K.W–  1.
Résistance thermique du mur isolé : 
R2 = 0,24 + 0,1 ⁄ 0,038 = 2,87 m².K.W–  1.
Flux thermique Φ1 à travers les murs non isolés : 
Φ1 = Δθ.S ⁄ 0,24.
Flux thermique Φ2 à travers les murs isolés : 
Φ2 = Δθ. S ⁄ 2,87.
Φ1 ⁄ Φ2 = R2 ⁄ R1 = 2,87 ⁄ 0,24 = 12.
L’isolation thermique permettra de réduire sensiblement la facture énergétique puisque le flux thermique 
à travers les murs sera divisé par 12 avec l’isolation.
Tester ses compétences
1. Échange par conduction
a. La température du premier bloc décroît, car il cède 
de la chaleur au deuxième bloc.
La température du deuxième bloc croît, car il reçoit 
de la chaleur du premier bloc.
b. Les  températures  tendent  vers  une  valeur  commune  pour  atteindre  l’équilibre  thermique.  À  ce 
stade,  il  n’y  a  plus  de  transfert  de  chaleur  entre  les 
deux blocs.
c. Cette  température  s’appelle  la  température 
d’équilibre.
2. Chauffe-eau solaire
a. Au niveau du panneau solaire, le transfert d’éner-
e. Vrai.
4. Au bureau
a. Sources  de  gain  d’énergie  thermique  :  appareils 
bureautiques, métabolisme de Simon ;
Pertes d’énergie thermique : flux thermique vers l’extérieur à travers les murs et les vitres ; ventilation.
b. Flux thermique à travers le mur : 
Φ = 3,5 × 14 ⁄ 2 ≈ 24 W.
c. Flux thermique à travers les vitres : 
Φvitres = 2,5 × 2,2 × 14 ⁄ 0,8  ≈ 96 W.
d. Puissance totale perdue : 
Φtotal = 24 + 96 + 125 = 245 W.
e. 180 W < 245 W donc nécessité de chauffer.
5. Rayonnement de l’aluminium
a. L’émittance  est  la  puissance  rayonnée  par  unité 
de  surface.  Elle  s’exprime  en  watt  par  mètre  carré 
(W.m–  2).
b.
Température T (°C)
Émittance M (W.m–²)
5
260
10
280
15
300
20
321
c. L’émittance d’un corps augmente avec sa température.
6. Influence de la température
a. Pour T = 200 K, λmax200 = 15 mm, pour T = 300 K, 
λmax300 = 10 mm, pour T = 1 000 K, λmax1000 = 3,5 mm.
b. La  longueur  d’onde  de  la  lumière  émise  par  un 
corps diminue lorsque la température du corps augmente.
7. Les couleurs de l’acier
a. Parmi ces trois couleurs, le rayonnement jaune a 
la plus petite longueur d’onde alors que le rouge a la 
plus grande.
b. La  pièce  en  acier  est  d’abord  rouge  puis  orange 
puis jaune.
b. Entre  le  fluide  caloporteur  et  l’eau  chaude  sani-
8. Test comparatif
a. Énergie reçue par l’air de la cavité 1 : 
taire,  le  transfert  d’énergie  se  fait  par  conduction 
thermique dans les tuyaux.
c. Au  sein  du  ballon  d’eau  chaude,  le  transfert 
d’énergie se fait par convection.
Q1 = 35 × 10–  3 × 1 000 × (27-19) = 280 J.
Énergie reçue par l’air de la cavité 2 : 
Q2 = 35x10–  3 × 1 000 × (20,5-19) = 52,5 J
b. L’isolant 2 est le meilleur, car Q2 < Q1.
gie se fait sous forme de rayonnement.
28
358
CHAPITRE 6 - Comment limiter les pertes d’énergie dans une habitation ? • 27
Applications technologiques
9. Quel vitrage ?
a. R = e ⁄ λ ; Rair = (4 × 10–  3 ⁄ 0,81) × 2 + 12 × 10–  3 ⁄ 0,025 
= 0,49 m².K.W–  1 ; 
Rargon = (4 × 10–  3 ⁄ 0,81)  × 2 + 12 × 10–  3 ⁄ 0,018 
= 0,68 m².K.W–  1.
b. L’argon permet d’améliorer l’isolation thermique 
par conduction. (+39 %)
c. Rtriple = (4 × 10–  3 ⁄ 0,81) × 3 + (12 × 10–  3 ⁄ 0,025) × 2 
= 0,97 m².K.W–  1.
d. Le triple vitrage assure la meilleure isolation thermique parmi ces trois vitrages.
e. La résistance thermique apportée par le verre est 
très négligeable devant celle apportée par le gaz. Augmenter l’épaisseur du verre n’aurait que très peu d’influence sur la qualité de l’isolation thermique.
10. Quel matériau ?
a. λ représente la conductivité thermique du matériau.
b. Résistance thermique d’un mur classique :
R = 0,2 ⁄ 0,9 + 0,1 ⁄ 0,035 = 3,1 m2.W–  1.K.
c. Épaisseur  de  béton  cellulaire  pour  atteindre  la 
même résistance thermique :
e = R  . λ = 3,1 × 0,1 = 0,31 m
soit 31 cm de béton cellulaire.
d. Pour λ = 0,1 W.m–  1.K–  1, 
à  l’ordonnée  R  =  3,1  m2.W–  1.K  correspond  l’abscisse x = 31 cm environ.
R (m2.K.W –1)
λ (W.m –1.K –1)
0,03
0,05
5,0
4,0
3,0
0,1
0,15
0,2
2,0
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
2
0,8
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,08
0,06
0,05
0,04
0,00
0,08
3
Épaisseur (mm)
20
30
40
50
60
U (W. m–  2.K–  1)
1,54
1,05
0,80
0,67
0,56
c. U = 0,5 donc Rtot = 1 ⁄ U = 2 m2.W–  1.K.
Rbéton + Rparpaings = 0,15 ⁄ 0,8 + 0,25 ⁄ 1,15 
= 0,4 m2.W–  1.°C ;
donc :   RPSE = 2 – 0,4 = 1,6 m2.W–  1.K  et 
UPSE = 1 ⁄ 1,6 = 0,62 W.m–  2.K–  1.
D’après le  tableau, l’épaisseur  du  PSE  est  comprise 
entre  50  et  60  mm.  On  choisira  une  épaisseur  de 
60 mm pour avoir une meilleure isolation.
d. Rtot = Rbéton + RPSE = 0,15 ⁄ 0,8 + 0,3 ⁄ 0,042 
= 7,33 m2.K.W–  1 ; donc :
Utot = 1 ⁄ 7,33 = 0,14 W.m–  2.K–  1.
12. VMC double flux
a. Débit en kilogramme par seconde : 0,042 7 kg.s–  1.
b. Quantité  de  chaleur  reçue  chaque  seconde  par 
l’air entrant :
Qentrant = 0,0427 × 1 000 × (15 – 2) = 555 J.
c. Quantité  de  chaleur  reçue  chaque  seconde  par 
l’air sortant :
Qsortant = 0,0427 × 1 000 × (19 – 5) = 598 J.
d. Qentrant < Qsortant : Toute l’énergie perdue par l’air 
sortant n’est pas captée par l’air entrant. Une partie 
de l’énergie est donc perdue.
e. Cette solution permet de limiter les pertes de chaleur subies par l’air circulant dans les gaines et dans 
l’échangeur.
f. En  hiver,  lorsque  le  flux  d’air  entrant  passe  par 
un  puits  canadien  il  se  réchauffe  en  captant,  part 
conduction avec la paroi intérieure du tube, la chaleur de la terre. Cet air entre donc moins froid dans 
l’échangeur et de ce fait est plus chaud en sortie. Avec 
ce type d’installation, la température de l’air entrant 
dans  la  maison  est  souvent  déjà  à  la  température 
ambiante.
En été, l’air chaud cède de la chaleur à la terre et se 
rafraîchit avant de rentrer dans la maison.
13. Bilan thermique simplifié d’une salle de
classe
a. Surfaces des parois : plafond : 60 m2 ; murs : 41 m2 ; 
e (cm)
0
1,5 2
3
4 5 6
8 10
15 20
30 40 50
11. Épaisseur d’un isolant
a. R représente la résistance thermique d’une paroi
b. Coefficients de conduction surfacique U du PSE
fenêtres : 5 m2 ; portes : 4 m2 ; sol : 60 m2.
b. Flux thermique sortant pour chaque paroi : plafond  :  60  ×  (21-5)  ⁄  3  =  320 W  ;  murs  :  328 W  ;  sol  : 
480 W ; fenêtres : 160 W ; portes : 49 W.
c. Débit  de  la  ventilation  en  kilogramme  par 
seconde :
D = 400 × 1,2 ⁄ 3 600 = 0,133 kg.s–  1.
28 • CHAPITRE 6 - Comment limiter les pertes d’énergie dans une habitation ?
d’où l’émissivité du miroir :
Quantité de chaleur effectuée chaque seconde par la 
ventilation :
Q = 0,133 × 1 000 × (21-5) = 2 128 J.s–  1 soit Φ = 2 128 W.
d. Flux thermique sortant total : 
1 137 + 2 128 = 3 465 W.
e. Flux thermiques apportés : élèves : 
28 × 100 = 2 800 W ; 
prof : 140 W ; éclairage : 30 × 18 = 540 W.
f. Soit un flux total apporté de 3 480 W.
g. Le  bilan  est  quasiment  équilibré.  Les  radiateurs 
n’ont,  selon  cette  étude,  pas  besoin  de  chauffer 
durant le cours.
Puissance rayonnée par le radiateur :
14. Solaire thermique
a. • Énergies quotidiennes pour chauffer l’eau :
Le coin du chercheur
200 × 4,18 × (60-9) ⁄ 3 600 = 11,8 kWh ; 11,1 kWh ; 
10,2 kWh ; 10,9 kWh.
• Énergie fournie par un panneau, chaque jour :
1,41 × 2,15 = 3,03 kWh ; 9,20 kWh ; 11,6 kWh ; 5,7 kWh.
• Donc il faudrait pour chaque mois : 4 ; 2 ; 1 ; 2 panneaux.
b. Choisir 2 panneaux semble plus rentable.
15. Miroir rayonnant
a. Émittance affichée par le constructeur : 
M = 500 W.m–².
b. T = 273 + 54 = 327 K
M = 5,67 × 10–  8 × ε × T 4,
ε = 500 ⁄ (5,67 × 10–  8 × 3274) = 0,77.
c. Le miroir chauffe également l’air par convection.
d. Émittance du radiateur :
M = (500 ⁄ 0,77) × 0,86 = 558 W.m–  2.
Pr = 558 × 1,72 = 960 W.
e. La puissance rayonnée représente 
960 × 100 ⁄ 1 250 = 77 % de la puissance utile.
La majeure partie de la puissance restante est transférée par convection.
1.  Ces  vitrages  limitent  grandement  la  pénétration 
du  rayonnement  solaire  dans  la  maison.  Lors  des 
périodes  chaudes,  cette  caractéristique  est  intéressante. En revanche, lors des périodes froides, c’est un 
inconvénient.
2.  Le  rôle  de  la  face  recouverte  d’une  feuille  d’aluminium  est  de  limiter  le  transfert  de  chaleur  par 
rayonnement.  Si  l’isolation  du  faux  plafond  a  pour 
objectif  de  limiter  les  pertes  thermiques  en  hiver, 
alors il faut mettre la feuille d’aluminium vers l’intérieur. Si au contraire on souhaite limiter les transferts 
thermiques de l’extérieur vers l’intérieur en été, il faut 
mettre la feuille d’aluminium vers l’extérieur.
CHAPITRE 6 - Comment limiter les pertes d’énergie dans une habitation ? • 29
7
Comment chauffer avec des appareils
électriques ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Comment déterminer la puissance électrique P reçue
par un thermoplongeur ?
1.  Expérience 1 : La relation est P = U  . I.
2.  Expérience 2 : On a la même relation (U et I sont les valeurs efficaces de la tension et de 
l’intensité).
3.  En régime continu, la puissance d’un appareil chauffant est égale au produit de la tension par 
l’intensité du courant qui le traverse. En régime sinusoïdal, elle est égale au produit des valeurs 
efficaces de la tension et de l’intensité du courant.
■ Activité 2 : Quelle loi relie le couple (intensité-tension) d’une résistance ?
1.  La caractéristique est un segment de droite passant par l’origine du repère.
2.  La relation est U = R  . I.
3.  On obtient P = R  . I² et P = 
U2
.
R
■ Activité 3 : Quelles sont les lois des intensités des courants dans un
circuit ? Quelles sont les lois des tensions ?
1.  En continu, on a UAB = UAC + UCB et I = I1 + I2.
2.  En régime sinusoïdal, on obtient les mêmes relations à l’aide des valeurs efficaces.
TRAVAUX PRATIQUES
■ Comment chauffer avec des appareils électriques ?
1. Problématique
Comment faut-il associer trois conducteurs ohmiques pour obtenir la plus grande conversion de 
puissance électrique en chaleur ?
2. Questions préliminaires
Pour ces trois résistances vitrifiées, l’énergie électrique reçue est dissipée par effet Joule sous forme 
de chaleur. Pour déterminer la résistance ou l’association de résistances permettant de transférer 
le plus de chaleur, on mesure pour différents montages (série ou parallèle) la puissance électrique 
moyenne absorbée à l’aide d’un wattmètre ou en réalisant le produit U . I de la tension par l’intensité 
du courant qui les traverse.
A
–   Montage réalisé avec un ampèremètre et un voltmètre :
12 V G
–   Avec R = 68 Ω, le sélecteur du voltmètre 
est en mode alternatif sur le calibre 20 V et 
l’ampèremètre, également en mode alternatif, sur 
celui de 200 mA.
U
–   On a R = 
.
I
30 • CHAPITRE 7 - Comment chauffer avec des appareils électriques ?
68 Ω R
V
3. Réalisation des expériences
Tableau de mesures complété avec les différents montages :
Groupement
U (V)
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
I (A)
0,176
0,088
0,059
0,353
0,530
68
136
203
34
22,6
2,10
1,05
0,71
4,24
6,24
R = 
U
(Ω)
I
P = U . I (W)
La résistance équivalente est plus faible lorsque les trois résistances sont montées en dérivation.
4. Exploitation des mesures
1.  La résistance équivalente à un montage de conducteurs ohmiques en parallèle est plus faible que 
celle de ces mêmes conducteurs ohmiques montés en série.
2.  Pour un circuit alimenté à tension constante :
• lorsque la résistance augmente, la puissance transférée diminue ;
• pour des conducteurs ohmiques associés en parallèle, la puissance transférée est plus importante 
que lorsqu’ils sont associés en série.
INFO DOC
■ La conduction électrique
Réponse aux questions
1.  Le cuivre est meilleur conducteur que l’aluminium (σCu > σAl).
2.  Le polyéthylène est meilleur isolant que le verre (σpolyéthylène < σverre).
3.  Une solution aqueuse est conductrice lorsqu’elle contient des ions. Lors du passage du courant 
dans la solution, les ions migrent vers les électrodes. Les cations, chargés positivement, se déplacent 
alors dans le sens conventionnel du courant électrique.
4.  Présent à près de 80 % dans l’air, l’azote est facile à liquéfier (150 K).
CHAPITRE 7 - Comment chauffer avec des appareils électriques ? • 31
EXERCICES
Tester ses connaissances
b.
Q.C.M.
11 U (V)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0,05
1 : A et C ; 2 : A ; 3 : A, B et C ; 4 : A et B ; 5 : A et B.
Apprendre à résoudre
Chauffe-plats
Niveau l COMPRENDRE
a. Circuit complété :
A
G
V
Tester ses compétences
1. Circuit électrique
a. Le voltmètre est branché en dérivation et mesure 
I (A)
1
1,2 1,4 1,6 1,8
2
∆U
 = 5,74 Ω   et  
U = 5,74  . I.
∆I
c. Valeurs à ne pas dépasser : 
Umax =  Pmax .R = 25 × 5, 7 4  = 12,0 V.
R
0,25
P
≈ 0,23 A.
R
Imax = 
et  
R = 
Pmax
0,2
Umax =  Pmax .R = 2, 5 × 47  ≈ 11 V 
et la résistance de ce dipôle ohmique
Imax = 
0,15
La caractéristique est un segment de droite passant par 
l’origine du repère ; donc ce dipôle est ohmique. En utilisant le tableur de la calculatrice, sa résistance est :
∆U
≈ 47 Ω.
R = 
∆I
c. Valeurs à ne pas dépasser :
R
b.  Caractéristique :
11 U (V)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8
I (A)
0,1
=
la tension UCD. L’ampèremètre est branché en série et 
mesure l’intensité dans la branche EF.
b. Le sélecteur est positionné en mode alternatif.
c. On choisit les calibres 20 V et 20 A.
d. Par exemple : A est un nœud ; CEF une branche ; 
ACDBA une maille.
2. Puissance et énergie
a. Le schéma du montage
G
25
 = 2,08 A.
5, 7 4
Valeurs limites
I
Niveau l APPLIQUER
I
U
W
U
a. Le schéma :
R
A
G
V
R
Protocole expérimental  :  on  fait  varier  la  tension  à 
l’aide  d’un  générateur  à  tension  réglable  (ou  d’un 
potentiomètre)  et  on  relève  les  couples  (I,  U)  avec 
deux  multimètres  ;  le  produit  U  . I  ne  doit  pas  être 
supérieur à 2,5 W.
P
 = 120 V et le générateur ne délivre 
I
que 12 V (P = 24 W).
c. Énergie convertie en chaleur : 
E = P  . t = 24 × 1,5 = 36 Wh soit 130 kJ.
b.  Non car U = 
3. Bilan énergétique
a. On  utilise  un  wattmètre  pour  mesurer  la  puissance P cédée par le générateur ainsi que celle reçue 
par chacun des dipôles.
32 • CHAPITRE 7 - Comment chauffer avec des appareils électriques ?
b. On vérifie que P = P1 + P2 + P3.
10. Alimentation stabilisée
4. Tension sinusoïdale
Avec R = 20 Ω, P = 
a. Durée du balayage : 5 ms/DIV ; 
période T = 5 × 4 = 20 ms ; fréquence f = 
1
 = 50 Hz.
T
b. Sensibilité verticale : 5 V/DIV ; tension maximale : 
Umax = 15 V tension efficace U = 10,6 V.
11. Radiateurs électriques.
a. Ce sont des indications de la puissance nominale 
5. Maille et nœud
a. Le schéma complété.
UPA
P
I= 5A
+
et de la tension nominale prévues par le constructeur.
I3
A
R1
N
UBC
C
Sens
du parcours
R4
E
UCD
D
b.  Au nœud A : I = I2 + I3 ; I3 = 5 – 2,3 = 2,7 A.
c. Loi de la maille ABCDEA : 
UAB + UBC + UCD + UDE + UEA = 0 (UAB = UDE = 0)
UBC = –UEA – UCD = UAE – UCD = 12 – 3 = 9 V  
et   UCB = – 9 V.
Applications technologiques
12. Salle de sport
a. À la fermeture de l’interrupteur :
Ifroid = 
6. Boîte de connexions
a. Ia = 450 – (50 + 160) = 240 mA (part du nœud).
b. Ib = 300 – (60 – 52) = 292 mA (part du nœud).
a. Tension d’entrée UPN = 24 V.
b. Intensité du courant traversant les résistances 
U PN
24
=
= 
 = 4,8 A.
R1 + R2
5
c. Tension de sortie : 
UMN = R2 . I = 4 × 4,8 = 19,2 V ≈ 19 V.
8. Montage potentiométrique
a. Tension d’entrée UPN = 12 V.
b. Tension de sortie minimale 
U PN
12
× R2 =
× 2, 2  = 2,16 V ≈ 2,2 V.
R1 + R2
12, 2
Tension de sortie maximale UCN = UPN = 12 V.
UCN = 
9. Valeurs instantanées
a. Les deux courbes sont des sinusoïdes.
b. Le décalage est de 0 s.
c. Umax = 10 V ; U = 7,07 V ; T = 0,02 s ;  f = 50 Hz.
Imax = 0,30 A ; I = 0,21 A ; T = 0,02 s ;  f = 50 Hz.
U
 = 33 Ω.
I
P
75
 = 
 = 1,46 A.
Rf
35
Après la montée en régime :
Inominal = 
7. Montage diviseur de tension
d. Résistance du dipôle R = 
P 2500
=
 = 10,9 A.
U
230
U 2 230 2
=
c. Résistance du radiateur : R = 
 = 21,2 Ω.
P
2500
d. Pour les alimenter sous leur tension nominale, il 
faut les brancher en dérivation.
e. P = 2 × 2 500 W = 5 000 W.
  Intensité efficace du courant dans la ligne :
P
I =   = 21,7 A.
U
f. Énergie consommée E = P  . t = 5 000 × 6 = 30 000 Wh 
soit 30 kWh.
Coût journalier : C = 30 × 0,13 = 3,90 €.
I = 
R3
R2
–
b. Intensité efficace du courant : 
B
I2 = 2,3 A
UAE
G
U2
144
 = 
 = 7,2 W < 60 W : 
R
20
le branchement est possible.
U2
144
 = 
 = 144 W > 60 W : 
Avec R = 1 Ω, P = 
R
1
le branchement n’est pas possible.
P
75
 = 
 = 0,423 A.
Rc
35 × 12
b. Avec 20 lampes sur la même ligne, le pic d’intensité à la fermeture de l’interrupteur  serait dans les fils 
de ligne de 29,2 A. En les répartissant sur plusieurs 
lignes, on limite ce phénomène.
13. Thermostat de four
a. Les trois allures de chauffe sont obtenues en branchant sur le secteur un dipôle ohmique, deux dipôles 
ohmiques en série et deux dipôles ohmiques en dérivation.
b. La position « moyen » est obtenue avec un dipôle 
ohmique de 53 Ω ; on a 
U 2 230 2
=
 = 1 000 W.
P1 = 
R
53
La  position  «  doux  »  est  obtenue  avec  deux  dipôles 
ohmiques de 53 Ω en série, on a 
U 2 230 2
=
 = 500 W.
P2 = 
2R
106
La  position  «  fort  »  est  obtenue  avec  deux  dipôles 
ohmiques de 53 Ω en dérivation, on a 
U2
230 2
=
 = 2 000 W.
P3 = 
0, 5R 26, 5
CHAPITRE 7 - Comment chauffer avec des appareils électriques ? • 33
14. Un chauffe-eau
a. Intensité efficace du courant : 
210
× 20  = 17,5 A.
I = 
240
b. Chaleur nécessaire pour élever 200 L d’eau de 20° 
à 70 °C :
Q = m . c .  Δθ = 200  ×  4 180  ×  (70 – 20) = 41,8  ×  106 J.
Énergie électrique appelée E = 
Q
 = 49,2 × 106 J.
η
E
49, 2 × 1 06
=
 = 13 388 s. 
Durée du chauffage Δt = 
U .I 210 × 17, 5
soit 3 h 43 min.
c. L’entrée de l’eau est placée de telle façon que l’eau 
se réchauffe au contact de la résistance du thermoplongeur et s’élève par convection.
15. Pertes en ligne
a. En été, 
R35 = R0(1 + α  . θ) = 0,4 (1 + 4 × 10–  3 × 35) = 0,456 Ω.
En hiver, R–  20 = 0,4 (1 - 4 × 10–  3 × 20) = 0,368 Ω.
b. L’intensité de courant en ligne 
P 12000
=
 = 52,2 A.
230
U
En été la puissance perdue en ligne est : 
I = 
Pp35 = R35 . I 2 = 0,456 × 52,2² = 1 240 W.
et une température θ telle que R0(1 + α . θ) < Rmax
θ <  
Rθ − R0
R0 .α
Rmax = 
1080
52, 22
 = 0,396 Ω
 = – 2 ,5 °C,
16. Développement durable
a. Consommation annuelle : 
E = (150 × 4 + 10 × 20) × 365 = 292 × 103 Wh.
b. L’économie serait : 10 × 20 × 365 × 0,13 = 9,50 €.
c. On  peut  également  réaliser  ce  type  d’économie 
avec  des  chaînes  hi-fi,  des  ordinateurs,  des  imprimantes, des photocopieurs…
Le coin du chercheur
Construction d’un chauffe–biberon de voyage.
a. Un  verre  ordinaire  a  une  contenance  d’environ 
15  cL  (1  L  contient  7  verres  ;  donnée  non  fournie). 
Deux verres correspondent à 30 cL de lait. Nous prenons pour chaleur massique du lait celle de l’eau. Il 
en est de même pour la masse volumique.
P = 
m.c .∆ θ
0, 3 × 4180 × 17
≈  70 W.
 = 
t
300
b. L’intensité qui traverse le chauffe-biberon est :
I = 
Pp–  20 = R-20 . I 2 = 0,368 × 52,2² = 1 002 W.
9
× 12000 = 1 080 W.
Pmax = 
100
Elle correspond à une résistance de Rmax = Pmax  ⁄ I 2
0, 396 − 0, 4
0, 4 × 4 × 1 0 − 3
θ < – 2 ,5 °C.
En hiver la puissance perdue en ligne est : 
c. Puissance maximale pouvant être perdue : 
=
P 70
=
≈  6 A.
U 12
Cette  intensité  est  tout  à  fait  compatible  avec  les 
performances  de  la  batterie    qui  peut  fournir  des 
intensités  bien  plus  grandes  lorsqu’on  actionne  le 
démarreur.
c. Non ce n’est pas raisonnable ! L’intensité est de 6 A 
et le fusible du générateur coupe le circuit.
34 • CHAPITRE 7 - Comment chauffer avec des appareils électriques ?
8
Quel est le rendement des appareils
électriques non chauffants ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Quel est le rendement d’une pile ?
1.  Pour une pile plate du commerce, on obtient :
I (A)
UPN (V)
0
4,59
0,050
4,48
0,150
4,24
0,250
4,04
0,350
3,80
0,450
3,59
4,8 UPN (V)
4,6
U = 4,59 – 2,25 × I
4,4
4,2
4
3,8
3,6
3,4
3,2
I (A)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
Ce générateur est linéaire car la caractéristique U = f (I) est une droite.
2.  F.E.M. de cette pile plate : U = E = 4,59 V.
∆U
 = 2,25 Ω.
∆I
4.  Le rendement d’une pile est le rapport de la puissance électrique disponible UPN . I par la 
puissance chimique convertie E  . I. Pour trois points de fonctionnement, on a par exemple :
3.  Résistance interne r = 
I (A)
η = 
U PN
E
0,100
0,200
0,300
0,95
0,90
0,85
■ Activité 2 : Quel est le rendement d’un moteur ?
Essai à vide : Uv = 12,2 V ; Iv = 0,25 A.
Résistance R du moteur : R = 3,2 Ω (valeur moyenne mesurée à l’ohmmètre).
Les pertes collectives : 
Pc = Uv . Iv – R. I v2  = 12,2 × 0,25 – 3,2 × (0,25)2 = 2,85 W.
Essai en charge
Pour Uch = 12,2 V et Ich = 0,75 A,  on a :  Pe = Uch . Ich = 9,15 W
et   Pm = Pe – (Pj + Pc) = 12,2 × 0,75 – (3,2 × 0,752 + 2,85) = 4,50 W.
1.  Rendement d’un moteur :  η =
électrique fournie au moteur.
Pm
, Pm étant la puissance mécanique utilisable et Pe la puissance 
Pe
2.  Rendement du moteur étudié :  η = 4,50 ⁄ 9,15 = 0,49.
CHAPITRE 8 - Quel est le rendement des appareils électriques non chauffants ? • 35
■ Activité 3 : Quelle est l’expression de la puissance reçue par un moteur en
régime sinusoïdal
1.  Le produit U  . I est supérieur à Pe.
2.  Avec une alimentation 12 V – 50 Hz, on a T = 20 ms.
3. ϕ = 
4. 
Pe
U .I
2π × θ
 ; avec θ = 2 ms, on a ϕ = 0,63 rad.
T
≈ cos
cos ϕ ≈ 0,81.
5.  Les bobines du moteur sont à l’origine de ce déphasage.
EXERCICES
Tester ses connaissances
Q.C.M.
1 : B et C ; 2 : B ; 3 : A et C ; 4 : C ; 5 : B
b.  La  résistance  de  protection  évite  le  court-circuit 
lorsque la résistance du rhéostat est nulle.
c. Caractéristique intensité - tension : 
Apprendre à résoudre
4,8
Batterie d’accumulateurs au plomb
4,6
Niveau l COMPRENDRE
On désire tracer la caractéristique d’un chauffe-plats. 
La valeur maximale de la puissance qu’il peut recevoir est de 25 W.
a. Caractéristique intensité - tension :
U (V)
13
4,4
4,2
4,25
0
12,6
12,4
12,2
11,8
11,6
11,4
0
U (V)
4
8
I (A)
15,5
16
12
20
∆U
11, 8 − 12
1 2, 4
=−
 = 0,05 Ω.
∆I
12 − 0
c. Caractéristique de la résistance (voir graphique).
d. Au  point  de  fonctionnement,  on  a  U  =  11,6 V  et 
I = 15,5 A.
U .I 11, 6
=
e. Rendement  de  la  batterie  η  = 
  =  0,94 
E .I 12, 4
soit 94 %
Résistance interne r = – 
Niveau l APPLIQUER
a. Schéma 
Pile
du montage : 
plate
 
I p
N
0,2
1. Conventions
a. Schémas
N
A
I
M
com
com
P
UPN
V
N
I
com
Rh
U
0,15
I (A)
0,35
F.E.M. de la batterie E = Uv = 4,60 V.
∆U
Résistance interne : r = –
 = 1,50 Ω.
∆I
d. Pour une charge R = 17,4 Ω, on a I = 0,243 A 
et U = 4,23 V.
U 4, 2
23
Le rendement η =  =
 = 0,92 soit 92 %.
E 4, 6
60
A
A
K
V
0,1
Tester ses compétences
b.  F.E.M. de la batterie Uv = 12,4 V (I = 0)
Pile plate : 4,5 V
0,05
0,24
0,25 0,5
com
Rp
36 • CHAPITRE 8 - Quel est le rendement des appareils électriques non chauffants ?
G
UPN
V
P
b.  Modélisation 
Ejoule 425,5 Wh
Le moteur
fer
à repasser
Le générateur
r. I
E
–
Eenregistrée 690,6 Wh
UPN
UPN
r. I
E
+ I
N
–
UPN = E + rI.
202,5 Wh
lampes
+ I
N
P
Emécanique utilisable
hachoir
Epertes collectives 15 Wh
Compteur
Ejoule 12,5 Wh
P
Ejoule 14 Wh
UPN = E – rI.
Elumineuse 21,1 Wh
Applications technologiques
2. Mesure de puissance
6. Sèche-cheveux
a. 230  V  :  tension  efficace  nominale  ;  50  Hz  :  fré-
a. Schéma 
quence nominale.
W
b. Puissance électrique reçue par ce moteur 
G
M
b.  Énergie consommée : 
E = P  . t = 1,6 × 0,25 = 0,4 kWh soit 1 440 kJ.
3. Puissance d’une perceuse et d’un fer à souder
a. Puissance apparente : SA = U  . IA = 752 VA ; 
SB = 905 VA.
b. Le fer à souder correspond à l’appareil A (SA = PA).
La perceuse correspond à l’appareil B (SB > PB).
c. Dans  le  fer  à  souder,  la  puissance  électrique  est 
convertie en chaleur.
Dans la perceuse, la puissance électrique est convertie en puissance mécanique disponible sur le mandrin,  en  puissance  perdue  par  effet  joule  dans  les 
bobines  et  en  puissance  perdue  collectivement  par 
frottements et magnétisme.
4. Déphasage intensité – tension
a. Pour un balayage à 2 ms/DIV, on a T = 2 × 4 = 8 ms 
soit 8 × 10–  3 s.
b. Le décalage temporel θ est de 2 ms. 
2π × 2
π
=  rad.
Soit un déphasage de ϕ = 
8   2 
c. C’est l’oscillogramme 2 qui représente la tension 
en fonction du temps.
5. Énergie transférée
Pu
1200
=
= 1 600 W.
η
0, 7
75  
c. Intensité efficace : 
Pe
1600
=
 = 8,09 A.
I = 
U .cos ϕ 230 × 0, 860
Pe = 
7. Anodisation de l’aluminium
a. L’énergie électrique reçue Ee est égale à la somme 
de l’énergie chimique Ech obtenue et de l’énergie dissipée par effet joule EJ (Ee = Ech + EJ).
b. Pour la puissance chimique on a :
E
Pch =  ch  = E  . I
∆t
soit une f.e.m. 
E
20, 8 × 1 06
 = 1,59 V.
E =  ch =
I . ∆ t 200 × 18, 2 × 3600
c. Énergie dissipée sous forme thermique 
EJ = r  . I 2 . t = 4 × 10–  3 × (2 × 102)2 × 18,2 × 3 600 
= 10,5 × 106 J soit 10,5 MJ. 
d. Énergie électrique fournie à la cuve 
Ee = Ech + EJ = 20,8 + 10,5 = 31,3 MJ.
e. Rendement de la cuve : η = 
20, 8
 = 0,66 soit 66 %.
31, 3
8. Mini-perceuse
a. Les  pertes  collectives  peuvent  se  déterminer 
à l’aide d’un essai à vide à la fréquence de rotation 
nominale : 
Pc = Uv . Iv – R. I v2 .
b.
Pe = 22,4 W
MOTEUR
EN CHARGE
Pem = 14,72 W
Pi = 7,68 W
• Énergie consommée par chaque appareil E = P . t 
avec t = 0,5 h et P en watt.
• L’énergie enregistrée par le compteur est la somme 
des énergies appelées par chaque appareil. 
Pméca = 12,62 W
Pe = 2,1 W
PJ = r  . I 2 = 3 × 1,62 = 7,68 W
U = E + r . I ; E = 14 – 3 × 1,6 = 9,2 V
Pem = E  . I = 14,72 W
Pe = PJ + Pem = 7,68 + 14,72 = 22,4 W
CHAPITRE 8 - Quel est le rendement des appareils électriques non chauffants ? • 37
c. Puissance mécanique utilisable : Pméca = 12,62 W.
Rendement de ce moteur : η = 
soit 56 %.
Pmé ca
Pe
12, 62
=
 = 0,56 
22, 4
13. Adaptateur
a. Schéma :
A D A P TAT E U R
P
9. Pompe hydraulique
a. Puissance hydraulique utilisable 
10 − 2
 × 0,6 × 105 = 10 W.
60
b. Puissance reçue par le moteur de la pompe :
P
10
Pe =  u =
 = 33,3 W.
η 0, 3
30
Pu = Q . p = 
I
Entrée
230 V 50 Hz
P 33, 3
=
 = 2,78 A.
U
12
10. Énergie d’une bobine
a. Inductance de la bobine 
2
10
0 − 7 × (10
1 03 )2 × 1 0 × 1
10 − 4
L = µ0 N S = 4 × π × 1
−
1
l
8 ×1
10
= 1,57 × 10–  3 H soit 1,57 mH.
1
1, 57
5 7 × 10
1 0 − 3 × (1
10
0)2
b. E =  L  . I 2 = 
 = 79 × 10–  3 J 
2
2
soit 79 mJ.
E
79 × 10 − 3
=
c. Puissance restituée P = 
 = 150 W.
∆ t 527 × 10 − 6
Cette lampe de 60 W n’est pas prévue pour recevoir 
une telle puissance.
11. Démarrage d’un moteur
a. Charge d’un condensateur : 
Q = C  . U = 330 × 10–  6 × 200 = 66 × 10–  3 C = 66 mC.
b. Énergie emmagasinée : 
1
1
C  . U 2 =   × 330 × 10–  6 × (200)2 = 6,6 J.
2
2
c. Puissance fournie : 
E
6, 6
=
P = 
 = 1 650 W = 1,65 × 103 W ;
∆t 4 × 10 −3
E = 
cette puissance aidera au démarrage du moteur.
12. Mini-système de levage
a. Pour la charge du condensateur, K1 est fermé et K2 
est ouvert. Pour sa décharge, K1 est ouvert et K2 est 
fermé.
b. Énergie  libérée  par  le  condensateur  au  cours  de 
l’opération :
1
ΔEe = Ec1 – Ec2 =  C ×  (U12 − U 22 )
2
1
=   × 500 × 10–  3 × (62 – 42) = 5 J.
2
Cette énergie sert à entraîner le moteur.
c. Énergie nécessaire pour lever la charge :
ΔEp = m . g . h = 80 × 10–  3 × 10 × 1,50 = 1,2 J.
∆ E p 1, 2
d. Rendement du système : η = 
=
 = 0,24 soit 
∆E e
5
24 %.
rhéostat
de charge
V
A
N
transformateur
pont condensateur
abaisseur
redresseur de lissage
c. Intensité du courant traversant le moteur : 
I = 
sortie
b. UPN = f (I)
U (V)
20
19,6
19,5
19
18,5
18
17,5
17
16,5
16
0
I (mA)
100
200
300
400
500
600
∆U
 = 4,9 Ω.
∆I
c. Pour une puissance de sortie Ps = 7,80 W, on a 
U  . I = (E – r  . I) × I = 7,8.
 En remplaçant E et r, on obtient 
4,9I 2 – 19,6I + 7,8 = 0.
∆ = 19,62 – 4 × 4,9 × 7,8 = 231,28 > 0 donc 2 solutions.
I1 = 3,55 A à rejeter et I2 = 448 × 10–  3 A que l’on retient.
La tension aux bornes de l’adaptateur est 
U = E – r  . I2 = 19,6 – 4,9 × 448 × 10–  3 = 17,4 V.
E = 19,6 V et r =  −
14. Moteur de visseuse bloqué
a. Le moteur ne tourne pas : Pmec = 0 et E = 0.
b. Résistance interne : U = E + r  . I devient U = r  . I 
et r = 
U 18
=
 = 2,1 Ω.
I
8, 4
c. Dans les conditions nominales
U = E + r  . I   et E = U – r  . I = 18 – 2,1 × 3,2 = 11,28 V.
d. Puissance mécanique :
Pm = E  . I = 11,28 × 3,2 = 36,1 W.
e. Puissance dissipée par effet joule :
PJ = r  . I 2 = 2,1 × 3,22 = 21,5 W.
f. Puissance électrique :
Pe = Pm + PJ = 36,1 + 21,5 = 57,6 W.
g. Puissance utilisable :
Pu = U  . I – Pe = 36,1 – 10 = 26,1 W.
P
26,1
Rendement  du  moteur  :  η  =  u =
  =  0,45  soit 
Pe 57, 6
45 %.
38 • CHAPITRE 8 - Quel est le rendement des appareils électriques non chauffants ?
Le coin du chercheur
Pourquoi l’étincelle ?
Pourquoi brancher le condensateur ?
Le circuit avait emmagasiné de l’énergie magnétique 
qui apparaît dans l’étincelle. On peut même aller plus 
loin dans l’explication : on peut considérer que l’interrupteur est un condensateur médiocre (de faible 
capacité) quand il est ouvert. L’énergie magnétique 
qui  était  dans  le  circuit  s’est  convertie  en  énergie 
1
électrique dans le condensateur :  CU 2 et comme 
2
C est très faible, U est grand et on atteint le champ 
électrique disruptif de l’air qui devient conducteur, 
d’où l’étincelle. 
L’énergie magnétique du circuit se retrouve convertie en énergie électrique dans le condensateur et non 
pas dans l’interrupteur qui est protégé. Le condensateur se décharge ensuite car il y a toujours des courants de fuites.
Ce phénomène est bien connu des réparateurs et des 
électroniciens amateurs.
CHAPITRE 8 - Quel est le rendement des appareils électriques non chauffants ? • 39
9
Comment est distribuée l’énergie électrique ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Comment est transportée et distribuée l’énergie électrique ?
Expérience 1
La lampe (6 V ; 0,1 A) n’éclaire pas ; à ses bornes, on mesure une tension inférieure à 1 V.
Expérience 2
La lampe éclaire correctement, elle est soumise à une tension voisine de 4 à 5 V.
1.  Le second circuit est le seul capable de faire fonctionner correctement la lampe car elle est 
soumise à une tension légèrement inférieure à sa tension nominale (6 V). On peut approfondir le 
rôle des deux transformateurs en branchant trois ampèremètres dans le circuit.
2.  Dans le premier circuit, la puissance perdue par effet Joule dans les deux conducteurs 
ohmiques simulant la résistance des lignes électriques est importante : la chute de tension dans les 
conducteurs ohmiques entraîne une faible tension aux bornes de la lampe.
3.  On transporte l’énergie électrique sous très haute tension, donc sous de faibles intensités de 
courant, pour minimiser les pertes par effet Joule dans les lignes, pour de grandes distances.
D’autres paramètres entrent en compte pour expliquer les pertes : rendement des transformateurs, 
inductance de la ligne qui influe sur le facteur de puissance…
Le second paramètre est la résistance du conducteur : le cuivre (résistivité : 1,7 × 10-8 Ω.m) est 
trop onéreux et trop lourd. On le remplace par des associations : aluminium-acier ou aluminiummagnésium-silicium (même si la résistivité est plus grande : 3,0 × 10-8 Ω.m).
Pour limiter les pertes, on n’hésite pas à doubler le nombre de lignes pour limiter l’intensité du 
courant dans celles-ci.
■ Activité 2 : Comment fonctionne un transformateur ?
Interrupteur ouvert : le rapport de transformation est : 
U
6, 3
m = 2,0 =
= 0, 521 .
U1,0 12,1
Interrupteur fermé, les mesures et les calculs :
Lampe
I1 (A)
I2 (A)
U2 (V)
U2 . I2 (VA)
I1
I2
6V – 400 mA
6V – 1,0 A
6V – 1,5 A
0,47
0,68
0,81
0,38
0,96
1,44
6,20
5,92
5,88
2,36
5,68
8,47
1,237
0,708
0,563
I
Lorsque la puissance apparente U2 . I2 se rapproche de la valeur nominale de 10 VA, le rapport  1  se 
I2
rapproche du rapport de transformation m = 0,521 du transformateur.
40 • CHAPITRE 9 - Comment est distribuée l’énergie électrique ?
■ Activité 3 : À quelle condition un disjoncteur différentiel
protège-t-il les personnes ?
1.  Expérience 1 : Sans prise de terre
Lorsque la main du mannequin est reliée 
à la carcasse de la machine par un fil 
conducteur, la DEL simulant le cœur 
éclaire. Le disjoncteur différentiel peut 
s’ouvrir avec du retard, il peut aussi 
ne pas s’ouvrir : le temps de réponse 
dépend du temps de fonctionnement 
du dispositif différentiel et du temps de 
coupure de l’organe associé ( ≈ 25 ms). 
Le fonctionnement dépend également 
de la résistance du corps humain, de la 
résistance de contact avec la terre, ... 
Ci-contre le trajet du courant électrique 
lors de l’électrisation.
IN
IPH
2.  Expérience 2 : Avec prise de terre
Dès que le défaut apparaît, un courant de fuite rejoint le sol par le conducteur de protection 
électrique du circuit (PE) connecté à la prise de terre. Dès que la différence entre les intensités des 
courants dans le fil de phase et le fil de neutre dépasse la sensibilité du disjoncteur différentiel 
(IPh – IN > IΔ), le disjoncteur ouvre le circuit. La personne ne court aucun danger car l’appareil n’est 
plus sous tension.
3.  Pour une sensibilité donnée, le disjoncteur différentiel ne peut jouer correctement son rôle 
protecteur des personnes que s’il est associé à une bonne prise de terre par fil de protection 
électrique.
INFO DOC
■ Transport et distribution de l’électricité
1.  En 2010, nous avons acheté plus d’électricité que nous en avons vendue à trois pays : 
–   l’Allemagne : exportations : 9,4 TWh, importations : 16,1 TWh ; 
–   la Belgique : exportations : 3,9 TWh, importations : 4,8 TWh ;
–   l’Espagne : exportations : 1,9 TWh, importations : 3,5 TWh.
2.  Les centres d’interconnexion répartissent l’énergie électrique en fonction des besoins.
La demande varie constamment au cours de la journée en fonction des horaires de travail, de la 
durée du jour, de la température… L’électricité produite ne se stocke pas. Pour ajuster la production 
à la demande, le réseau s’appuie sur des « dispatchings », centres de répartition de l’électricité : en 
France, il y a 1 dispatching national et 7 dispatchings régionaux.
■ Quels sont les effets physiologiques du courant électrique ?
1.  Les effets d’un courant sont ressentis au-dessus de 0,5 mA. Ils sont dangereux seulement 
au-dessus de 15 mA environ.
2.  Un courant de 200 mA est dangereux pour une durée supérieure à 50 ms.
3.  Si une personne est soumise à :
–   un courant de 50 mA durant 500 ms : il y a perception du courant mais pas de danger ;
–   un courant de 400 mA durant 50 ms : les effets ne sont pas mortels ;
–   un courant de 1 A durant 20 ms : il y a risque de brûlures graves et de décès.
4.  Une personne électrisée peut souffrir de brûlures lorsque les conditions d’intensité du courant et 
de durée de passage correspondent à la zone rouge. 
CHAPITRE 9 - Comment est distribuée l’énergie électrique ? • 41
EXERCICES
Tester ses connaissances
Q.C.M.
1 : A, B ; 2 : B ; 3 : A, C ; 4 : C ; 5 : A ; 6 : A, B et C ; 
7 : A, B ; 8 : B, C.
Apprendre à résoudre
Transformateur démontable
Niveau l COMPRENDRE
a. Le rapport de transformation :
m = 3,08 ⁄ 12,40 = 0,248. 
b. Le transformateur est abaisseur de tension.
c. U1  et  U2  sont  les  tensions  efficaces,  N1  et  N2  les 
nombres de spires du primaire et du secondaire.
Transformateur de centrale électrique
Niveau l APPLIQUER
a. 98  MVA  :  puissance  apparente  au  secondaire  ; 
11,5 kV : tension efficace au primaire ; 
b. 136 kV : tension efficace au secondaire ; 50 Hz : fréquence du courant.
c. Rapport de transformation : 
m = 136 ⁄ 11,5 = 11,83 ; 
c’est  un  transformateur  élévateur  de  tension,  pour 
transporter l’électricité sous haute tension.
d. On considère S = S1 = S2.
S = U1 . I1 entraîne I1 = S ⁄ U1 = 98 × 106 ⁄ 11 500 
= 8, 52 kA.
De même I2 = S ⁄ U2 = 98 × 106 ⁄ 136 000 = 720 A. 
Tester ses compétences
1. Identifier les éléments
G : alternateur de la centrale ; T1 ; transformateur élévateur de tension ; L : lignes THT ; 
T2 : transformateur abaisseur de tension ; M : utilisateur (industriel ou client). 
2. Le réseau européen
a. Les zones THT : 225 à 400 kV ; les zones HT : 20 à 
63 kV ; les zones BT : 230 à 400 V ; 
b. Grand transport : AB ; répartition : BC ; distribution : CD→ Client ; 
c. Les transformateurs élévateurs relient les zones : 
centrale électrique → transport ; les transformateurs 
abaisseurs, les zones : transport → répartition et les 
zones : répartition → distribution.
3. Rôle d’un transformateur
a.
b.
c.
d.
Abaisseur de rapport de transformation : 0,02 ; 
élévateur de rapport 100 ; 
abaisseur de rapport 0,0217 ; 
ni abaisseur ni élévateur, de rapport 1 (transformateur de sécurité).
4. Zones de risque et effets physiologiques
a. Pour I = 0,2 mA durant 5 s : aucun risque.
b. Pour 0,2 A durant 2 s : risque de fibrillation ventriculaire.
c. «  Fibrillation  ventriculaire  »  :  trouble  du  rythme 
cardiaque  qui  entraîne  souvent  une  perte  de 
conscience et la mort subite.
d. Pour  que  le  disjoncteur  différentiel  ouvre  le  circuit, le temps est de moins de 1 s.
5. Tensions dangereuses
Une  tension  électrique  appliquée  entre  les  deux 
points du corps humain est dangereuse :
–   en milieu sec, si elle est supérieure à 50 V ;
–   en milieu humide, si elle est supérieure à 25 V.
6. Protection des installations, protection des
personnes
a. La protection des matériels et des installations est 
assurée par : fusible, disjoncteur divisionnaire, isolation (gainage) des conducteurs, disjoncteur de branchement.
b. La  protection  des  personnes  est  assurée  par le
disjoncteur différentiel, le conducteur de protection
électrique et la prise de terre. Ces matériels doivent être
choisis et associés convenablement.
Applications technologiques
7. Pertes dans les lignes THT
a. I = P ⁄ U = 104 × 106 ⁄ (400  ×  103) = 260 A ; 
b.  La densité de courant : 
I ⁄ S = 260 ⁄ 500 = 0,52 A.mm–  2, 
bien inférieure à 0,8 A.mm–  2 : la ligne peut transporter davantage de courant. 
On  utilise  des  câbles  en  alliage  d’aluminium  car 
l’aluminium est trois fois plus léger que l’acier et ne 
s’oxyde pas, pour une résistivité presque identique.
c. Résistance totale de la ligne : 
Rtotale = 2 × 400 × 0,06 = 48 Ω. 
d. Puissance perdue par effet Joule : 
PJ = R  . I 2 = 48 × 2602 = 3,25 × 106 W ; 
soit un taux de pertes :
PJ 3, 2
25
5 × 1 06
=
= 0, 0312
P 104 × 106
soit 3,12 % de pertes, supérieures à la moyenne nationale.
e. Si on double la ligne, I = 130 A et PJ = 1,62 × 106 W 
(2 fois moins). Autre avantage : en cas de besoin, on 
peut transporter davantage de courant dans la ligne.
42 • CHAPITRE 9 - Comment est distribuée l’énergie électrique ?
8. TP transport et distribution
a. Puissance transmise au primaire de T1 : 
2. Avec le moteur de 2,3 kW, de facteur de puissance
P1 = U1 . I1 = 12 × 0,1 = 1,2 W.
Puissance à la sortie de T1 : P’1 = 0,96 × 1,2 = 1,152 W.
b. Dans les lignes, I2 = P’1 ⁄ U’1 = 1,152 ⁄ 48 = 0,024 A.
c. Puissance perdue par effet Joule : 
PJ = R  . I22 = 112 × 0,0242 = 0,065 W.
d. Puissance transmise à T2 : P2 = P’1 – PJ = 1,087 W.
e. A la sortie du secondaire de T2 : 
P’2 = 0,96 × 1,087 = 1,044 W. 
L’intensité dans la lampe : I3 = P’2 ⁄ U2 = 0,087 A.
I3 > 0,08 A donc la lampe éclaire correctement.
I = 20 A ; Pj = 400 W ; E = 2 700 Wh donc taux de 
0,5 :
E comptée
2300
= 0, 852 soit 85,2 %.
2700
 
Le  distributeur  d’électricité  demande  aux  utilisateurs  de  tels  moteurs  d’augmenter  leur  facteur  de 
puissance  cos  ϕ à  l’aide  de  condensateurs  (valeur 
conseillée supérieure ou égale à 0,93).
E consommée
=
12. Perte de tension
a. I = P ⁄ U = 5 000 ⁄ 230 = 21,7 A ; la résistance de la 
9. 120 V ou 230 V ?
a. En 120 V : I = P ⁄ U = 104 ⁄ 120 = 83,3 A ; 
ligne : 
Pj = R  . I 2 = 0,5 × 83,32 = 3 472 W ≈ 3,5 kW.
b. Chute de tension dans la ligne : 
UR = R  . I = 0,5 × 83,3 = 41,7 V
 et la tension au poste de distribution : 
Uposte = U + UR = 162 V
(augmentation relative de 41,7 × 100 ⁄ 120 = 35 %).
En 230 V : I = 104 ⁄ 230 = 43,5 A ; Pj = 946 W ; la chute de 
tension : UR = 21,8 V et Uposte = 252 V augmentation 
relative de 21,8 × 100 ⁄  230 = 10 %).
L’augmentation  de  tension  est  plus  sensible  avec 
120 V.
b. La chute de tension UR = 0,4 × 21,7 = 8,68 V ; d’où :
R = 2 × 4 × 0,05 = 0,4 Ω.
I = P ⁄ U = 15 000 ⁄ 230 ≈  65,2 A. 
La chute de tension dans la ligne est : 
5
× 230 = 11, 5 V .
100
Elle correspond à une résistance de ligne de : 
U
11, 5
R= R =
= 0,176 Ω .
I
65, 2
b. L’aire S de la section du fil est : 
−8
ρ.L 1, 6 × 10 × 100
=
= 9,1 × 10 − 6 m 2  ou 9,1 mm2.
0,176
R
11. Utilisation d’un radiateur électrique ou d’un
moteur
1. Avec le radiateur :
a. Intensité du courant : I = P ⁄ U = 2 300 ⁄ 230 = 10 A.
b. Puissance perdue par effet Joule : 
Pj = R  . I 2 = 1 × 102 = 100 W.
c. En 1 heure de fonctionnement, l’énergie fournie 
par la société de distribution est : 
E = 2 300 + 100 = 2 400 Wh.
d. Pourcentage d’énergie comptabilisée : 
E comptée
2300
=
= 0, 958 ,
E consommée 2400
donc un pourcentage de 95,8 %.
c. Pour P = 300 W : I = 1,30 A ; UR = 0,52 V d’où :
Uhabitat = 229,5 V ≈ 230 V.
c. Lorsque  plusieurs  utilisateurs  sont  branchés  sur 
une  même  ligne,  la  chute  de  tension  est  significative (question a), il est donc nécessaire d’équiper les 
appareils électroniques de régulateurs de tension.
13. Risques d’électrisation
a. Contact direct en 2 (on estime qu’une échelle en 
10. Choix d’un câble électrique
a. Intensité du courant dans le fil : 
S=
Uhabitat = Uposte – UR = 221,3 V.
aluminium n’est pas un appareil électrique, donc ne 
peut être munie d’une prise de terre : on assimile cet 
accident à un contact direct) et 3, contact indirect en 
1 et 4.
b. Les parcours du courant : en 1, 2 et 4 le courant 
passe du fil de phase dans la personne puis dans le sol 
et rejoint le neutre par le conducteur de mise à la terre 
du neutre par le distributeur.
En 3 : le courant passe du fil de phase dans le corps et 
revient par le fil neutre.
14. Sensibilité d’un disjoncteur
a. I ∆ UL
RT
b. Il faut  I ∆ UL
25
 donc  I ∆  ;  I ∆ 0, 3 A . 
RT
80
Le disjoncteur de 30 mA qui déclenche à 30 mA est 
adapté,  car  cette  valeur  est  inférieure  à  la  valeur 
limite de 300 mA imposée par la sécurité.
c. Pour un local sec UL = 50 V soit  I ∆ 50
 ;  I ∆ 0, 6 A . 
80
Là encore la protection du disjoncteur différentiel de 
500  mA  est  suffisante,  car  il  disjonctera  bien  avant 
que  l’intensité  limite  (dangereuse)  de  600  mA  soit 
atteinte.
CHAPITRE 9 - Comment est distribuée l’énergie électrique ? • 43
15. Bonne ou mauvaise prise de terre
U
Sa valeur est donnée par la relation :  RT L .
I∆
a. Dans  cette  relation,  UL  est  la  tension  limite  de 
sécurité et IΔ l’intensité du courant de déclenchement 
du disjoncteur.
25
b. RT  soit  RT 833 Ω .
0, 0
03
c. Pour UL = 50 V et RT = 833 Ω, le courant de fuite a 
une intensité :
50
I = 
 = 60 × 10–  3A = 60 mA.
833
Le disjoncteur différentiel de 500 mA ne déclenchera 
pas pour une telle intensité. La résistance de la prise 
de  terre  précédente  ne  convient  pas,  elle  est  trop 
importante (elle est environ 8 fois trop grande).
16. Projecteur immergé (d’après Bac Pro)
a. C’est  un  transformateur  abaisseur  car  la  valeur 
efficace de la tension passe de 230 V à 12 V.
b. Rapport de transformation : m = 12 ⁄ 230 = 0,052.
c. Intensité du courant dans le corps : 
I = U ⁄ R = 12 ⁄ 1 000 = 12 mA.
b.  Le  rendement  passe  par  un  maximum  pour 
I = 12 A.
c. A vide, I2 = 0 et le rendement est nul.
d. IN = 12 A.
e. Lors des essais, la charge maximale était de 14 A ; 
or la valeur à ne pas dépasser est de : 
12 × 120 ⁄ 100 = 14,4 A.
On est resté en dessous de la valeur maximale et on a 
respecté la règle.
Le coin du chercheur
La plaque à induction
Une plaque à induction fonctionne comme un transformateur de rapport de transformation voisin de 
N
1
m= 2 =
.
N1 100
La  puissance  électrique  fournie  au  primaire  se 
retrouve à peu près au secondaire donc l’intensité du 
courant  dans  la  spire  unique  constituant  le  secondaire  est  100  fois  plus  grande  que  celle  du  courant 
dans la bobine du primaire, ce qui engendre un effet 
Joule important dans l’acier du récipient.
d. Avec U = 230 V l’intensité passe à 230 mA.
e. Avec 12 mA ; on ne ressent que des picotements. 
Avec 0,23 A, fibrillations et risque de mort.
17. Valeurs nominales et rendement
a. Courbe :
η
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
I2 (A)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
44 • CHAPITRE 9 - Comment est distribuée l’énergie électrique ?
10
Quelle quantité d’énergie peut fournir
un combustible ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Quels sont les produits des combustions ?
1.  La trompe à vide permet d’aspirer les produits de la combustion du gaz du briquet.
2.  Le sulfate de cuivre anhydre passe d’une couleur blanche ou bleu pâle, à une couleur bleue de 
plus en plus soutenue. Le test met en évidence la présence d’eau.
L’eau de chaux, limpide en début d’expérience, se trouble peu à peu. Le test met en évidence du 
dioxyde de carbone.
3.  Ces deux tests donnent les mêmes résultats avec la combustion du bois et de l’alcool à brûler.
4.  La combustion d’un combustible ménager produit du gaz carbonique (CO2) et de l’eau (H2O).
■ Activité 2 : Comment bien alimenter une combustion ?
1.  Seule la bouteille qui possède deux rangées d’orifices permet une combustion sans extinction de 
la flamme, car elle permet un renouvellement de l’air par le bas et une évacuation des produits de la 
combustion par le haut.
2.  Pour avoir une bonne combustion la pièce qui contient l’appareil à combustion (chauffe-eau à 
gaz, chaudière à gaz ou fioul…) doit disposer d’une entrée d’air suffisante pour son renouvellement, 
et d’une évacuation vers l’extérieur des produits de la combustion.
■ Activité 3 : Quelle énergie dégage la combustion du butane ?
Valeurs et résultats de l’expérience réalisée avec des canettes de 33 cL
  Température de la salle : 22 °C.
  Masse des canettes vides = 14,5 g.
θi = 17 °C et θf = 27 °C.
  Masse de gaz brûlé ≈ 0,23 g.
1.  Qeau = ceau . meau. (θf – θi) = 4,18 × 200 × 10 = 8,36 × 103 J.
Qcan. = calu.. malu.. (θf – θi ) = 0,9 × 14,5 × 10 = 1,3 × 102 J
2.  L’hypothèse formulée conduit à poser que l’énergie libérée par la combustion de 0,23 g de 
butane fournit une énergie 
E = Qeau + Qcan.,  soit E = 8,49 × 103J.
Une relation de proportionnalité nous permet de calculer l’énergie que libèrerait la combustion de 
1000 g de butane : 
E1kg = 8,49 × 103 × (1000 ⁄ 0,23) = 36,9 MJ.
3.  Le résultat trouvé est inférieur d’environ 20 % par rapport à la valeur donnée par les tables. 
Cet écart est dû aux pertes thermiques relativement importantes de ce dispositif simple, car de 
la chaleur libérée par la combustion réchauffe l’air qui environne la canette au lieu de chauffer le 
dispositif.
CHAPITRE 10 - Quelle quantité d’énergie peut fournir un combustible ? • 45
TRAVAUX PRATIQUES
■ Quelle économie de combustible peut-on espérer en utilisant un couvercle
lorsque l’on chauffe de l’eau ?
3. Questions préliminaires
1.  Les déperditions sont dues au rayonnement des surfaces externes chaudes de la casserole, 
à la conduction à travers les parois de la casserole, et à la convection qui s’établit avec l’air qui 
environne la casserole.
2.  Le couvercle permet de limiter les pertes de chaleur par convection au-dessus de la surface de 
l’eau.
3.  Eu = m . ceau . Δθ.
4.  L’énergie que libère un volume V de gaz durant sa combustion est E = PC . V.
Or V = D . Δt.  D’où E = PC . D . Δt.
m.ceau .∆
. θ
=
E
PC .D.∆ t
5.  On connait ceau, PC, D et on peut fixer m, et Δθ. L’expérience permettra de mesurer Δt.
R = 
Eu
4. Réalisation expérimentale
1.  Compte tenu de la contenance de la boite de conserve utilisée, on peut introduire 400 mL d’eau 
soit 400g. On pourra mesurer cette quantité d’eau à l’aide d’une éprouvette graduée.
2.  En utilisant le papier d’aluminium et en lui donnant la forme d’un couvercle de dimension 
adaptée à la boite de conserve.
3.  En perçant un trou permettant d’insérer le capteur de température.
4.  On peut penser que 5 minutes est une durée suffisante pour porter la température de l’eau de la 
boite de conserve à ébullition avec le bec Bunsen, et il est toujours possible d’augmenter la durée de 
saisie en cours de mesure si nécessaire. Sur cette durée on peut choisir une fréquence de l’ordre de 
10 mesures par minute.
5. Exploitation des expériences
1.  Les résultats donnés ici ont été obtenus avec une masse d’eau de 400g, et pour un écart de 
température de 80 °C (16 °C à 96 °C). Ils sont donnés à titre indicatif car ils varient en fonction du 
couvercle posé, du bec de gaz utilisé,… .
Sans couvercle Δt ≈ 2,85 min ; avec couvercle Δt’ ≈ 2,65 min.
2. 
ceau = 4,18 J.g–  1.°C–  1 ; PC = 38,1 × 103J.L–  1 ; D = 1,8 L.min–  1 ; Δθ = 80 °C.
m.ceau .∆
. θ
400 × 4,1 8 × 8 0
Sans couvercle : R = 
=
≈ 68 %.
PC .D.∆ t
, 8 × 2, 85
38,1 × 1 03 × 1,8
m.ceau .∆
. θ
400 × 4,1 8 × 8 0
≈ 74 %.
, 8 × 2, 65
38,1 × 1 03 × 1,8
Remarque : l’écart relativement faible, entre les deux situations, est dû au fait que l’ouverture d’une 
boite de conserve est petite au regard de celui d’une casserole de grande taille.
Avec couvercle : R’ = 
PC .D.∆ t
=
3.  L’économie de combustible est directement liée au temps du chauffage de l’eau.
%éco = 
2, 85
8 5 − 2, 65
x100 ≈ 7 %.
2, 8
85
46 • CHAPITRE 10 - Quelle quantité d’énergie peut fournir un combustible ?
EXERCICES
Tester ses connaissances
La production d’un kWh à partir du fuel nécessite une 
masse : 
1
mfuel = 
≈ 0,086 kg = 86 g.
11, 6
Q.C.M.
1. A; 2. B ; 3. C ; 4. B ; 5. B ; 6.B
Cette  masse  de  fuel  correspond  à  une  quantité  de 
matière de C15H32 : 
mfuel
86
=
nfuel = 
≈ 0,41 mol.
(f
212
M (fuel)
Apprendre à résoudre
Combustion du méthane et production de
dioxyde de carbone
Niveau l COMPRENDRE
1
a. 1 MJ = 
kWh. 
3, 6
60
D’où : PCI = 
50,1
≈ 13,9 kWh.kg–  1.
3, 6
60
b. Avec  le  PCI  du  méthane  on  obtient  la  masse  de 
méthane qui produit 1 kWh : 
E
1
=
mo = 
 = 7,2 × 10–  2 kg ≈ 0,072 kg = 72 g.
PC
PCI
13, 9
c. no = 
m0
H4 )
M (CH
L’équation de la combustion complète de C15H32 est :
C15H32 + 23O2 = 15CO2 + 16H2O.
La combustion d’une mole de C5H12 produit 15 moles 
de CO2.
Donc 0, 41 moles de C5H12 produisent 6,15 moles de 
CO2, soit une masse de dioxyde de carbone par kWh 
produit : 
mCO2 = 44 × 6,15 = 270 g.kWh–  1.
Tester ses compétences
; 
1. Le pétrole lampant
a. C11H24 + 17O2 = 11CO2 + 12H2O
b. C14H30 + 43 ⁄ 2O2 = 14CO2 + 15H2O
avec M(CH4) = 12 + 4 × 1 = 16 g.mol–  1. 
72
= 4,5 mol.
no = 
16
d. CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 
2. Le diester
C19H34O2 + 53 ⁄ 2O2 = 19CO2 + 17H2O
e. D’après  les  coefficients  stœchiométriques  de  la 
réaction il se forme une mole de CO2 par mole de CH4 
brûlée.
La quantité de matière de gaz carbonique produit si 
on brûle 4,5 moles de méthane est donc : 
nCO2 = 4,5 mol.
f. La quantité de matière de CO2 calculée à la question précédente correspond à celle qui est produite 
lors de la production de 1 kWh d’énergie PCI par le 
méthane.
La masse molaire de CO2 est : 
M(CO2) = 12 + 2 × 16 = 44 g.mol–  1.
La masse de CO2 recherchée est mCO2 = 44 × 4,5 = 198 g. 
Soit environ 200 g.kWh–  1.
Combustion du fuel et production de CO2
Niveau l APPLIQUER
Le PCI du fuel est en kWh.kg–  1 : 
41, 8
PCI = 
≈ 11,6 kWh.kg–  1.
3, 6
3. Les briquets à gaz vendus dans le monde
a. C4H10 + 13 ⁄ 2O2 = 4CO2 + 5H2O
b. M(CH4) = 4 × 12 + 10 × 1 = 58 g.mol–  1. 
no = 
mo
M (CH4 )
=
6
≈ 0,10 mol.
58
c. Voir tableau en bas de page.
La quantité de dioxygène consommé est : 
ni (O2) = 13⁄2 xf = 6,5 mol.
La quantité de dioxyde de carbone formé est : 
n(CO2) = 0,4 mol.
d. La masse molaire de dioxyde de carbone est 
M(CO2) = 12 + 2 × 16 = 44 g.mol–  1.
La masse de CO2 produite chaque année par les briquets à gaz vendus dans le monde est : 
m = 44 × 0,4 × 7 × 109 = 123 × 109 g = 1,23 × 105 tonnes.
Le  volume  d’air  nécessaire  à  cette  combustion 
est  cinq  fois  plus  grand  que  le  volume  d’oxygène 
consommé, soit : 
Vair = 5 × 6,5 × 24 × 7 × 109 = 5,5 × 1012 L = 5,5 × 109 m3.
Tableau de l’exercice 3. c.
Équation de la réaction
 C4H10 (gaz)  +  13 ⁄ 2 O2 (gaz)  =  4 CO2 (gaz)  +  5 H2O(gaz)
x=0
0,10
ni (O2)
État intermédiaire (mol)
x
0,10 – x
ni (O2) – 13 ⁄ 2  x 
4 x
5 x
État final (mol)
xf = 0,10
0 
0
0,40 
0,50
État initial (mol)
0
0
CHAPITRE 10 - Quelle quantité d’énergie peut fournir un combustible ? • 47
4. Quelle quantité de combustible pour
chauffer de l’eau ?
a. Réchaud à gaz :
L’énergie consommée pour le chauffage de l’eau est : 
Ebut. = P . t = 2800 × 3 × 60 = 5,04 × 105 J.
Avec le PCI du butane on obtient la masse de butane 
brûlé pour fournir cette énergie : 
5, 0
04
4 x1 05
E
=
mbut. = 
 = 1,02 × 10–  2 kg ≈ 10 g.
PC
PCI
49, 5x1 06
Réchaud à alcool :
L’énergie consommée pour le chauffage de l’eau est : 
Ealco. = P  . t = 2000 × 7 × 60 = 8,4 × 105 J.
Avec le PCI de l’alcool on obtient le volume d’alcool 
brûlé pour fournir cette énergie : 
E
8, 4 × 105
=
Valco. = 
 = 3,94 × 10–  2 L.
PCI 21, 3 × 1 06
La  masse  volumique  de  l’alcool  nous  permet  de 
déterminer la masse d’alcool correspondante :
m
ρ=
,
V
d’où : m = ρ  . V = 0,8 × 3,94 × 10–  2 ≈ 3,2 × 10–  2 kg = 32 g.
b. Le rendement est obtenu en faisant le rapport de 
l’énergie utile par l’énergie consommée:
E utile
r  = 
E consommée
Or : Eutile = 10 kcal = 41,8 kJ = 4,18 × 104 J.
4,1
18
8 ×1
10 4
× 100  = 8,3 %.
Pour le réchaud à gaz : rbut. = 
5, 0
04
4 ×1
105
Pour le réchaud à alcool : 
4,1
18
8 ×1
10 4
× 100  = 5,0 %.
ralco. = 
8, 4 × 105
Le réchaud le plus économique en énergie est celui 
dont le rendement est le plus élevé, soit le réchaud 
à gaz.
5. Explosion de gaz
Pour qu’une explosion se produise, la proportion de 
gaz  combustible  dans  l’air  doit  être  comprise  entre 
ses  limites,  supérieure  et  inférieure,  d’explosivité 
(LSE, LIE). De plus il faut une étincelle électrique ou 
un point chaud pour déclencher l’explosion.
Les conseils en ces de fuite de gaz suspectée dans une 
habitation : 
–   ne  pas  allumer  de  lampes  ou  tout  appareil  électrique ;
–   aérer  au  maximum  l’appartement  de  manière  à 
amener  la  proportion  de  gaz  au  dessous  du  seuil 
LIE ;
–   fermer l’arrivée générale du gaz.
6. Le monoxyde de carbone
–   Ne  pas  laisser  une  voiture  en  marche  dans  un 
garage.
–   Ne pas obstruer les bouches d’aération.
–   Vérifier l’étanchéité des conduits de cheminée, et 
vérifier qu’ils ne soient pas obstrués.
–   Les appareils à combustions doivent être installés 
dans des pièces ventilées.
–   Les appareils de chauffage doivent être entretenus 
et aux normes de sécurité.
Applications technologiques
7. Le brûleur d’une cuisinière à gaz de ville
a. L’énergie libérée par la combustion de 295 L de gaz 
de ville en une heure est : 
E = PC  . VGaz.
Le volume de gaz doit être exprimé en m3 : 
VGaz = 0,295 m3.
E = 0,295 × 10,5 ≈ 3,1 kWh.
Cette énergie étant libérée en une heure, la puissance 
maximale (nominale) du brûleur est de 3,1 kW
b. Équation de la combustion : 
CH4 (gaz) + 2O2 (gaz) → CO2 (gaz) + 2H2O (gaz).
L’équation de la réaction montre qu’elle consomme 
une quantité de matière de dioxygène double de celle 
du méthane brûlé.
Comme les volumes de gaz sont proportionnels à leur 
quantité de matière, 
VO2 = 2 VGaz,   et   Vair = 5. VO2.
Vair = 5 × 2 × 0,295 ≈ 3 m3.
c. Les  produits  des  combustions  sont  chauds  et 
montent, ils doivent être évacués par le haut. L’entrée 
d’air froid par la bouche d’aération basse permet de 
favoriser un courant de convection.
d. Le  brûleur  utilisé  a  une  puissance  nominale  de 
3,1 kW. Pour un fonctionnement d’une heure il produit une énergie égale à 3,1 kWh. Le constructeur préconise donc pour ce brûleur un renouvellement d’air 
égal à : 
Vair renouv. = 2 × 3,1 = 6,2 m3 par heure.
Soit  le  double  de  celui  strictement  nécessaire  pour 
renouveler l’oxygène brûlé.
8. Changement de combustible d’une cuisinière
à gaz
a. Avec une puissance de 3,1 kW, le brûleur produit 
une énergie de 3,1 kWh en 1 heure.
La masse de butane pour produire cette énergie est : 
E
3,1
=
m (butane) = 
 ≈ 0,227 kg.
PC 13, 6
Le  débit  massique  du  brûleur,  en  butane,  est  donc 
voisin de 230 g par heure.
b. Une masse de 230 g de butane correspond à une 
quantité de matière : 
m( buta ne) 230
=
≈ 4,0 mol.
n(butane) = 
M ( buta ne) 58
48 • CHAPITRE 10 - Quelle quantité d’énergie peut fournir un combustible ?
Le débit volumique de butane est donc : 
d = 4,0 × 24, 0 = 96 L.h–  1.
Ce  débit  est  bien  inférieur  à  celui  du  méthane 
(295 L.h–  1) d’où la nécessité de réduire le diamètre de 
l’orifice de l’injecteur de gaz du brûleur.
c. C4H10 + 13 ⁄ 2O2 → 4CO2 + 5H2O.
Les  coefficients  stœchiométriques  de  la  réaction 
montrent que pour brûler une mole de butane il faut 
6,5 moles de dioxygène.
En une heure le brûleur consomme 96 litres de gaz 
butane, il faudra donc un volume de dioxygène 
V(O2) = 96 × 6,5 = 624 L ;
 et un volume d’air cinq fois plus grand soit :
V(air) = 5 × 624 ≈ 3120 L = 3,1 m3.
Ce résultat est pratiquement identique à celui trouvé 
pour le méthane. Le changement de gaz ne nécessite 
donc pas de modifier la hauteur de réglage de l’entrée 
d’air.
9. Une bûche de Noël
5 000
PCI du bois (kWh par tonne)
4 000
3 000
2 000
1 000
0
10 %
50 % Taux d'humidité du bois
a. Le PCI à 15 % d’humidité est égal à 4250 kWh par 
tonne. L’énergie libérée par une bûche de 10 kg est 
donc : 
10
 = 42,5 kWh.
E = 4250 × 
1000
b. Pour un bois à 50  % d’humidité le PCI est environ 
égal à 2250 kWh par tonne.
En utilisant ce bois à 50 % d’humidité, la perte relative 
d’énergie, par rapport à un bois à 15 % d’humidité, 
est : 
p =  4250 − 2250  × 100 = 47 %.
4250
c. Le  PCI  du  bois  est  nul  pour  un  taux  d’humidité 
égal à 90 %. Pour ce taux d’humidité l’énergie libérée 
par  la  combustion  du  bois  est  juste  suffisante  pour 
assurer la vaporisation de l’eau contenue dans le bois.
10. Chaudière bois – charbon
a. L’énergie  consommée  par  la  chaudière  à  pleine 
puissance en une heure est :
E = P . t = 30 × 1 = 30 kWh.
30
Pour le bois il faut :  m bois = 
≈ 7,1 kg ;
4, 2
Pour  le  charbon  il  faut  d’abord  rendre  les  unités 
homogènes : on exprime l’énergie en MJ : 
E = 30 kWh = 30 × 3,6 × 106 J = 108 MJ
108
soit :
m charbon = 
≈ 3,3 kg.
33
b. L’énergie  nécessaire  au  chauffage  annuel  de  la 
maison est 1000 fois supérieure à celle calculée à la 
première question. Les masses de charbon et de bois 
calculées  à  la  question  1  doivent  donc  être  multipliées par 1000 : 
m bois/an = 1000 × 7,1 = 7100 kg ;
m charbon/an = 1000 × 3,3 = 3300 kg.
c. Comme la masse d’un stère de bois est de 500 kg, 
le nombre de stères de bois à stoker pour le chauffage 
d’une année est 
7100
n stères = 
≈ 14 stères.
500
Le  volume  minimum  pour  stoker  cette  quantité  de 
bois est Vbois = 14 m3.
Le coût annuel pour l’achat du bois est : 
14 × 60 = 840 euros.
d. L’encombrement  du  charbon  est  5  fois  moindre 
que celui du bois pour une même quantité d’énergie, 
donc 
V
Vcharbon = bois ≈ 3 m3.
5
La masse de charbon exprimée en tonnes est 
3300
 = 3,3 tonnes.
m charbon/an = 
1000
Le coût annuel pour l’achat du charbon est : 
3,3 × 256 ≈ 845 euros.
e. Coût des combustibles : identiques.
Encombrement pour le stockage  :  net  avantage  au 
charbon (cinq fois moins).
Durée de chauffe : une chaudière remplie de charbon 
tiendra plus longtemps qu’avec du bois.
Production de gaz à effet de serre et d’émissions polluantes : net avantage au bois.
Énergie renouvelable  :  seul  le  bois  répond  à  ce  critère, le charbon bien qu’il soit encore abondant sur la 
Terre, est une énergie fossile.
11. Les chaudières à condensation
a. CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2(g) + 2H2O(g)
Une mole de méthane donne deux moles d’eau
Or la quantité de matière de 1 kg de méthane est :
m(CH4 ) 1000
n(CH4) = 
=
 = 62,5 mol.
M (CH4 )
16
La masse d’eau formée sous forme de vapeur est : 
m(H2O) = n(H2O). M(H2O) = 2 × 62,5 × 18 = 2250 g.
b. L’énergie qui sera libérée par la condensation de 
cette  masse  d’eau,  liée  à  la  combustion  d’un  kilogramme de méthane, est : 
Econd. = m (H2O vap.) . L cond ;
CHAPITRE 10 - Quelle quantité d’énergie peut fournir un combustible ? • 49
Econd.  =  2,25  ×  2,26  ≈  5,1  MJ  par  kilogramme  de 
méthane.
b. La  pile  à  combustible  transforme  de  l’énergie 
c. Le PCS s’obtient en ajoutant l’énergie calculée à la 
c. Une  pile  à  combustible  de  rendement  de  50  % 
question 2 au PCI.
peut fournir une énergie électrique par kilogramme 
de dihydrogène consommé : 
1000
E = 0,5 × 
 × 0,286 = 71,5 MJ
2
71, 5 × 1
106
≈ 20 kWh.
soit en kWh :  
E = 
3, 6 × 106
PCS = PCI + Econd. = 50,1 + 5,1 = 55,2 MJ.kg–  1.
Il  faudrait  rajouter  à  ce  résultat  l’énergie  récupérée  par  le  refroidissement  des  gaz  de  combustion 
chauds, pour trouver la valeur donnée par les tables : 
55,5 MJ.kg–  1.
d. Le PCS est supérieur d’environ 10 au PCI % : c’est 
la valeur de l’économie d’énergie qui peut être attendue
12. La combustion du dihydrogène (H2)
a. 2H2 (g) + O2 (g) = 2H2O(l)
b. Cette  combustion  ne  produit  pas  de  gaz  carbonique.
c. Une masse de 1 kg de dihydrogène contient une 
quantité de matière : 
m(H2 ) 1000
=
 = 495 mol.
M (H2 ) 2, 0 2
Le PCS du dihydrogène est donc : 
n(H2) = 
PCS(H2) = 495 × 0,2858 = 141,5 MJ.kg–  1.
d. Le  PCS  de  l’hydrogène  est  environ  3,2  fois  plus 
grand que celui de l’essence
e. Pour une même énergie embarquée la masse de 
carburant est 3,2 fois moindre avec l’hydrogène. Or 
pour  obtenir  des  économies  de  carburant  la  masse 
totale du véhicule (voiture, et plus encore fusée), avec 
le carburant embarqué, doit être minimisée.
13. La pile à combustible
a. En combinant les deux équations on a : 
H2 + ½ O2 → H2O
chimique en énergie électrique.
Actualités techniques et
professionnelles
14. Le stockage du dihydrogène
a. Pour liquéfier le dihydrogène il faut atteindre des 
températures très basses et des pressions très élevées. 
Ces solutions techniques sont très chères et présentent des risques.
b. Hydrure de magnésium, MgH2.
c. On  augmente  la  surface  d’échange  entre  le 
magnésium  et  le  dihydrogène,  la  fixation  est  ainsi 
plus rapide.
d. On augmente ou l’on diminue la pression du dihydrogène, par rapport à 5 bars.
Le coin du chercheur
La  production  d’énergie  électrique  par  les  énergies 
renouvelables, éolienne ou photovoltaïque, dépend 
de  facteurs  climatiques  qui  ne  correspondent 
pas  toujours  aux  besoins  en  énergie.  On  pourrait 
ainsi  produire  du  dihydrogène  par  électrolyse  aux 
moments de forte production d’énergie renouvelable 
et de faible consommation. Lors de périodes de forte 
consommation  le  dihydrogène  permettrait  de  produire de l’électricité avec des piles à combustible.
50 • CHAPITRE 10 - Quelle quantité d’énergie peut fournir un combustible ?
11
Comment s’éclairer efficacement ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Quels facteurs influencent l’éclairement ?
Les résultats expérimentaux sont donnés dans le tableau :
E (lx)
2000
530
240
145
92
65
d (m)
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1
 (m–  1)
d
5
2,5
1,67
1,25
1
0,83
25
6,25
2,78
1,56
1
0,69
1
d2
 (m–  2)
E (lx)
2 500
2 000
2 000
1 500
1 500
1 000
1 000
500
0
0
E (lx)
2 500
5
10
15
20
500
1 –2
(m )
d2
25
30
0
0
1
2
3
4
5
1 –1
(m )
d
6
1.  L’éclairement se mesure à l’aide d’un luxmètre muni de sa cellule. Il se mesure en lux.
2.  L’éclairement fourni par une lampe dépend de la puissance de la lampe et de la distance entre la 
lampe et le point où est réalisée la mesure.
3.  L’éclairement est inversement proportionnel au carré de la distance entre la source lumineuse et 
la cellule du luxmètre.
■ Activité 2 : Quelle est l’influence de la température du filament d’une
lampe à incandescence sur son spectre lumineux d’émission ?
1.  En augmentant la résistance du rhéostat, l’intensité du courant traversant la lampe diminue 
donc la température du filament diminue également.
2.  Le spectre d’émission de la lampe s’appauvrit en violet, bleu et vert pour se limiter au rouge 
orangé.
3.  La température du filament d’une lampe à incandescence influe sur la couleur de la lumière 
émise.
■ Activité 3 : Quelle est l’influence du spectre d’émission d’une source
lumineuse sur la couleur des objets éclairés ?
1.  Éclairé en lumière blanche, le cube est bleu, éclairé en lumière rouge, le cube est noir.
2.  La couleur d’un objet dépend du spectre d’émission de la source lumineuse qui l’éclaire mais 
aussi de la couleur de son revêtement et de l’œil qui l’observe.
CHAPITRE 11 - Comment s’éclairer efficacement ? • 51
TRAVAUX PRATIQUES
■ Utiliser une photodiode pour déterminer un éclairement
1. Problématique
La photodiode est un transducteur photoélectronique de symbole 
Branchée en sens inverse, elle se comporte comme un générateur de courant.
Comment réaliser un photomètre avec cette diode en utilisant le matériel du laboratoire ?
2. Questions préliminaires et propositions
6V
10 Ω
–   L’éclairement se mesure à l’aide d’un luxmètre.
–   Conversion : 50 mA = 5 × 10–  2 mA.
–   Coordonnées : A (200 ; 200) et B (3 000 ; 2).
–   Schéma du montage ci-contre.
–   Protocole expérimental :
Lorsque la photodiode est éclairée, elle se comporte comme un 
générateur de courant dont l’intensité varie en fonction de 
l’éclairement. Il suffit de faire varier la distance de la lampe à la 
ϕ
photodiode pour faire varier l’éclairement de cette dernière (E = k  L2 ).
d
On relève sur le microampèremètre, pour chaque valeur de 
l’éclairement, les valeurs de l’intensité du courant traversant le circuit ; 
ces couples de valeurs permettent de tracer la courbe représentant 
I = f(E).
A
3. Réalisation expérimentale
–   Le montage correspond au circuit ci-dessus.
–   Tableau de mesures obtenu avec la photodiode de BPW 34 :
E (lx)
I (mA)
65
5
145
11
344
26
475
36
–   Tracé de la courbe ci-contre.
–   La loi intensité - éclairement peut s’écrire : 
I = 0,0773 E – 0,30
avec E en lux et I en microampère.
  Sous le store, avec I = 490 mA, on a E = 6 300 lx.
  Derrière les fenêtres, avec I = 210 mA, 
  on a E = 2 700 lx.
  Dans la pièce, avec I = 20 mA, on a E = 260 lx.
  Dans la cave, avec I = 0,7 mA, on a E ≈ 13 lx.
802
62
103
I (m A )(courant fonction de l'éclairement)
102
101
100
10 –1 1
10
52 • CHAPITRE 11 - Comment s’éclairer efficacement ?
102
103
E ( l x)
104
EXERCICES
Q.C.M.
1 : B ; 2 : B ; 3 : B ; 4 : B et C ; 5 : C ; 6 : C ; 7 : C ; 8 : C
3. Sensibilité spectrale
a. La sensibilité lumineuse n’est pas identique pour 
Apprendre à résoudre
toutes les radiations. Elle est plus faible pour le violet 
et le rouge.
b. L’œil est plus sensible pour une radiation de 555 
nm : elle correspond au vert. Le rendement lumineux 
est alors de 683 lm.W–  1.
Lampe à réflecteur
Niveau l COMPRENDRE
a. Intensité lumineuse : 
I = E  . d2 = 500 × 1,52 = 1 125 cd.
b. Aire de la surface éclairée : 
π × D 2 π × (1, 2)
22
=
S = 
 = 1,13 m2.
4
4
c. Flux lumineux émis par cette lampe : 
Φ = E  . S = 500 × 1,13 = 565 lm.
4. Deux sources d’éclairage
a. Rendement énergétique : 
1800
 = 86 lm.W–  1 ;
21
2500
 = 25 lm.W–  1.
Mazurlux  η = 
100
Tangolux a le meilleur rendement énergétique.
b. La lampe la plus économique est Tangolux.
c. La  lampe  émettant  la  lumière  la  plus  froide  est 
Tangolux. La teinte la plus rougeâtre est Mazurlux.
d. Celle  qui  a  le  meilleur  rendu  des  couleurs  est 
Mazurlux. 
Tangolux  η = 
d. Rendement lumineux :
Φ 565
k = 
P
=
100
 = 5,65 lm.W–  1.
Données catalogue
Niveau l APPLIQUER
a. À 2 m de la lampe, l’éclairement est 450 lx et l’intensité lumineuse est 
I = E  . d2 = 450 × 22 = 1 800 cd.
π × D 2 π × (1, 0
07)2
=
b. La surface S = 
 = 0,899 m2.
4
4
Le flux lumineux émis par la lampe est 
Φ = E  . S = 450 × 0,899 = 405 lm.
Φ 405
 = 5,1 lm.W–  1.
Rendement lumineux k =  =
P
80
5. Caractéristiques des sources lumineuses
a) Éclairement en lux
Soleil au zénith
105
Rue d’une ville
20
Pièce d’habitation
300
b) Température de couleur en K
Soleil au zénith
5 800 
Lampe fluocompacte
4 000
Bougie
2 300
Tester ses connaissances
1. Le flux lumineux
a. L’éclairement se mesure avec un luxmètre.
b. On peut utiliser une photopile.
c. Le flux lumineux est Φ = E × S = 220 × 2 = 440 lm.
c) IRC conseillé pour l’éclairage
2. Les longueurs d’onde
Magasin
85 
Laboratoire
95
Entrepôt
80
d) Rendement énergétique (lm.W–  1)
a. L’unité des longueurs d’onde utilisée est le nanomètre.
Bougie
b. Voir schéma ci-dessous.
c. Les  infrarouges  ont  la  plus  grande  longueur 
d’onde, les ultraviolets ont la plus grande fréquence.
1 
Lampe fluocompacte
70
Lampe à DEL
120
UV
IR λ (nm)
400
ultraviolet
λ < 400 nm
450
500
550
600
visible
400 nm < λ < 800 nm
650
700
750
800
infrarouge
λ > 800 nm
CHAPITRE 11 - Comment s’éclairer efficacement ? • 53
6. Lumière – matériaux et revêtement
a. En  appliquant  le  principe  de  conservation  de 
l’énergie, compléter le tableau suivant pour un flux 
lumineux incident de 100 lm.
Flux (lm)
absorbé
transmis
réfléchi
Mur blanc brillant
10
0
90
Mur blanc mat
30
0
70
Mur avec couleur 
foncée
0
90
10
Vitrage standard
10
80
10
Vitrage dépoli
25
35
40
Mur en ciment
50
0
50
b. En  peignant  un  mur  en  blanc,  on  obtient  une 
meilleure réflexion des radiations lumineuses.
c. Un  mur  blanc  peut  éblouir  car  la  réflexion  des 
radiations  lumineuses  est  importante.  On  peut  la 
diminuer avec des peintures mates.
d. Un  vitrage  en  verre  dépoli  transmet  moins  la 
lumière qu’un vitrage standard car il absorbe et réfléchit plus de flux lumineux. 
7. Règle de Krüithof
a. Température de couleur adaptée :
Salle de 
cinéma
Chambre 
Séjour
A. Réchauffement climatique
300 × 0,1
14
 = 7.
6
b. Rendement global η = 0,33 × (1 – 0,12) × 0,07 = 0,02 
soit 2 %.
L’énergie perdue par ces conversions réchauffe l’atmosphère.
a. Nombre de centrales : n = 
B. Ménages
a. Ce slogan traduit que la fonction d’une lampe est 
l’éclairage et non le chauffage.
b. Le flux lumineux produit par les lampes à incandescence est : 
Φ = 500 × 13 = 6 500 lm.
c. Avec  les  lampes  fluocompactes  la  puissance 
nécessaire pour le même flux lumineux est de
100 W.
d. Cette  opération  permet  de  faire  des  économies 
d’énergie.
C. Environnement
a. Énergie nécessaire à l’éclairage : 
Applications technologiques
Locaux
8. Développement durable
Salle de classe
Self service
E (lx)
50
200
300
Tc (K)
2 400
3 200
3 500
Locaux
Cuisine
Couture
Laboratoire
Électronique 
fine
E (lx)
500
700
1 300
Tc (K)
4 200
4 600
5 400
b. Lampes adaptées aux locaux :
Locaux
Salle de 
cinéma
Chambre
Séjour
Salle de classe
Self service
E (lx)
50
200
300
Tc (K)
Lampe à 
sodium
Lampe 
halogène
Tube 
fluorescent
Locaux
cuisine
Couture
Laboratoire
Électronique 
fine
E (lx)
500
700
1 300
Tc (K)
Lampe fluocompacte
Tube 
fluorescent
Tube 
fluorescent.
c. – Plus l’éclairement est faible, plus la température 
de couleur agréable est basse, la teinte de la lumière 
est rougeâtre et l’ambiance est chaude.
–  Plus  l’éclairement  est  élevé,  plus  la  température 
de  couleur  agréable  est  élevée,  plus  la  teinte  de  la 
lumière est bleutée et l’ambiance est froide.
54 • CHAPITRE 11 - Comment s’éclairer efficacement ?
300 × 0,14 = 42 TWh.
  Pour une économie de 10 %, on réduit la consommation de 4,2 TWh soit 4,2 × 109 kWh.
–   La  diminution  annuelle  d’émission  de  CO2  serait 
de : 4,2 × 109 × 6 × 10–  2 = 2,52 × 108 kg
soit  2,52 × 105 tonnes.
–   La  diminution  annuelle  d’émission  de  SO2  serait 
de : 4,2 × 109 × 4 × 10–  4 = 1,68 × 106 kg 
soit  1,68 × 103 tonnes.
–   La diminution de déchets nucléaires serait de 
4,2 × 109 × 1,67 × 10–  7 ≈ 670 m3.
b. Lorsque les lampes fluocompactes sont usagées, 
il faut les faire recycler car le mercure est un élément 
toxique pour l’homme, la faune et la flore (voir, par 
exemple, l’accident de Minamata en 1953 au Japon).
9. Coefficient de réflexion
a. La  couleur  d’une  surface  a  une  influence  sur  la 
réflexion de la lumière (le jaune mat reflétera six fois 
plus que le bleu outremer). 
b. Une salle de classe peinte en violet reflétera peu 
de lumière et nécessitera un flux lumineux beaucoup 
plus important qu’une salle peinte en blanc.
c. Le chêne naturel et la brique rouge répondent à ce 
critère.
d. Le coefficient de réflexion d’un mur en béton (gris 
clair) est de 45. Pour obtenir le coefficient convenable, 
il vaut mieux le peindre en jaune mat par exemple.
10. Absorption – réflexion – transmission
a. La conservation du flux lumineux peut s’écrire 
Φr + Φa + Φt =  Φi
soit, en divisant par Φi,
R + A + T = 1.
b. Le  coefficient  de  réflexion  de  ce  verre  dépoli  est 
R = 0,40.
c. Flux lumineux transmis 
Φt = 0,22 × E  . S = 0,22 × 1 000 × 0,04 = 8,8 lm.
Flux lumineux réfléchi 
Φr = 0,40 × E  . S = 0,40 × 1 000 × 0,04 = 16 lm.
d. Le flux absorbé se manifeste sous forme de chaleur et ce luminaire est peu économique.
11. Classes d’efficacité énergétique des lampes
Lampe fluocompacte de puissance P = 7 W. On a : 
0,24 Φ  + 0,0103  Φ = 16,2 W.
12. Lampe au sodium
a. La fréquence de la radiation est :
3×1
108
 = 5,1 × 1014 Hz. 
590 × 10 − 9
La lumière émise est jaune.
 f  = 
b. La température de couleur T = 2000 K donne une 
ambiance  chaude.  Le  rendu  des  couleurs  est  très 
mauvais IRC = 25 (radiation monochromatique).
c. Le rendement lumineux nominal est :
k = 
33000
 = 183 lm.W–  1.
180
d. La mise en régime nominal est effectuée en une 
Ici P ⩽ 0,24 Φ  + 0,0103Φ : La lampe est de classe A.
Lampe à incandescence de puissance P = 100 W. On a : 
dizaine  de  minutes.  Cette  lampe  ne  convient  pas 
pour un couloir qui ne doit s’allumer que pour le passage des personnes.
0,24 Φ  + 0,0103  Φ = 20,7 W.
La lampe n’est pas de classe A, car sa puissance est 
supérieure à 20,7 W.
Le coin du chercheur
Calcul de Pr = 0,88 Φ  + 0,049 Φ = 89,3 W ; l’indice 
100
 = 1,12 soit 112 %.
89, 3
La lampe est de classe F
Lampe halogène de puissance P = 60 W. On a : 
I = 
0,24 Φ  + 0,0103Φ = 15,2 W.
La lampe n’est pas de classe A, car sa puissance est 
supérieure à 15,2 W.
Calcul de Pr = 0,88 Φ  + 0,049 Φ = 64,7 W ; l’indice 
60
 = 0,93 soit 93 %.
64, 7
La lampe est de classe D.
I = 
1.  Les tunnels sont équipés de lampes à vapeur de 
sodium qui émettent une lumière jaune (λ = 589,0 nm 
et 589,6 nm). La voiture bleue semble noire car elle 
absorbe la lumière jaune (vert + rouge).
2.  L’éblouissement est une perte de la performance 
visuelle  en  raison  d’une  luminance  dans  le  champ 
visuel trop importante par rapport au niveau d’éclairement auquel l’œil est adapté. (La luminance est le 
flux lumineux par unité de surface de la source lumineuse). Le jour, l’œil est adapté à un éclairement plus 
important que la nuit et la luminance du filament de 
la lampe est mieux supportée car elle est plus proche 
de celle des objets éclairés par la lumière naturelle.
CHAPITRE 11 - Comment s’éclairer efficacement ? • 55
12
Comment s’isoler des bruits de voisinage ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Quelles sont les caractéristiques des sons qui peuvent nuire
à notre confort ?
Expérience 1
1.  Un son est toujours un signal périodique. Lorsque le signal n’est pas périodique, il s’agit d’un 
bruit.
2.  Oui, lorsqu’une note plus grave est jouée, la fréquence du signal est modifiée (elle est diminuée).
3.  Plus la fréquence d’un son est élevée, plus ce son est aigu. Plus la fréquence d’un son est basse, 
plus le son est grave.
Expérience 2
1.  Non le niveau sonore du silence n’est pas égal à 0 dB mais on mesure généralement 42 à 46 dB.
2.  Le niveau sonore augmente lorsque le volume du son augmente.
3.  Sa fréquence et son niveau sonore peuvent nuire à notre confort.
■ Activité 2 : Comment améliorer le confort acoustique
1.  Ici, les résultats dépendent des matériaux utilisés.
L0,
avec l’air comme 
isolant
Son de fréquence 400 Hz
89
Son de fréquence 1 000 Hz
92
L1,
isolation avec 
bois
72
79
L2,
L3,
isolation avec PS  isolation avec PS 
extrudé
expansé
81
83
86
87
2.  Il est possible de se protéger des sons en plaçant un matériau isolant phonique entre la source 
sonore et l’oreille.
TRAVAUX PRATIQUES
■ Absorption d’une onde sonore par différents matériaux
Questions préliminaires
1.  Les ultrasons ne sont pas audibles. Ils peuvent donc être utilisés en laboratoire sans gêner les 
manipulateurs.
2.  Les ultrasons ont une fréquence supérieure à 20 kHz.
3.  La loi de Descartes sur la réflexion indique que lors de la réflexion d’une onde sonore, l’angle 
d’incidence i est égal à l’angle de réflexion r.
son
incident
émetteur
i
r
son
réfléchi
56 • CHAPITRE 12 - Comment s’isoler des bruits de voisinage ?
Réalisation de l‘expérience
–   Réaliser un montage 
similaire à celui de la 
photo ci-contre.
–   Placer différents 
matériaux devant la 
plaque en métal. Pour 
chacun des matériaux, 
relever l’amplitude 
du signal reçu par le 
récepteur. Le matériau le 
plus absorbant est celui 
pour lequel l’amplitude 
est la plus faible.
–   Les résultats obtenus 
dépendent grandement des matériaux utilisés (état de surface, …) et des réglages des appareils. 
Le tableau ci-dessous est donné à titre d’exemple.
Matériau
Umax
Liège
2,3
Polystyrène
1,9
Plaque de plâtre
3,6
Dans ce cas, le polystyrène est le matériau le plus absorbant alors que la plaque de plâtre est le 
matériau le plus réfléchissant.
EXERCICES
Q.C.M.
1. A, B, C ; 2. A, C ; 3. B, C ; 4. A, C ; 5. C ; 6. A, C ; 7. C.
Apprendre à résoudre
Analyse d’un son
Niveau l COMPRENDRE
a. La période T se lit sur le graphique : T = 1,15 ms
Onde sonore
U(V)
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
T
0,1
0
- 0,1 0 0,25 0,5 0,75
- 0,2
- 0,3
- 0,4
- 0,5
- 0,6
1
1,25 1,5 1,75
2
2,25 2,5 0,75
temps
(ms)
b. f = 1 ⁄ T = 1 ⁄ (1,15 × 10–  3) = 869, 56. La fréquence est 
d’environ 870 Hz.
c. Ce son a une fréquence comprise entre 300 Hz et 
1 500 Hz. Il est donc médium.
d. Il a mesuré un niveau sonore en décibel.
e. Le niveau sonore est diminué de 6 décibels chaque 
fois que la distance à la source sonore est multipliée 
par deux.
Ainsi :  – à 2 mètres, L2 = 49 – 6 = 43 dB ;
 
– à 4 mètres,  L4 = 43 – 6 = 37 dB ;
 
– à 8 mètres, L8 = 37 – 6 = 31 dB.
Analyse d’un son
Niveau l APPLIQUER
a. La période du signal est T = 3 ms donc :
f  = 1 ⁄ T = 333 Hz.
b. Le son produit est médium.
c. Il a mesuré le niveau sonore
d. Le niveau sonore se mesure en décibel (dB).
e. À 8 mètres, l’avion produit un son de : 
89 – (3 × 6) = 71 dB.
Tester ses compétences
1. Grandeurs acoustiques
a. La  pression  acoustique,  l’amplitude  de  l’onde, 
l’intensité sonore et le niveau d’intensité sonore indiquent si un son est fort.
b. La fréquence et la période d’une onde sonore sont 
liées à la hauteur d’un son.
CHAPITRE 12 - Comment s’isoler des bruits de voisinage ? • 57
c. Pour mesurer le niveau d’intensité sonore, on utilise un sonomètre dirigé vers la source sonore.
d. T = 2,3 ms, f = 1 ⁄ T = 1 ⁄ (2,3 × 10–  3) = 435 Hz.
e. T = 1 ⁄ f  = 1 ⁄ 1 500 = 6,7 × 10–  4 s 
par conséquent T = 670 ms.
9. Émergence
a. Le  décibel  A  est  une  unité  de  mesure  de  niveau 
1. A ; 2. C ; 3. C ; 4. A
sonore. Un niveau sonore mesuré en décibels A tient 
compte de la sensibilité de l’oreille humaine aux différentes fréquences.
b. Le  sonomètre  permet  de  mesurer  les  niveaux 
sonores.
c. Non il n’est pas permis d’émettre n’importe quel 
son  dans  la  journée.  Pour  un  voisin,  la  différence 
de  niveau  sonore  entre  une  mesure  avec  la  source 
sonore  gênante  et  sans  cette  source  sonore  ne  doit 
pas dépasser 5 dB(A).
4. Recopier et corriger
a. L’audibilité d’un son dépend de son intensité et de 
10. Simple ou double vitrage
a. Placer une vitre entre la source sonore et le récep-
2. Un téléphone dans le vide
Pour se propager, une onde nécessite un milieu matériel. Par définition, le vide est l’absence de matière. Le 
son ne peut donc pas se propager dans le vide.
3. Célérités
sa hauteur.
b. Plus l’intensité sonore d’un son est élevée, plus on 
l’entend fort.
c. La hauteur d’un son est liée à sa fréquence.
d. Le niveau d’intensité sonore s’exprime en décibel.
e. La période d’un son s’exprime en seconde et la fréquence en hertz.
5. Recopier et compléter
Au  seuil  d’audibilité  d’un  son  de  fréquence  1 000 
hertz, le niveau sonore est égal à 0 dB. Ce seuil correspond à une intensité sonore I0 de 10–  12 W.m–  2.
6. Formule et unités
∙ II ∙ avec L le niveau sonore en déci-
a. L = 10 log  
0
bel (dB), I l’intensité sonore en W.m–  2 et I0 l’intensité 
sonore de référence en W.m–  2.
b. I0 = 10–  12 W.m–  2
10000 I 0
c. L = 10 log  
 = 10 log  (10 000) = 40 dB. 
I0
Dans ce cas, le niveau sonore est de 40 décibels.
∙
∙
7. Écho
Lorsque Maxime parle face au double rideau, celui-ci 
absorbe une grande partie de l’onde sonore. Lorsqu’il 
parle face à la fenêtre, une grande partie de l’onde est 
réfléchie.
Applications technologiques
8. Calcul d’un niveau sonore : casque antibruit
a. I  ⁄ I0 = 10–  2 ⁄ 10–  12 = 1010.
∙ ∙
I
b. L = 10 log 
.
I0
c. Taper sur la machine :  1   0   log    1   0   ^   1   0 . 
Le niveau sonore est L = 100 dB.
d. L’ouvrier  doit  porter  un  casque  antibruit  ou  des 
bouchons car au-delà de 85 dB, un son présente un 
danger par le système auditif.
teur  fait  diminuer  le  niveau  sonore  au  niveau  du 
récepteur. Le verre est donc un isolant acoustique.
b. Son 125 Hz : Double vitrage 4/10/4 ; Verre 4 mm ; 
Verre 10 mm ; Double vitrage 10/10/4.
Son  500  Hz  :  Double  vitrage  4/10/4  ; Verre  4  mm  ; 
Verre 10 mm ; Double vitrage 10/10/4.
Son 1 000 Hz : Verre 4 mm ; Double vitrage 4/10/4 ; 
Verre 10 mm ; Double vitrage 10/10/4.
Son 4000 Hz : Verre 4 ; Double vitrage 4/10/4 ; Verre 
10 mm ; Double vitrage 10/10/4.
c. On constate que le verre de 10 mm isole mieux que 
le  double  vitrage  4/10/4.  Augmenter  le  nombre  de 
vitrage n’améliore pas systématiquement l’isolation 
phonique. Mieux vaut parfois augmenter l’épaisseur 
du vitrage.
11. Épaisseur du vitrage
a. Le verre isole mieux des sons aigus car l’atténuation est plus forte pour les sons de haute fréquence.
b. Plus l’épaisseur du verre augmente, plus l’atténuation phonique augmente.
c. Pour un son de fréquence 2000 Hz et des vitrages 
de 3,4 mm, l’atténuation est de 40 dB.
12. Temps de réverbération d’une salle de classe
avec son mobilier et ses occupants
1. a. Calculs des aires équivalentes
La salle
Élément 
absorbant
CRB
Sol (linoléum)
0,00
8 × 6 = 48
0,00 × 48 = 0,00
Portes 
0,35
2 × 1,8 = 3,6
0,35 × 3,6 = 1,26
Vitrage
0,10
1,6 × 8 = 12.8
0,10 × 12,8 = 1,28
Murs
0,40
((8 + 6) × 2 ) 
× 3 – 3,6 – 12,8 
= 67,6
0,40 × 67,6 
= 27,04
Plafond
0,50
8 × 6 = 48
0,50 × 48 
= 24,00
Surface (m²)
Aire d’absorption 
équivalente (m²)
b. Aire équivalente d’absorption de la salle est :
Asalle = 1,26 + 1,28 + 27,04 + 24 = 53,58 m².
58 • CHAPITRE 12 - Comment s’isoler des bruits de voisinage ?
2. a.
La durée de propagation du son entre les deux points 
A et B est de 11,4 ms.
Le mobilier et les occupants
b. V = d ⁄ t = 4 ⁄ (11,4 × 10–  3) = 351 m.s–  1.
Élément absorbant
Aire d’absorption 
équivalente (m²)
Tables des élèves
0,05 × 30 = 1,5
Chaises avec élèves
0,35 × 30 = 10,5
Table du professeur
0,05 × 1 = 0,05
17. Vuvuzela
1. I = 10–  12 × 10(123⁄10) = 1,99 W.m² 
2. a. Avec 2 vuvuzelas,   L2 = 126 dB,
0,40 × 1 = 0,40
avec 3 vuvuzelas,  
L3 = 127,7 dB,
total = 12,45 m²
avec 4 vuvuzelas,  
L4 = 129 dB.
Professeur debout
b. Aire équivalente d’absorption de la salle, des occu-
b. Si  deux  sources  sonores  émettent  des  sons  de 
pants et du mobilier est : 
Atot = 53,58 + 12,45 = 66,03 m².
même  niveau  sonore,  le  niveau  d’intensité  sonore 
total augmente de 3 dB.
3. La durée de réverbération après les travaux de cor-
c. Le niveau sonore diminue de 6 dB chaque fois que 
rection acoustique est :
la distance double.
0,161 × 8 × 6 × 3
= 0, 3
35 .
66, 03
4. L’efficacité  des  travaux  est  due  à  une  meilleure 
absorption de l’énergie acoustique par les parois de 
la salle qui diminue la réverbération.
La différence entre 123 dB et 80 dB est de 43 dB, soit 
un peu plus de 7 fois 6 dB. La distance du récepteur 
doit être sept fois multipliée par 2, soit :
Tr = 
13. Explosion en mer
D = 1 × 27 m = 128 m.
Il  faudrait  donc  se  trouver  au-delà  de  130  mètres 
environ pour ne pas courir de risque auditif.
d. Il est très conseillé d’utiliser des protections indi-
a.
b.
c.
d.
La relation liant d, V1 et t1 est : d = V1 .t1.
La relation liant d, V2 et t2 est : d = V2 .t2.
t1 – t2 = Δt = 3
V1 . t1 = V2 . t2 ; V1  .  (3 + t2) = V2  .  t2 ; 
340 × (3 + t2) = 1 500 × t2 ; t2 = 0,879 s d’où 
d = 1 500 × 0,879 = 1 318 m.
viduelles  contre  le  bruit  (PICB)  de  type  bouchons 
d’oreille.
3. a. La fréquence s’exprime en hertz.
b. 300 Hz est la limite entre les sons graves et les sons 
médium.
c. Non ce paramétrage ne gêne en rien l’écoute des 
14. Fuite d’eau sur une canalisation
OA + OB = 500 et OA – OB = V × Δt = 1 500 × 0,144 = 216, 
d’où OA = 358 m.
15. Échos
a. Le  phénomène  d’écho  est  dû  à  la  réflexion  de 
l’onde sonore sur les parois.
b. Le premier écho correspond à la réflexion du son 
commentaires car les fréquences des sons émis par la 
voix humaine sont très supérieures à 300 hertz.
18. Les méfaits du bruit et les valeurs limites
d’exposition
1. a. Non la norme n’est pas respectée.
b. Oui la norme est respectée.
sur la paroi la plus proche :
d1 = 340 × 0,147 ⁄ 2 = 25 mètres.
Le deuxième écho correspond à la réflexion du son 
sur la paroi la plus éloignée :
d2 = 340 × 0,441 ⁄ 2 = 75 mètres.
Distance entre les deux parois : 
d = d1 + d2 = 100 mètres.
c. Le troisième écho correspond au son qui revient 
après  deux  réflexions  soit  après  avoir  parcouru  200 
mètres :
t3 = 200 ⁄ 340 = 588 ms.
2. a. L’intensité sonore I est :  
16. Mesure de la vitesse d’un son
2. Non on ne pourrait pas l’entendre car l’espace ne 
a. Il y a 5,7 div entre l’émission et la réception. 
contient pas de matière (vide spatial) donc les sons ne 
peuvent pas s’y propager.
5,7 × 2 = 11,4. 
I = 10–  12 × 10(85 ⁄ 10) = 3,16 × 10–  4 W.m².
b. La puissance sonore est : 
P = I × S = 3 × 10–  4 × 8 × 10–  5 = 2,4 × 10–  8 W.
c. L’énergie reçue au cours de la journée de travail : 
E = P × t = 2,4 × 10–  8 × 8 × 3600 = 6,914 × 10–  4 J.
Le coin du chercheur
1. Après une averse, l’air est plus humide donc transmet plus facilement les sons.
CHAPITRE 12 - Comment s’isoler des bruits de voisinage ? • 59
13
Quel est le principe d’une échographie ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Quelles sont les caractéristiques d’une onde mécanique
transversale le long d’une corde ?
1.  Lorsqu’on diminue la fréquence des éclairs, la fréquence qui correspond à la première 
immobilité relative de la corde est égale à la fréquence de vibration de la corde, c’est-à-dire à la 
fréquence de l’onde mécanique qui se propage le long de la corde.
Dans l’expérience, on trouve une fréquence de 100 Hz.
2.  λ = 5 cm, par exemple.
3.  Célérité de l’onde : V = λ.f = 5 m.s–  1.
4.  Dans l’expérience 2, le retard est Δt = 0,1 s avec deux photocapteurs distants de d = 50 cm. 
La célérité de l’onde est V = d ⁄ Δt = 5m.s–  1.
5.  Une onde mécanique est une perturbation qui se propage dans un milieu matériel. Si cette 
perturbation est périodique, elle est caractérisée par sa fréquence (ou sa période), sa vitesse de 
propagation et sa longueur d’onde.
■ Activité 2 : Quelles sont les caractéristiques d’une onde ultrasonore ?
1.  La fréquence de ces ondes ultrasonores est d’environ 40 kHz.
2.  La valeur de λ est de l’ordre de 8,5 mm.
3.  Pour avoir une plus grande précision il faut mesurer une distance correspondant par exemple 
à 10 λ.
4.  V est de l’ordre de 340 m.s–  1.
5.  La durée mise par la salve d’ultrasons pour parcourir 40 cm = 0,4 m est égale à 1,18 ms. 
La célérité des ondes est : V = 0,4 ⁄ (1,18 × 10–  3) = 339 ≈ 340 m.s–  1. On trouve le même résultat.
TRAVAUX PRATIQUES
■ Fabrication d’un échographe
2. Questions préliminaires
1.  Les ultrasons ont des fréquences supérieures à 20 kHz. L’émetteur utilisé lors de ce TP fonctionne 
sur une fréquence de 40 kHz.
2.  On réalise le montage schématisé 
ci-contre :
YA
oscilloscope GBF
L’oscilloscope permet de mesurer  
la période des signaux sur l’émetteur  
et sur le récepteur US.
On obtient la même période T. 
La fréquence f est donnée par la formule : f = 1⁄T. 
3. Réalisation des expériences
• Émission et réception des ultrasons
Période mesurée : T = 25 ms.
Fréquence calculée : f = 1⁄T = 40 kHz.
60 • CHAPITRE 13 - Quel est le principe d’une échographie ?
E
R
E émetteur US
YB
oscilloscope
R recepteur US
• Transmission, réflexion et absorption des ultrasons
Résultats obtenus
Écran
Transmission
carton
OUI    NON
toile de jute
OUI    NON
Écran
Réflexion
carton
OUI    NON
laine de verre
OUI    NON
laine de verre
OUI    NON
Matériau  absorbant : laine de verre.
• Réalisation d’un échographe simplifié
Pour la recherche de l’objet caché sous la toile de jute munie de son quadrillage, il faut placer 
l’émetteur US un demi centimètre plus haut que la toile et ne pas hésiter à déplacer légèrement 
l’émetteur pour avoir confirmation de la réflexion ou non sur l’objet car le signal peut se réfléchir 
sur un des fils de la toile.
A
B
C
D
E
F
1
2
L’ensemble des cases noires 
représente le rectangle en 
carton qui repose sur la laine 
de verre.
3
4
5
6
 
  
Le carton  réfléchit les ultrasons ; la toile de jute les transmet et la laine de verre les absorbe.
EXERCICES
Tester ses connaissances
Niveau l APPLIQUER
Q.C.M.
1. A ; 2. B ; 3. B ; 4. B et C ; 5. A et B.
a. Cette onde est transversale.
b. La  distance  de  12  cm  correspond  à  5  longueurs 
d’onde. λ = 12 ⁄ 5 = 2,4 cm.
Apprendre à résoudre
La célérité est V = λ.  f  = 0,024 × 20 = 0,48 m.s–  1.
Détermination de la célérité d’une onde à la
surface de l’eau
Tester ses compétences
Niveau l COMPRENDRE
a. La distance entre deux rides consécutives représente la longueur d’onde.
b. La période de l’onde est T = 1 ⁄ f = 66,7 ms
c. La relation demandée est V = λ.f (λ en m, V en m⁄s 
et f en Hz).
d. La célérité de l’onde est égale à 0,45 m.s–  1.
1. Onde à la surface de l’eau
a. Ces ondes sont transversales.
b. Le bouchon n’est pas entraîné par l’onde : il monte 
et descend.
c. Une onde sonore est une onde mécanique longitudinale.
CHAPITRE 13 - Quel est le principe d’une échographie ? • 61
2. Onde se propageant le long d’une corde
a.
b. L’énergie apportée par ces ondes en 10  s est de 
E = 3 × 25 × 10–  2 × 10 = 7,5 J.
λ
a
b. La période T = 1 ⁄ f = 0,01 s.
c. La célérité de l’onde est :
V = λ . f = 0,15 × 100 = 15 m.s–  1.
3. Mesure de la célérité d’une onde ultrasonore
a. La distance mesurée correspond à dix longueurs 
d’onde : λ = 8,3 mm.
b. La relation demandée est V = λ .f (V en m.s–  1, λ en 
m et f  en Hz). 
c. V = 346 m.s–  1
d. Cette  vitesse  ne  diffère  pas  de  celle  des  ondes 
sonores audibles.
c. f  = V ⁄ λ = 1500 ⁄ 0,1 × 10–  3 = 15 MHz.
9. Recherche sur internet
a. L’ablathermie est le nom utilisé pour désigner le 
traitement par Ultrasons Focalisés de Haute Intensité 
(HIFU) du cancer de la prostate.
b. Les ultrasons, transportant de l’énergie et en étant 
focalisés  sur  la  tumeur,  vont  produire  une  chaleur 
intense pendant une durée très courte, ce qui va produire une nécrose du tissu visé et ainsi détruire ses 
cellules.
10. Mesure de l’épaisseur d’une pièce par
ultrasons
a. Δt = 2.e ⁄ V.
b. Δt = 2 × 3,35 × 10–  2 ⁄ 1500 = 44,7 ms.
11. Propagation de la houle
a. Amplitude : 15 m ; fréquence : f = 1⁄T = 67 mHz ; 
célérité : V = λ . f = 350 × 67 × 10–  3 = 23 m.s–  1.
4. Mesure d’une distance par écho
b. Longueur d’onde : λ’ = 350 × (20⁄15)2 = 620 m.
a. Les salves émises sont visualisées sur la voie A de 
Vitesse : V’ = λ’. f  = 620 × 67 × 10–  3 ≈ 42 m.s–  1.
c. L’eau de mer est un milieu dispersif.
l’oscilloscope.
b. Sur la voie B sont visualisées les salves réfléchies.
c. Le  décalage  temporel  Δt  correspond  à  la  durée 
pour parcourir un aller-retour.
12. Propagation d’une onde sur une ficelle
a. F = 50 × 10–  3 × 9,8 = 0,49 N ; 
µ = 1,4 × 10–  3 ⁄ 1,2 = 1,17 × 10–  3 kg.m–  1 ; 
d. Δt = 2 ms.
e . La relation est 2d = V.Δt.
f. d = 34 cm.
5. Échographie
a. Le principe de l’échographie repose sur la réflexion 
et la transmission partielles des ondes ultrasonores 
dans les différents tissus du corps humain.
b.  Les  os  et  l’air  des  poumons  réfléchissent  ces 
ondes.
Applications technologiques
6. Échographie du cœur
a. Les  ondes  ultrasonores  sont  des  ondes  mécaniques longitudinales.
b. La relation demandée est λ = V ⁄ f .
c. λ = 0,75 mm.
d. Célérité et longueur d’onde sont modifiées.
7. Choix d’une fréquence d’ondes ultrasonores
a. Pour  réaliser  une  échographie  des  régions  profondes du corps humain on utilise des ultrasons de 
fréquence 3 MHz.
b. λ = V ⁄ f = 1500 ⁄ ( 3 × 106) = 0,5 mm.
c. Ces ondes sont longitudinales.
8. Effets biologiques des ondes ultrasonores
a. « Élévation thermique des tissus ». 

V =  

1
0, 4
49
1,17
17 × 1
10
2
 = 20,5 m.s–  1. 
−3 

b. λ = V ⁄ f ; f = 50 Hz ; λ = 0,41 m.
c. d1 et d2 doivent vérifier la relation d2 – d1 = k.λ 
(k entier).
d. Les  cavaliers  ne  vibrent  plus  en  phase  car  on 
modifie la célérité et donc la longueur d’onde.
13. Propagation d’une vibration le long d’un
ressort
a. L’onde est longitudinale.
b. Les dilations et les compressions des spires se propagent.
c. La distance d représente la longueur d’onde.
d. T = 1 ⁄ f = 10 ms.
e. V = λ ⁄T = 12 × 10–  2 ⁄ 10 × 10–3 = 12 m.s–  1.
14. Contrôle de structures
a. Voir cours
b. Célérité, pouvoir de réflexion ou de transmission 
sont sensibles à une modification du milieu.
c. Δt = 2.e ⁄ V ; e = V. Δt ⁄ 2 : e = 6 000. (10 × 10–  6) ⁄ 2 
= 3 × 10–  2 m. La bulle est à 3 cm de la surface.
15. Le télémètre à pointeur laser
a. Les pics bleus correspondent à l’émetteur, les pics 
rouges au récepteur.
62 • CHAPITRE 13 - Quel est le principe d’une échographie ?
b. On observe un décalage temporel de 5 ms. La célé-
2. Sur les courbes, on lit pour x = 2000 km, 
rité des ultrasons est donc :
V = 2d ⁄Δt = 2 × 0,85 ⁄ (5 × 10–  3) = 340 ms–  1.
c. Le laser joue le rôle de pointeur.
tP = 7,5 min et tS = 4,5 min
Les vitesses moyennes sont :
 VP = 2000 ⁄ (7,5 × 60) = 4,4 km.s–1 
et VS = 2000 ⁄ (4,5 × 60) = 7,4 km.s–1.
16. Principe du sonar
a. La  durée  entre  l’émission  de  l’impulsion  et  la 
détection de l’écho est de 27 ms.
b. d = V.  Δt ⁄ 2 ; d ≈ 20 m 
c. L’absorption  des  ondes  sonores  par  le  milieu 
limite la distance maximale de détection.
c) x ⁄ 4,4 – (x ⁄ 7,4) = 6 × 60 = 360
x ≈ 4 000 km.
4. On est en 3 dimensions : il faut considérer l’intersection de 3 sphères.
19. Le record de vitesse du TGV
a. L’onde qui se propage le long de la caténaire est 
17. Étude d’un fond marin
a. 2d = V. τ.
b. Pour x = 50 m, d = 1500 × 0,08 ⁄ 2 = 60 m. 
transversale.
Pour x = 200 m, d = 225 m. 
Pour x  = 450 m, d = 120 m.
c. Palier de 60 m de profondeur pour x < 100 ; 
pour x  = 100 m cassure brutale jusqu’à 225 m de profondeur. 
Palier à cette profondeur pour 100 m < x < 300 m ; 
puis pour 300 m < x < 400 m le fond remonte régulièrement jusqu’à 120 m de profondeur où il y a un 
nouveau palier.
18. Localisation de l’épicentre d’un
tremblement de Terre
1. Les vitesses ne sont pas constantes car les représentations d = f (t) ne sont pas des droites. 
3.  a) L’onde P ; b) 6 min ; 
b. Volume d’un câble de longueur L et de rayon R : 
π.L.R2.
Masse de ce cable : m = ρ . π.L.R2.
µ = m ⁄ L = ρ . π.R2
µ = 8900 × π × (0,7 × 10–  2)2
µ = 1,37 kg.m–  1.
4
c. V = (2,6 × 10 ⁄ 1,37)0,5 = 138 m.s–  1, soit 497 km.h–  1. 
d. Pour une tension du câble de 4000 daN, 
V’ = 171 m.s–  1 soit 615 km.h–  1. On a bien 574,8 < 615.
Le coin du chercheur
L’échographie  n’est  pas  utilisée  pour  obtenir  une 
image du cerveau car les ultrasons sont réfléchis par 
la boîte crânienne.
CHAPITRE 13 - Quel est le principe d’une échographie ? • 63
14
Antiseptiques et désinfectants
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Que contient l’eau oxygénée ? Comment agit-elle ?
1.  L’eau oxygénée contient de l’eau et du peroxyde d’hydrogène (H2O2).
2.  Du dioxygène se dégage lors de l’expérience 2.
3.  L’eau oxygénée est un produit oxydant, car elle libère du dioxygène.
4.  L’eau oxygénée oxyde les bactéries et les détruit. C’est un antiseptique et un désinfectant. Le 
dioxygène qui se dégage a aussi un effet mécanique, car il entraîne les impuretés.
■ Activité 2 : Que contient l’eau de Dakin ?
1.  L’eau de javel est responsable de son odeur.
2.  La longueur d’onde du maximum d’absorption est de l’ordre de 530 nm.
3.  Le permanganate de potassium donne sa couleur rose à l’eau de Dakin.
■ Activité 3 : Que contient la Bétadine ?
La Bétadine contient du diiode.
TRAVAUX PRATIQUES
■ Dosage par comparaison de l’eau oxygénée
2. Questions préliminaires
1.  Le principe actif de l’eau oxygénée est le peroxyde d’hydrogène.
2.  Le titre volumique d’une solution d’eau oxygénée est le volume de dioxygène (mesuré dans 
les conditions normales de température et de pression : 0 °C et 1 013 hPa) se dégageant lors de la 
décomposition d’un litre de cette solution. 
3.  La réaction de décomposition du peroxyde d’hydrogène s’écrit :
2H2O2  → 2H2O + O2.
Si t est le titre, la quantité de dioxygène qui peut se dégager lors de la décomposition d’1 L de 
peroxyde est égal à  t ⁄ 22,4 mol ; ceci correspond à la décomposition de 
2 × (t ⁄ 22,4) = t ⁄ 11,2 mol de peroxyde.
La concentration en peroxyde d’hydrogène est :
c = t ⁄ 11,2 mol.L–  1,  d’où  t = 11,2c.
4.  Dans le tube à essais contenant 5 mL d’une solution « vieille » d’eau oxygénée à 2 volumes, 
la solution de permanganate de potassium acidifiée ne se décolore pas, car le permanganate de 
potassium est en excès.
5.  Une vieille solution d’eau oxygénée devient  inefficace, car le peroxyde d’hydrogène s’est déjà 
partiellement décomposé.
3. Dosage par étalonnage
Réalisation
La réaction de dosage s’écrit :
2MnO4− + 6H+ + 5H2O2 → 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O.
On peut ainsi calculer les différents volumes V’ de permanganate de potassium de concentration 
c’ à verser pour obtenir la décoloration pour chaque volume v de solution d’eau oxygénée de 
concentration c :
64 • CHAPITRE 14 - Antiseptiques et désinfectants
cv ⁄ 5 = c’V’ ⁄ 2, d’où V’ = 2cv ⁄ 5c’ avec c = t ⁄ 11,2, v = 10mL ; c’ = 0,2 mol/L.
V’ = 2tv ⁄ 56c’ = 20t ⁄ 11,2.
Solution
S1
S2
S3
S4
S5
Sx
x
t
2
4
6
8
10
V’ (cm3)
3,6
7,1
10,7
14,3
17,8
4. Exploitation des expériences
1.  Schéma du montage
burette contenant la solution
de permanganate de potassium
erlenmeyer contenant l'eau oxygénée
agitateur
2.  La courbe d’étalonnage, t = f (V’) est une droite passant par l’origine.
t
12
10
8
6
x
4
2
0
  
V'
0
5
V'x
10
15
20
3.  Pour déterminer graphiquement le titre x de la solution Sx on repère sur la droite le point 
d’abscisse V’x et on lit son ordonnée qui donne la valeur de ce titre. 
4.  Le titre de la solution d’eau oxygénée débouchée est inférieur à 10.
Cette eau oxygénée est bien moins efficace.
CHAPITRE 14 - Antiseptiques et désinfectants • 65
EXERCICES
Tester ses connaissances
Q.C.M.
1. B et C ; 2. A et C ; 3. B et C ; 4. C ; 5. A
Apprendre à résoudre
Eau de Javel
Niveau l COMPRENDRE
a. Le degré chlorométrique est le volume de dichlore 
gazeux  (exprimé  en  L)  qu’un  litre  de  solution  peut 
produire,  dans  les  conditions  normales  de  température et de pression, au cours de la transformation 
chimique d’équation de réaction :
Cl– (aq) + ClO– (aq) + 2H+(aq) → Cl2 (g) + H2O ( l )
b. 1  L  de  cette  eau  de  Javel  peut  libérer  12  L  de 
dichlore soit une quantité de matière de :
12 ⁄ 22,4 = 0,536 mol.L–1.
c. La concentration molaire en ions hypochlorite de 
cette eau de Javel est de 0,536 mol.L–1.
d. La  nouvelle  concentration  en  ions  hypochlorite 
est égale à :
(0,536 × 0,1) ⁄ 0,6 = 0,089 mol/L.
Le titre chlorométrique est égal à :  
22,4 × 0,089 = 2.
Degré chlorométrique
Niveau l APPLIQUER
a. La relation entre la concentration molaire des ions 
hypochlorite c et le degré chlorométrique t d’une eau 
de Javel est t = 22,4 × c.
b. La  concentration  molaire  en  ions  hypochlorite 
ClO–  d’un tel extrait est :
c = 48 ⁄ 22,4 = 2,14 mol.L–1.
c. La concentration molaire en ions hypochlorite des 
produits courants titrant 12° est :
c = 12 ⁄ 22,4 = 0,54 mol.L–  1.
–   Rincer le récipient et l’entonnoir, l’eau de rinçage 
allant dans la fiole.
–   Remplir la fiole à moitié avec de l’eau distillée.
–   Agiter jusqu’à dissolution complète du solide.
–   Compléter la fiole avec de l’eau distillée, jusqu’au 
trait de jauge.
–   Boucher  puis  retourner  deux  fois  la  fiole  pour 
homogénéiser le mélange.
3. Préparation d’une solution de concentration
molaire donnée par dilution
À  partir  d’une  solution,  S0,  d’eau  oxygénée  à  10 
volumes,  on  désire  préparer  par  dilution,  100,0  mL 
de 5 solutions, de titre en volume t, indiqué dans le 
tableau.
a. Volume de solution S0 à utiliser :
t0 .VS0 = t  . v  avec  t0 = 10 et v = 100 cm3 ;
d’où 
VS0 = t × 100 ⁄ 10 = t × 10.
b.
Solution
t
VS0 (cm3)
S1
2
20
S2
4
40
S3
6
60
S4
8
80
S5
10
100
4. L’éosine
a. Quantité de matière d’éosine néo  nécessaire pour 
préparer la solution :
néo = 1,2 × 10–  3 × 50 × 10–  3 = 6 × 10–  5 mol.
b. Volume Vp de la solution de départ à prélever :
néo = C1 × Vp ; Vp = néo ⁄ C1 = 6 × 10–  5 ⁄ 3 × 10–  3
= 2 × 10–  2 L ; Vp = 20 mL.
c. À l’aide de la pipette de 20 mL, prélever 20 mL de 
la  solution  de  départ  ;  introduire  les  20  mL  dans  la 
fiole jaugée de 50 mL ; compléter avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge.
5. Dosage du Lugol (TIC)
a. Schéma du montage utilisé pour ce dosage :
Tester ses compétences
1. Désinfectant et antiseptique
a. Un désinfectant : l’eau de Javel ; un antiseptique 
usuel : l’eau oxygénée
b. Le principe actif de l’eau de Javel est l’ion hypochlorite et celui de l’eau oxygénée, le peroxyde d’hydrogène.
2. Préparation d’une solution de concentration
molaire donnée par dissolution
a. La  masse m  de  permanganate  de  potassium  à 
peser est m = 0,05 g.
b. Peser  précisément  0,05  g  de  permanganate  de 
potassium.
–   Introduire le solide dans la fiole jaugée de 100 mL.
66 • CHAPITRE 14 - Antiseptiques et désinfectants
burette : solution
de thiosulfate
de sodium
solution de diiode
+ empois d'amidon
agitateur
magnétique
b. Courbe C = f (V) :
0,07
e. Quantité d’ions hypochlorite : 0,54 mol.
C (mol/L)
10. L’eau oxygénée
a. Le principe actif de l’eau oxygénée est le peroxyde 
0,06
0,05
d’hydrogène.
b. Le  volume  de  dioxygène  gazeux  que  peut  libé-
0,044
rer un volume v = 125 mL de cette solution dans les 
conditions normales de température et de pression 
est :
0,04
0,03
0,02
10 × 125 ⁄ 1 000 = 1,25 L.
0,01
Équation de réaction de la transformation chimique 
correspondante :
0
V (mL)
17,5
5
10
15
20
25
30
c. Concentration C en diiode du Lugol : 0,044 mol.L–  1.
Applications technologiques
2H2O2 → 2H2O + O2.
c. Quantité  de  matière  n  en  peroxyde  d’hydrogène  contenue  dans  le  volume  v =  125  mL  de  cette 
solution :
n = nO2 × 2 = 1,25 × 2 ⁄ 22,4 = 0,11 mol.
6. Préparation d’une solution de permanganate
de potassium
d. Concentration molaire en peroxyde d’hydrogène :
Concentration massique : 0,25 ⁄ 2,5 = 0,10 g. L–  1 ;
e. Masse m de peroxyde d’hydrogène contenu dans 
concentration molaire : 
0,10 ⁄ 158,04 = 6,3 × 10 –  4 mol.L–  1.
125 mL d’eau oxygénée :
7. Solution de Ramet Dalibour
a. Formules du sulfate de cuivre : CuSO4 et du sulfate 
11. Utilisation de l’eau de Javel
a. L’eau de Javel est un désinfectant dont le principe 
de zinc : ZnSO4.
b. Concentration du sulfate de cuivre :
(0,1 ⁄ 159,5) × 10 = 6,3 × 10–  3 mol.L–  1.
Concentration du sulfate de zinc :
(0,35 ⁄ 161,4) × 10 = 2,17 × 10–  2 mol.L–  1.
8. Préparation d’une solution diluée d’eau de
Javel
a. Il faut diluer la solution d’eau de Javel de la dose 
recharge 10 fois.
b. La pipette jaugée de 10 mL sert à prélever 10 mL 
d’eau de Javel à 48 °chl.
c. On utilise une propipette car l’eau de Javel est un 
produit corrosif.
d. On  effectue  la  dilution  dans  une  fiole  jaugée  de 
100 mL.
9. Degré chlorométrique de l’eau de Javel
a. Le gaz toxique qui se dégage est du dichlore.
b. Le titre chlorométrique est le volume de dichlore 
gazeux  (exprimé  en  L)  qu’un  litre  de  solution  peut 
produire  au  cours  de  la  transformation  chimique 
d’équation de réaction :
0,11 × 1 000 ⁄ 125 = 0,89 mol.L–  1.
m = 34 × 0,11 = 3,7 g.
actif est l’ion hypochlorite.
b. Le degré chlorométrique est le volume de dichlore 
gazeux  (exprimé  en  L)  qu’un  litre  de  solution  peut 
produire  au  cours  de  la  transformation  chimique 
d’équation de réaction :
Cl– (aq) + ClO– (aq) + 2H+(aq) → Cl2 (g) + H2O ( l ).
c. Lorsqu’en suivant les indications de l’étiquette, on 
prépare un flacon de 2 L d’une solution d’eau de javel, 
on réalise une dilution.
d. Le  degré  chlorométrique  de  la  solution  obtenue 
est 24° car on a dilué deux fois.
e. Il s’agit de dichlore.
12. Préparation de l’eau de Javel.
a. L’eau de Javel contient des ions hypochorite, chlorure et sodium.
b. Le degré chlorométrique est le volume de dichlore 
gazeux  (exprimé  en  L)  qu’un  litre  de  solution  peut 
produire  au  cours  de  la  transformation  chimique 
d’équation de réaction :
Cl–(aq) + ClO–(aq) + 2H+(aq) → Cl2 (g) + H2O ( l ).
Cl– (aq) + ClO– (aq) + 2H+(aq) → Cl2 (g) +  H2O ( l ).
c.  Titre  chlorométrique  de  l’eau  de  Javel  contenue 
c. Le  volume  de  dichlore,  dans  les  conditions  nor-
dans le berlingot :
12 × 4 = 48° chlorométrique.
d.  Quantité de matière de dichlore qui s’est dégagée :
n = 12 ⁄ 22,4 = 0,54 mol.
males de température et de pression, nécessaire pour 
préparer ce berlingot de 250 mL est : 48 ⁄ 4 = 12 L.
d. L’ion responsable des propriétés désinfectantes de 
l’eau de Javel est l’ion hypochlorite.
CHAPITRE 14 - Antiseptiques et désinfectants • 67
13. Dosage par spectrophotométrie du diiode
dans le Lugol
1. Matériel nécessaire pour préparer S’0 : fiole jaugée 
d. Concentration  molaire  c  en  permanganate  de 
de  100,0  mL,  pipette  jaugée  de  10,0  mL,  bécher  de 
250 mL.
2. a. La concentration molaire en diiode de la solution S’0 est :
[I2] = 4,0 × 10–  3 mol.L–  1.
b. La concentration molaire cL en diiode du Lugol est
cL = 4,0 × 10–  2 mol.L–  1.
c. Il  a  été  nécessaire  de  diluer  le  Lugol  car  la  solution est trop concentrée et son absorbance est supérieure à :
Amax = 2,00.
 soit   c = 0,0010 ⁄ (158 × 0,100) = 6,33 × 10– 5 mol.L–  1.
14. Étude de l’eau de Dakin
1. Dosage par spectrophotométrie du permanganate de potassium en solution.
a. Masse de permanganate de potassium solide ;
n0 = c0 . V0   et   m = M. n0 = M. c0 . V0 ;
m = (39 + 55 + 16 × 4) × 1,0 × 10–  2 × 0,5 = 0,79 g.
b. On obtient une droite.
c. La concentration molaire cexp en permanganate de 
potassium apporté par l’eau de Dakin est
cexp = 6,4 × 10–  5 mol.L–  1.
68 • CHAPITRE 14 - Antiseptiques et désinfectants
potassium de l’eau de Dakin :
c = n ⁄ V = m ⁄ (M  . V)
Écart relatif :  
(cexp – c) ⁄ c = (6,4 – 6,33) ⁄ 6,33 = 0,011 soit 1,1 %.
2. Détermination de la masse de chlore actif.
a. La  teneur  en  chlore  actif  est  le  pourcentage  qui 
représente la masse de dichlore qui peut se dégager à 
partir de 100 g d’eau de Javel.
b. Le dichlore est beaucoup moins soluble dans l’eau 
salée que dans l’eau pure.
c. Masse de dichlore recueillie :
m = M  . n = M  . V ⁄ VM = 35,5 × 2 × 0,170 ⁄ 24 = 0,503 g.
(mexp – m) ⁄ m = (0,503 – 0,5) ⁄ 0,5 = 6 × 10–  3
soit  0,6 %.
Le coin du chercheur
Il ne faut pas mélanger de l’eau de Javel et le produit 
Harpic qui contient de l’acide chlorhydrique car il y 
aurait dégagement de dichlore toxique.
15
Qu’est-ce qu’une réaction d’oxydoréduction ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Comment le fer réagit-il avec le sulfate de cuivre ?
1.  Les ions mis en évidence par le test à la soude sont les ions fer II.
2.  Les ions cuivre II ont disparu.
3.  Le métal cuivre s’est déposé sur le fer.
4.  Il y a eu une réaction entre le sulfate de cuivre de la bouillie bordelaise et le métal fer de 
l’arrosoir. Du métal cuivre rouge s’est déposé sur les parois de l’arrosoir.
■ Activité 2 : Comment agit un antiseptique ?
Expérience 1
1.  La couleur de la solution aqueuse de diiode est jaune-brun. La coloration prise par la solution de 
diiode en présence de thiodène est bleue-violacée.
2.  Quand on verse du thiodène dans le filtrat il ne bleuit pas. Le diiode a disparu.
3.  Quand on verse de la soude dans le filtrat un précipité vert apparaît. Des ions fer II se sont 
formés.
Expérience 2
4.  Le produit formé lors de la transformation chimique et mis en évidence par le thiodène est le 
diiode.
5.  Le diiode provient des ions iodure.
Expérience 3
6.  Les ions permanganate et les ions fer II ont disparu.
7.  Des ions fer III se sont formés lors de la transformation chimique.
EXERCICES
Tester ses connaissances
2MnO4− + 16H + + 10Cl– → 2Mn 2+ + 5Cl2 + 8H2O.
1. A ; 2. Aucune bonne réponse ; 3.A et B ; 4.A ; 5.C.
Préparation du dioxygène
Niveau l APPLIQUER
Apprendre à résoudre
a. Demi-équations électroniques :
Préparation du dichlore
Niveau l COMPRENDRE
a. Demi-équations électroniques :
MnO4– + 8H+ + 5e– = Mn2+ + 4H2O
2Cl– = Cl2 + 2e–.
b. Dans  cette  réaction  d’oxydoréduction,  l’ion  permanganate est réduit. L’ion chlorure est oxydé.
c. Il faut multiplier la demi-équation concernant le 
couple MnO4–/Mn2+ par 2 et celle relative au couple 
Cl2/Cl– par 5.
d. L’équation  de  réaction  de  cette  transformation 
chimique s’écrit :
H2O2 = O2 + 2H+ + 2e–
−
MnO4  + 8H + + 5e– = Mn 2+ + 4H2O.
b. Dans  cette  réaction  d’oxydoréduction,  l’oxydant 
est  l’ion  permanganate  et  le  réducteur  le  peroxyde 
d’hydrogène.
c. L’équation  de  réaction  de  cette  transformation 
chimique s’écrit:
2MnO4− + 16H + + 5H2O2 
→ 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O + 10H +
soit : 
2MnO4− + 6H+ + 5H2O2 → 2Mn 2+ + 5O2 + 8H2O
CHAPITRE 15 - Qu’est-ce qu’une réaction d’oxydoréduction ? • 69
Tester ses compétences
1. Reconnaître l’oxydant et le réducteur de
couples oxydant/réducteur
a. Dans  le  couple  ion  mercure  II/mercure  métallique, Hg2+(aq)/Hg(l), l’oxydant est l’ion Hg2+(aq) et le 
réducteur, Hg(l).
La  demi-équation  électronique  correspondante 
s’écrit :
Hg2+ (aq) + 2e– = Hg(l).
b. Les trois couples oxydant/réducteur sont:
Mg2+(aq) / Mg (s) ;  Al3+(aq)/ Al (s) ;  H+(aq)/ H2 (g).
c. La  demi-équation  électronique  correspondant  à 
chaque couple s’écrit :
Mg2+(aq) + 2e– = Mg (s)
Al3+(aq) + 3e– = Al (s)
2H+(aq) + 2e– = H2 (g).
2. Compléter les phrases
a. L’ion  cuivre  II,  Cu2+  est  un  oxydant  car  il  capte 
2 électrons au cours de la transformation.
Le métal fer est un réducteur car il cède des électrons 
au cours de la transformation.
b. L’ion Ag+ est un oxydant car il capte un électron au 
cours de la transformation alors que le métal cuivre 
est un réducteur car il cède des électrons au cours de 
la transformation.
3. Écrire des demi-équations électroniques
Les demi-équations électroniques sont :
a)  Zn 2+ (aq) / Zn (s) : Zn 2+ (aq) + 2e– = Zn (s) 
b)  I2 (aq) / I– (aq) : I 2 (aq) + 2e– = 2I– (aq) 
c)  Al3+ (aq) / Al (s) : Al 3+ (aq) + 3e– = Al (s) 
d)  Cl2 (aq) / Cl – (aq) : Cl2 (aq) + 2e– = 2Cl–(aq).
4. Action de l’aluminium sur le nitrate de cuivre
a. Demi-équations électroniques :
Al3+(aq) + 3e– = Al (s)
Cu2+ (aq) + 2e– = Cu (s).
b. Équation d’oxydoréduction représentant la transformation :
3Cu2+(aq) + 2Al (s)→ Cu (s) + Al3+(aq).
5. Action du diiode sur le thiosulfate de sodium
a. Demi-équations électroniques :
I2 (aq) + 2e– = 2I– (aq)
S4O62–(aq) + 2e– = 2S2O32–(aq).
b. Équation de la réaction :
I2 (aq) + 2S2O32–(aq) →2I– (aq) + S4O62–(aq).
6. Action de l’eau de Javel sur les ions iodure
a. Demi-équation  électronique  mettant  en  jeu  le 
couple I2/I– :
I2 + 2e– = 2I–.
b. Équation de réaction de la transformation :
2I– + ClO– + H2O → Cl– + I2 + 2OH–.
c. L’agent actif de l’eau de Javel est l’ion hypochlorite 
qui est un oxydant. 
Applications technologiques
7. Établir l’équation d’une réaction
d’oxydoréduction
Équation de la réaction qui se produit en milieu acide 
entre :
a. Le fer métallique et les ions fer III, Fe 3+ (aq) : 
Fe3+ (aq) / Fe2+ (aq): 
Fe3+ (aq) + e– = Fe2+ (aq);
Fe2+ (aq) / Fe (s) :  
Fe2+ (aq) + 2e– = Fe (s)
3+
2Fe  (aq) + Fe (s) → 3Fe2+ (aq).
b. Le diiode, I2 (aq), et le dioxyde de soufre, SO2 (aq) ; 
I2 (aq) / I – (aq) :  
I2 (aq) + 2e– = 2I– (aq)
SO42– (aq) / SO2 (aq) :  
SO42– (aq) + 4H+ + 2e– = SO2 (aq) + 2H2O
I2 (aq) + SO2 (aq) + 2H2O → 2I– (aq) + SO42– (aq) + 4H+.
c. Les ions nitrate, NO3– (aq), et le cuivre métal, Cu. 
Cu2+ (aq) / Cu (s) : 
 Cu2+ (aq) + 2e– = Cu(s).
NO3– (aq) / NO (g) :  
NO3– (aq) + 4H+ + 3e– = NO (g) + 2H2O
–
3Cu(s) + 2NO3  (aq) + 8H+ → 3Cu2+ (aq)+ 2NO (g) + 4H2O.
8. Préparation de l’eau de Javel
Cl2 + 2e– = 2Cl–
Cl2 + 4OH– = 2ClO– + 2H2O + 2e–.
a. Couples redox : Cl2 / Cl– ; ClO– / Cl2
b. En  ajoutant  membre  à  membre  les  deux  demiéquations et en divisant par 2, on retrouve l’équation 
chimique de la synthèse de l’eau de Javel.
c. Cette  réaction  chimique  est  la  dismutation  du 
dichlore, car il est à la fois oxydant et réducteur.
9. Précautions d’emploi de l’eau de Javel
a. Demi-équations électroniques :
2ClO–(aq) + 2e– + 4H+(aq) = Cl2(g) + 2H2O(l)
2Cl–(aq) = Cl2(g) + 2e–
b. On obtient l’équation chimique
2ClO–(aq) + 4H+(aq) + 2Cl–(aq) → 2Cl2(g) + 2H2O(l)
soit
ClO–(aq) + 2H+(aq) + Cl–(aq) → Cl2(g) + H2O(l).
c. Il se dégage du dichlore.
d. Il s’est dégagé 48 × 0,25 = 12 L de dichlore.
10. Principe de l’éthylotest
Demi-équations électroniques :
Cr2O72– + 14H+ + 6e– = 2Cr 3+ + 7H2O   (× 2)
CH3CH2OH + H2O = CH3COOH + 4H+ + 4e–  (× 3)
On obtient l’équation chimique 
2Cr2O72– + 28H+ + 3CH3CH2OH + 3H2O 
→ 4Cr 3+ + 14H2O + 3CH3COOH + 12H+
70 • CHAPITRE 15 - Qu’est-ce qu’une réaction d’oxydoréduction ?
2Cr2O72– + 16H+ + 3CH3CH2OH 
→ 4Cr 3+ + 11H2O + 3CH3COOH
11. Un polluant, l’acide oxalique
f. La formule du dichromate de potassium solide est 
Demi-équations électroniques :
Cr2O72– + 14H+ + 6e– = 2Cr 3+ + 7H2O
H2C2O4 = 2CO2 + 2H+ + 2e–  ( × 3)
g. Masse molaire du dichromate de potassium :
On obtient l’équation chimique :
Cr2O72 – + 14H+ + 3H2C2O4 
→ 2Cr3+ + 7H2O + 6CO2 + 6H+
Cr2O72 – + 8H+ + 3H2C2O4 →2Cr3+ + 7H2O + 6CO2.
Demi-équations électroniques :
Cr2O72 – + 14H+ + 6e– = 2Cr3+ + 7H2O
Fe2+ = Fe3+ + e– ( × 6)
On obtient l’équation chimique 
Cr2O72– + 14H+ + 6Fe2+ → 2Cr 3+ + 7H2O + 6Fe3+
12. Oxydation de l’alcool dans l’organisme
a. La demi-équation électronique du couple faisant 
intervenir l’éthanol est :
CH3–CH2–OH = CH3–CHO + 2H+ + 2e–.
b. La demi-équation électronique du couple faisant 
intervenir l’enzyme s’écrit :
NAD+ + H+ + 2e– = NADH.
c. L’équation  de  réaction  de  la  transformation 
chimique  de  l’éthanol  en  éthanal  dans  l’organisme 
s’écrit :
CH3–CH2–OH + NAD+ → CH3–CHO + NADH + H+.
d. L’équation  de  réaction  de  la  transformation 
chimique  du  méthanol  en  méthanal  dans  l’organisme :
NAD+ + H+ + 2e– = NADH
CH3–OH = HCHO + 2H+ + 2e–
CH3–OH + NAD+ → HCHO + NADH + H+.
13. Les dangers de l’alcool
a. Demi-équations d’oxydoréduction :
Cr2O72– + 14H+ + 6e– = 2Cr3+ + 7H2O   (× 2)
CH3–CH2–OH + H2O = CH3–COOH + 4H+ + 4e–  (× 3)
b. Équation de la réaction chimique entre l’éthanol 
et les ions dichromate :
2Cr2O72– + 28H+ + 3CH3–CH2OH + 3H2O 
→ 4Cr3+ + 14H2O + 3CH3COOH + 12H+ 
2Cr2O72– + 16H+ + 3CH3–CH2OH 
→ 4Cr3+ + 11H2O + 3CH3COOH. 
c. Le troisième réactif nécessaire est de l’acide sulfurique.
d. Dans l’air expiré, la valeur maximale de la masse 
d’alcool est :
0,5 ⁄ 2000 = 2,5 × 10–  4 g.L–  1.
e. Pour 3 moles d’alcool, il faut 2 moles de dichromate de potassium.
Quantité d’alcool dans 1 L d’air expiré : 
2,5 × 10 –  4 ⁄ (24 + 16 + 6) = 5,43 × 10–  6 mol.
Quantité de dichromate de potassium nécessaire : 
2 × 5,43 × 10–  6 ⁄ 3 = 3,62 × 10–  6 mol.
K2Cr207 (s)
M (K2Cr207) = 2 × 39 + 2 × 52 + 7 × 16 = 294 g. mol–  1.
Masse de dichromate de potassium contenue dans le 
tube : 
2 × 3,62 × 10–  6 × 294 = 2, 13 × 10–  3 g ≈ 2, 1 mg.
14. La vitamine C
1. L’acide ascorbique a des propriétés réductrices.
2. Le diiode a été réduit en ion iodure.
3. Demi-équations électroniques des couples :
C6H8O6 (aq) = C6H6O6 (aq) + 2H+ (aq) + 2e–
I2 (aq) + 2e– = 2I– (aq).
4. Équation de la transformation chimique entre la 
vitamine C et le diiode :
C6H8O6 (aq) + I2 (aq) → C6H6O6 (aq) + 2I– (aq) + 2H+aq (aq).
5. a. Quantité de matière de diiode ajoutée : 
0,25 × 11 × 10–  3 = 2,75 × 10–  3 mol.
b. Quantité  de  matière  d’acide  ascorbique  ayant 
réagi : 2,75 × 10–  3 mol.
c. M(C6H8O6) = 176 g.mol–  1.
Masse d’acide ascorbique : 
2,75 × 10–  3 × 176 = 0,48 g ≈ 0,5 g.
15. Obtention de l’indigo à partir du pastel
a. Une réaction d’oxydo-réduction est une réaction 
chimique au cours de laquelle se produit un transfert 
d’électrons entre une espèce chimique, appelée oxydant,  qui  capte  les  électrons  et  celle  qui  les  cède, 
appelée réducteur.
b. Un oxydant est une espèce chimique qui capte des 
électrons.
c. Demi-équation électronique pour le couple 
O2/H2O :   O2 + 4H+ + 4e– = 2H2O.
d. La  demi-équation  électronique  du  couple 
indoxyle-indigo est : 
H
H
N
=
2
OH
O
N
N
+ 4H+ + 4e–
H
O
soit :  2C8H7ON = C16H10O2N2 + 4H+ + 4e–.
e. L’oxydant du couple indoxyle-indigo est l’indigo.
16. Le Tardyferon
a. Demi-équations électroniques :
Fe3+ + e– = Fe2+ ; Ce4+ + e– = Ce3+.
b. Équation de la réaction d’oxydoréduction entre le 
sulfate de fer II et le sulfate de cérium IV :
Fe2+ + Ce4+ → Fe3+ + Ce3+.
c. Quantité de matière d’ions cérium IV introduite :
n(Ce4+) = 0,10 × 14,3 × 10–  3 = 1,43 × 10–  3 mol.
CHAPITRE 15 - Qu’est-ce qu’une réaction d’oxydoréduction ? • 71
d. Quantité de matière en ion fer II, contenue dans 
un comprimé :
n( Fe2+) = n( Ce4+) = 1,43 × 10–  3 mol.
e. Masse d’élément fer présente dans un comprimé 
de Tardyferon :
m = 1,43 × 10–  3 × 55,8 = 79,8 × 10–  3 g = 79,8 mg.
17. La Bétadine
1. Les deux demi-équations électroniques sont :
Oxydation:  
I2 (aq) + 2e– = 2I– (aq)
Réduction:  
2S2O32– (aq) = S4O62–(aq) + 2e–
2. L’oxydant  est  le  diiode  et  le  réducteur  est  l’ion 
thiosulfate. L’équation de la réaction chimique qui se 
produit entre le diiode et les ions thiosulfate s’écrit :
I2 (aq) + 2S2O32 – (aq) → 2I– (aq) + S4O62 – (aq).
3. a. Calcul de la quantité de matière d’ions thiosulfate ayant réagi: 
n(S2O32–) = C’ . V’,
n(S2O32–) = 1,0 × 10–  1 × 8,2 × 10–  3 = 8,2 × 10–  4 mol.
18. Dosage du dioxyde de soufre SO2 dans un
vin mousseux
1. Demi-équations électroniques :
SO2 (aq)+ 2H2O = SO42– (aq)+ 4H+ + 2e– : oxydation de SO2.
I2 (aq) + 2e– = 2I– (aq) : réduction du diiode
2. Équation de la réaction chimique qui se produit 
entre le diiode et le dioxyde de soufre :
I2 (aq) + SO2 (aq) + 2H2O(l) → 2I– (aq) + SO42– (aq) + 4H+.
3. a. Quantité de matière de diode :
n(l2) = 17,0 × 10–  3 × 2,00 × 10–  3 = 3,40 × 10–  5 mol.
Quantité de matière de dioxyde de soufre :
n(SO2) = 3,40 × 10–  5 mol dans 20,0 mL.
b. Concentration molaire en SO2 de ce vin : 
3,40 × 10–  5 ⁄ 20,0 × 10–  3 = 1,70 × 10–  3 mol.L–  1.
Concentration massique en SO2 du vin : 
1,70 × 10–  3 × 64,1 = 0,109 g.L–  1 
= 109 mg.L–  1 = 0,109 g.L–  1.
4. Ce vin respecte les normes car 
0,109 g.L–  1 < 0,225 g.L–  1.
b. Calcul  de  la  quantité  de  matière  de  diiode  qui  a 
Le coin du chercheur
réagi avec le thiosulfate de sodium :
L’encre sympathique
n(I2) = ½  . n(S2O32–), 
 n(I2) = 4,1 × 10–  4 mol.
c. Calcul de la concentration molaire en diiode de la 
Bétadine: 
C = n(I2) ⁄V = 4,1 × 10–  4 ⁄ (10 × 10–  3)
C = 4,1 × 10–  2 mol.L–  1.
d. Masse de polyvidone iodée : 
4,1 × 10–  2 × 100 × 10–  3 × 2362,8 = 9,69 g.
Le  diiode  oxyde  l’acide  ascorbique  du  citron 
selon l’équation de réaction :
C6H8O6 + I2 → C6H6O6 + 2I–.
L’expéditeur obtient une solution incolore : l’écriture 
est invisible.
L’eau oxygénée oxyde les ions iodure à l’état de diiode 
qui  fait  virer  au  bleu  l’empois  d’amidon  :  l’écriture 
réapparaît pour le destinataire.
72 • CHAPITRE 15 - Qu’est-ce qu’une réaction d’oxydoréduction ?
16
Quel est le rôle des ondes
électromagnétiques pour la santé ?
ACTIVITÉ
■ Activité 1 : Quelles sont les propriétés d’un laser ? Quelles consignes de
sécurité faut-il respecter lors de son utilisation ?
1.  Les diamètres d des taches observées :
–   avec un laser :
Distance
À 20 cm
À 1 m
Laser He-Ne
d = 1 mm
d = 1 mm
Laser à diode
d = 4 mm
d = 4 mm
–   avec une lampe torche munie d’un carton : à 20 cm : d = 12 cm, à 1 m : d = 60 cm.
2.  Puissance nominale du laser He-Ne : 2 mW.
Aire de la section du faisceau à sa sortie :
S = π × R2 = π × (0,5 × 10–  3)2 = 7,85 × 10–  7 m2.
D’où la puissance émise par unité de surface : P ⁄ S ≈ 2,5 kW.m–  2.
Cette valeur est bien supérieure à la densité d’énergie solaire moyenne reçue par la Terre : 340 W.m–  2.
3.  Un rayonnement laser est dangereux pour les yeux d’une personne. Il faut donc éviter de le 
recevoir dans les yeux, soit directement, soit après réflexion sur un objet métallique : d’où les 
consignes de sécurité.
■ Activité 2 : Quels sont les rayonnements émis par la lumière blanche ?
1.  En déplaçant un thermomètre sensible (à 0,1 °C), on mesure une élévation de quelques dixièmes 
de degré dans la zone voisine des radiations rouges : les radiations infrarouges ont donc des 
longueurs d’onde supérieures à 800 nm.
Remarques expérimentales
a. On peut observer la trace du rayonnement infrarouge projetée sur la table, derrière la diapo 
contenant le réseau, avec le viseur d’un appareil photo numérique ou d’un caméscope.
b. On peut aussi détecter la présence des infrarouges à côté des radiations rouges avec un circuit 
électronique comprenant une photodiode infrarouge (BPW 34 centrée à 900 nm ou BP 104 centrée 
à 925 nm) montée « en inverse », un voltmètre étant branché aux bornes de la résistance du circuit.
c. On peut observer la lumière émise par une télécommande IR quand on l’active, sur l’écran d’un 
appareil photo numérique. Cette lumière est invisible à l’œil.
2.  L’écran fluorescent, ou un détecteur électronique d’UV mettent en évidence les ultraviolets dans 
la zone voisine des radiations violettes : les radiations ultraviolettes ont donc des longueurs d’onde 
inférieures à 400 nm.
Remarque : Le verre de l’optique du projecteur arrête une grande partie des radiations UV.
On obtient une grande quantité d’UV en brûlant un ruban de magnésium (placer un écran pour 
éviter d’observer la lumière émise).
3.  Le rayonnement laser et les radiations ultraviolettes sont des rayonnements lumineux 
transportant de l’énergie.
Le rayonnement laser est dans le visible (500 nm pour les lasers verts, 600 à 750 nm pour les lasers 
rouges) alors que les radiations UV sont invisibles.
CHAPITRE 16 - Quel est le rôle des ondes électromagnétiques pour la santé ? • 73
■ Activité 3 : Comment se protéger du rayonnement UV ?
Les pastilles sensibles aux UV distribuées par l’agence Sécurité solaire, 3 rue Jean Varenne 75018 
PARIS, ont la particularité de prendre une couleur bleue d’autant plus intense que la quantité de 
rayonnement UV reçue est importante.
1.  On observe que les verres de lunettes de vue ou de lunettes de soleil de qualité arrêtent 
parfaitement les UV, ainsi que le tissu si la toile est assez dense.
2.  En haute montagne, il est prudent de revêtir intégralement son corps, d’enduire le visage et les 
mains de crème solaire d’indice élevé et de porter des lunettes d’indice 4 très enveloppantes.
Remarque :  En montagne, les rayonnements sont moins filtrés par l’atmosphère et la quantité d’UV 
augmente de 4 % tous les 300 m. De plus, la neige réfléchit 85 % des UV (80 fois plus que l’herbe et 
4 fois plus que l’eau).
INFO DOC
■ Le laser en médecine
1.  On fait varier l’énergie lumineuse transmise aux tissus en agissant sur trois paramètres :
–  la longueur d’onde de la lumière (l’énergie est d’autant plus importante que la longueur d’onde 
est faible) ;
–   la puissance du laser ;
–   la durée d’exposition, soit en continu, soit intermittente (laser pulsé).
2.  La coagulation est effectuée à des températures plus basses et pour des durées d’exposition plus 
importantes que la vaporisation.
Température
Durée
Coagulation
50 °C à 100 °C
1 seconde
Vaporisation
Supérieure à 100 °C
1⁄10 de seconde
3.  Les globules rouges sont chauffés sélectivement car la lumière est davantage absorbée par 
l’oxyhémoglobine des globules que par l’épiderme.
4.  Lors des nouvelles opérations, les deux étapes (découpe de la cornée et remodelage du cristallin) 
sont réalisées par deux lasers distincts et ne nécessitent plus d’opération mécanique.
EXERCICES
Tester ses connaissances
Q.C.M.
1 : A, et B ; 2 : A ; 3 : A ; 4 : B ; 5 : B et C ; 6 : C ; 7 : B.
Apprendre à résoudre
Radiographie pulmonaire
Niveau l COMPRENDRE
a. La lettre c désigne la vitesse de propagation de la 
lumière dans le vide. C’est une constante universelle 
de valeur
c = 3,00 × 108 m.s–  1.
b. Dans la relation, la longueur d’onde λ est en mètre, 
la fréquence ν en hertz, et la vitesse de la lumière c en 
m.s–  1.
c
3, 0
00
0 × 1 08
=
= 5, 0 0 × 1 0 − 10 m.
ν 6, 0
00
0 × 1 017
Les radiations visibles sont comprises entre 400 nm et 
800 nm. (1 nm = 10–  9 m). La longueur d’onde utilisée 
en radiographie X est donc bien plus petite que celle 
du domaine visible, elle appartient aux RX.
c. λ =
Rayons X
Niveau l APPLIQUER
c
ν
= 1, 2 5 × 1 0 − 8 m ;
a. On obtient, en appliquant la relation  λ =
λmax =
λmin =
8
c
3, 0 × 10
=
ν min 2, 4 × 1016
c
ν max
=
3, 0 × 108
5, 0 × 1019
74 • CHAPITRE 16 - Quel est le rôle des ondes électromagnétiques pour la santé ?
= 6, 0 × 10 − 12 m.
b. L’irradiation prolongée du corps par des rayons X 
est très dangereuse et peut conduire à des cancers.
c. Les rayons X sont utilisés en radiographie, et pour 
le  traitement  du  cancer  avec  les  rayons  X  durs  (de 
courte longueur d’onde).
Tester ses compétences
Calcul de l’énergie d’un photon :
Ephoton = h.ν = 6,62 × 10–  34 × 4,738 × 1014 
≈ 3,14 × 10–  19 J.
La puissance du laser est de 2 mW. En une seconde 
l’énergie lumineuse, due aux photons, qui arrive sur 
l’écran est :
E = P × t = 2 × 10–  3 × 1 = 2,00 × 10–  3 J.
Le nombre de photons nécessaires à l’obtention de 
cette énergie est :
2, 0
00
0 × 10 −3
E
n=
=
≈ 6, 3 7 × 1 015.
E photon 3,1
14
4 × 1 0 − 19
1. Domaines des ondes électromagnétiques
Voir schéma en bas de page.
2. Fréquence et longueur d’onde
1° Ligne : λ = 10 mm = 10–  5 m ;
c 3, 0 × 108
 ν = =
= 3, 0 × 1013 Hz.
λ
10 − 5
2° Ligne : ν = 6,0 × 1014 Hz ;
c
3, 0 × 108
= 5, 0 × 10 − 7 m = 500 nm.
 λ = =
ν 6, 0 × 1014
Plus de six millions de milliards de photons en une 
seconde.
Cette radiation appartient au domaine visible.
3° Ligne : λ = 0,1 nm = 10–  10 m ;
c 3, 0 × 108
 ν = =
= 3, 0 × 1018 H z.
λ
10 − 10
4. Absorption d’une onde
a. L’absorption des rayons X dépend de la nature et 
Domaine 
d’appartenance de l’onde 
électromagnétique
Fréquence
Longueur 
d’onde
IR
3,0 × 1013 Hz
10 mm
1014 Hz
500 nm
3,0 × 1018 Hz
0,1 nm
Domaine visible
RX
6,0 ×
pourquoi il ne faut pas trop multiplier ce type d’examen dans un laps de temps court.
d. Calcul de la fréquence :
λ = 632,8 nm = 6,328 × 10–  7 m ;
c
2, 998 × 108
ν= =
≈ 4, 738 × 1014 Hz.
λ 6, 328 × 10 − 7
3. Énergie des ondes électromagnétiques
a. Les  ondes  électromagnétiques  les  plus  énergétiques sont les ondes gamma. Elles correspondent aux 
ondes de fréquences les plus élevées et de longueurs 
d’onde  les  plus  courtes.  Elles  sont  très  pénétrantes 
et elles peuvent provoquer de graves dommages aux 
cellules et engendrer des cancers, des leucémies…
b. Les longueurs d’ondes des radiations bleues sont 
plus  courtes  que  celles  des  radiations  rouges,  et 
leurs fréquences plus élevées. Comme l’énergie d’un 
photon est proportionnelle à la fréquence de l’onde 
électromagnétique, les photons bleus sont plus énergétiques que les photons rouges.
c. Les examens de scanographie utilisent les rayons X 
qui  sont  dangereux  à  forte  dose  d’exposition.  C’est 
de l’épaisseur des tissus. Les os qui contiennent des 
éléments de numéro atomique plus élevés que les tissus mous absorbent davantage les RX. Le cliché radiographique obtenu après la traversée de la région du 
corps humain observée, par le faisceau de RX, montre 
une image du squelette en blanc et des organes et tissus en teinte grise plus ou moins sombre.
b. On  peut  se  protéger  des  rayons  X  et  gamma  à 
l’aide d’écrans en plomb.
c. L’absorption  de  la  lumière  provenant  du  Soleil 
augmente avec l’épaisseur d’eau traversée.
Les  formes  de  vies  favorisées  par  la  lumière  solaire 
(en particulier la synthèse chlorophyllienne) ne sont 
donc  plus  possibles  au-delà  d’une  certaine  profondeur.
d. Non,  car  les  ondes  hertziennes  seront  réfléchies 
par les parois métalliques qui entourent le récepteur 
radio, et celui-ci ne pourra pas les recevoir.
5. Expérience avec un laser
a. Ces  expériences  montrent  que  le  faisceau  laser 
transporte  de  l’énergie  qui  permet  dans  l’une  de 
chauffer  suffisamment  la  tête  de  l’allumette  pour 
Schéma de l’exercice 1
10 – 13 10 – 12 10 – 11 10 – 10 10 – 9
A
rayons γ
10 – 8
10 – 7
10 – 6
10 – 5
10 – 4
10 – 3
10 – 2
10 – 1
1
101
10 2
10 3 λ (en m)
B
C
E
F
G
rayons X
UV
IR
micro-ondes
ondes hertziennes
D
visible
CHAPITRE 16 - Quel est le rôle des ondes électromagnétiques pour la santé ? • 75
l’enflammer, ou de chauffer le gaz dans le ballon en 
provoquant une augmentation de pression suffisante 
pour le faire éclater.
b. Le faisceau laser ne doit pas être dirigé vers la peau 
et surtout vers les yeux d’une personne. Il est aussi 
recommandé de ne pas porter d’objets réfléchissants 
lorsque  l’on  manipule  un  appareil  laser  (montre, 
bijoux…).
6. Laser médical
a. Les applications médicales de ce laser sont nombreuses, ORL, pneumologie,…, d’où sa polyvalence.
b. La longueur d’onde de ce laser, 1,34 mm, est située 
dans l’infrarouge. Ces radiations ne sont pas visibles 
et n’ont donc pas de couleur pour l’œil humain.
c. Une fibre optique, flexible, permet de conduire le 
faisceau laser à l’intérieur du corps humain.
d. Le nombre d’impulsions laser durant 5 secondes 
est :
n = 5 × 30 = 150.
Comme chaque impulsion dure 200 ms, la durée d’application du faisceau laser est :
Δt = 200 × 10–  6 × 150 = 3 × 10–  2 s.
Applications technologiques
7. Ondes radio
a. La longueur d’onde est donnée par la relation : 
c
λ=
ν
Pour ν = 87,5 MHz = 8,75 × 107 Hz on obtient : 
λ1 = 3,43 m.
Pour ν = 108 MHz = 1,08 × 108 Hz on obtient : 
λ2 = 2,78 m.
 b. Les ondes radio se situent à l’extrémité du spectre 
des  OEM,  du  côté  des  plus  grandes  longueurs 
d’ondes, après les IR et les micro-ondes.
E = 6,63 × 10–  34 ×
3, 0
00
0 ×1
108
330, 3 × 1
10 − 9
≈ 6,02 × 10–  19 J ;
6, 0
02
2×1
10 − 19
≈ 3,76 eV.
1, 6 × 10 − 19
d. Ce sont les rayonnements UV, rayonnements ionisants, qui provoquent les cancers de la peau, en cas 
de surexposition prolongée à ces rayons.
Les UV sont produits par le soleil, source naturelle, ou 
par des lampes UV, comme les lampes de bronzage.
E = 
9. Photon et laser
a. La fréquence est donnée par la relation
c 3, 0
00
0 × 1 08
=
≈ 3,70 × 1014 Hz.
λ 810 × 10 − 9
Cette  radiation  se  situe  dans  les  IR,  tout  près  de  la 
frontière du visible (800 nm).
c. L’énergie  du  photon  est  donnée  par  la  relation 
E = h.ν ; soit :
Ephoton = 6,63 × 10–  34 × 3,70 × 1014 = 2,45 × 10–  19 J.
2, 4
45
5×1
10 − 19
≈  1,53 eV.
En eV :   Ephoton = 
1, 6 × 10 − 19
c. L’énergie fournie par le tir laser est :
E = P.t = 10 × 0,01 = 0,1 J.
d. Le nombre de photons est : 
0,1
≈  4,1 × 1017.
N = 
2, 45
45 × 1
10 − 19
ν = 
10. Radiographie
a. L’énergie  du  photon  est  donnée  par  la  relation 
E = h.ν, soit :
Ephoton = 6,63 × 10–  34 × 5,00 × 1017 = 3,32 × 10–  16 J.
b. La  vitesse  de  la  lumière  dans  le  vide  est 
c = 3,00 × 108 m.s–  1.
c
Comme ν =  , on en déduit :
λ
c
3, 0
00
0 × 1 08
≈  6,00 × 10–  10 m = 0,600 nm.
λ =  =
ν 5, 0
00
0 × 1 017
8. Les mélanomes cutanés
c. Le  domaine  des  radiations  visibles  est  compris 
a.
entre 400 nm et 800 nm. Cette longueur d’onde utilisée en radiographie n’est pas du domaine visible, elle 
appartient à celui des RX.
d. Les zones blanches de la plaque de radiographie 
correspondent aux parties du corps qui ont absorbé 
les rayons X, donc les os, qui contiennent des atomes 
de calcium, de numéro atomique élevé, et qui donc 
absorbent plus les RX que les chairs.
e. Les  manipulateurs  en  radiographie  utilisent  des 
tabliers  contenant  des  feuilles  de  plomb,  dont  le 
numéro  atomique  est  élevé,  pour  se  protéger  des 
rayons X.
UV
visible
400
IR
800
λ (en nm)
Le  domaine  visible  a  des  longueurs  d’ondes  comprises entre 400 nm et 800 nm, il est encadré par les 
UV (λ plus courtes) et les IR (λ plus grandes).
b.  c  =  300 000  km.s–  1.  Le  texte  propose  donc  deux 
valeurs exactes :
c = 3 × 105 km.s–  1   et  3 × 108 m.s–  1.
c. L’énergie  d’un  photon  est  donnée  par  les  relations :
c
c
E = h. ν   soit  E = h.   car  ν = .
λ
λ
D’où :
11. Le four à micro-ondes
a.   λ = 
c 3, 0
00
0 × 1 08
=
≈ 1, 2 2 × 1 0 − 1 m = 1 2, 2 cm.
υ 2, 4
45
5 × 1 09
76 • CHAPITRE 16 - Quel est le rôle des ondes électromagnétiques pour la santé ?
b. Les micro-ondes se situent entre les IR et les ondes 
hertziennes.
c. E (J) = h.ν = 6,63 × 10–  34 × 2,45 × 109 ≈ 1,62 × 10–  24 J.
E(( J)
1, 6 2 × 1
10 − 24
10 − 5 eV .
E (eV) = 
=
≈ 1, 0 1 × 1
− 19
1, 6 × 10
1, 6 × 10 − 19
d. L’énergie  des  micro-ondes  est  absorbée  par  les 
molécules d’eau, ce qui provoque une élévation de la 
température.
e. Les tissus du corps humain contiennent de l’eau 
qui absorberait les micro-ondes émises par le four. Il 
y a donc un risque d’échauffement des tissus qui peut 
être dangereux pour la santé.
12. L’action mutagène des UV
a. El (J) = 
344 × 103
6, 0
02
2×1
10 23
El (eV) = 
≈ 5,71 × 10–  19 J
5,71 × 10-19
1, 6 × 10 − 19
≈ 3,57 eV.
b.
c
3, 0 0 × 1 08
≈ 3,48 × 10–  7 m ; 
λ =  h. = 6, 6 3 × 1 0 − 34 ×
E
5, 7 1 × 1 0 − 19
soit 348 nm.
c. Cette radiation appartient aux UV.
13. Le traitement des cancers
a. La cible de tungstène permet de freiner les électrons, ce qui génère le rayonnement électromagnétique.
b. Les mâchoires métalliques permettent de limiter 
la  forme  du  faisceau  à  celle  de  la  tumeur  à  traiter. 
Ainsi les tissus sains ne sont pas exposés aux rayonnements.
c. L’énergie du photon est, en joules :
E = 1,6 × 10–  19 × 20 × 106 = 3,2 × 10–  12 J.
D’où :
c
3, 0 0 × 1 08
≈  6,22 × 10–  14 m.
λ =  h. = 6, 6 3 × 1 0 − 34 ×
E
3, 2 × 10 − 12
d. Ce  rayonnement  appartient  au  domaine  des 
rayons gamma.
Pour  illustrer  cet  exercice  on  peut  utiliser  le  site 
suivant  qui  donne  une  simulation  d’un  accélérateur  linéaire  :  http://www.sciences.univ-nantes.fr/
physique/perso/gtulloue/Meca/Charges/linac.html
14. L’univers en infrarouge
a. L’observation de l’univers en infrarouge présente 
trois intérêts principaux :
–   il permet de « voir » des objets froids qui n’émettent 
pas de lumière visible ;
–   les  IR  traversent  mieux,  que  les  autres  domaines 
des  radiations  électromagnétiques,  les  nuages  de 
poussières ;
–   la  lumière  des  galaxies  se  décale,  du  fait  de  l’expansion  de  l’univers,  vers  les  grandes  longueurs 
d’ondes (rouge et infrarouge).
b. Les  photographies  montrent  que  les  mains  de 
la  personne  cachées  dans  un  sac  noir  ne  sont  pas 
visibles  par  l’œil.  En  photographie  infrarouge  les 
mains, à la température du corps, émettent un rayonnement infrarouge qui traverse le sac. Elles sont bien 
visibles  en  infrarouge.  Cette  mise  en  scène  montre 
l’intérêt de ce rayonnement pour observer les objets 
de  l’univers  qui  se  trouvent  derrière  des  nuages  de 
gaz  interstellaires  (nébuleuses)  qui  nous  les  masquent dans le domaine de la lumière visible.
c. D’après la loi de Wien : λm. T = A, soit : λm = A ⁄ T
T = – 270 + 273,15 = 3,15 K.
Numériquement : 
λm = 2 898 × 10–  6 ⁄ 3,15 = 9,2 × 10–  4 m soit 0,92 mm.
Ce rayonnement se situe à la frontière des IR et des 
micro-ondes (1 mm).
d. La  fréquence  d’une  radiation  est  reliée  à  sa  longueur d’onde dans le vide par la relation :
c
ν = 
 ; avec c = 3,00 × 108 m.s–  1
λm
et 
λm = 9,2 × 10–  4 m.
Numériquement : 
ν = 3,00 × 108 ⁄ 9,2 × 10–  4 = 3,26 × 1011 Hz = 326 GHz.
e. Partant  des  deux  questions  précédentes,  on 
obtient :
λm = 
c
A
A.ν
 ;   T = 
=
.
c
ν
λm
Numériquement :
–   pour 30 GHz : T = 
2898 × 10 − 6 × 30 × 109
3, 0
00
0 ×1
108
≈ 0, 29
2 9 K  ;
–   pour 857 GHz : 
2898 × 10 − 6 × 857 × 109
≈ 8, 28
28 K .
T’ = 
3, 0
00
0 ×1
108
La  température  la  plus  froide  de  l’univers  qui  peut 
être observée est voisine de 0,3 K.
f. Le rayonnement émis par l’appareil d’optique luimême, du fait de sa température, ne doit pas perturber les observations. Or les rayonnements que sonde 
le télescope correspondent à des températures minimales de 0,3 K. L’appareil doit être plus froid que cette 
température.
15. Laser He-Ne de laboratoire
a.
b.
c.
d.
La puissance du laser est de 2 mW.
S = π.r2 = π × (0,75 × 10–  3 ⁄ 2)2 ≈ 4,42 × 10–  7 m2.
Psurfacique = P ⁄ S = 2 × 10–  3 ⁄ 4,42 × 10–  7 = 4 500 W/m2.
La  puissance  surfacique  de  la  lumière  laser  est 
cinq  fois  plus  importante  que  celle  du  Soleil.  On 
comprend que, alors qu’il ne faut pas regarder directement  le  faisceau  laser,  la  lumière  laser  serait  très 
dangereuse  si  elle  atteignait  accidentellement  la 
rétine de l’œil.
CHAPITRE 16 - Quel est le rôle des ondes électromagnétiques pour la santé ? • 77
16. Observation des étoiles
a. Longueur d’onde : λ = 0,532 mm = 532 nm ; 
le faisceau de lumière est de couleur verte.
b. d2 = D  . tan(θ) = 5tan  (α ⁄2) = 3 × 10–  3 m ou 3 mm ; 
d’où le diamètre du faisceau :
c. 3 + 2 + 3 = 8 mm.
d. Non,  seule  une  partie  du  faisceau  pénètre  dans 
l’œil car 8 mm > 6 mm.
e. Sur  un  disque  de  8  mm  de  diamètre,  arrive  une 
puissance de 200 mW = 0,2 W.
Puissance surfacique 
0, 2
π × (4 × 1
10
0 − 3 )2
 = 4 000 W.m–  2.
L’œil capte l’énergie : E = 4000 × π ×
Ce  faisceau  laser  est  très  énergétique  et  dangereux 
pour les yeux.
(3 × 10–  3)2 = 0,11 J
17. Absorption des RX
a. L’expérience  1  montre  que  l’absorption  des 
rayons  X  augmente  avec  le  numéro  atomique  du 
métal. Avec le plomb (Z élevé) on note que la plaque 
photographique  après  révélation  est  noire,  elle  n’a 
donc  pas  été  touchée  par  des  rayons  X.  À  l’inverse 
l’aluminium (Z petit) a été traversé par les rayons X.
b. L’expérience  2  montre  que  l’absorption  des 
rayons X augmente avec l’épaisseur de matière traversée.
c. La troisième expérience montre que la longueur 
d’onde influe aussi sur la transmission des rayons X. 
Plus la longueur d’onde est petite plus les rayons X 
sont pénétrants.
On pourrait dire aussi que la matière absorbe d’autant mieux les rayons X que leur longueur d’onde est 
grande.
Le coin du chercheur
Les téléphones portables émettent et reçoivent, pour 
communiquer,  des  ondes  électromagnétiques  centimétriques. Ces ondes transportent de l’énergie qui 
peut  être  absorbée  par  l’eau  des  tissus  humain,  en 
particulier le cerveau, et provoquer ainsi une élévation de la température. Dans le cas de longues expositions cumulées à ces ondes, leur nocivité n’est pas 
exclue, avec des risques pour la santé.
C’est pourquoi il est conseillé d’utiliser le téléphone 
portable avec des écouteurs en tenant l’appareil éloigné  des  zones  sensibles  du  corps  (cerveau,  ovaires 
pour les femmes, testicules pour les hommes), et surtout de limiter leur usage par les enfants.
78 • CHAPITRE 16 - Quel est le rôle des ondes électromagnétiques pour la santé ?
17
Comment mesurer une vitesse ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Comment mesurer une vitesse et une accélération ?
1.  Ce mouvement rectiligne est accéléré.
2.  Δt = 200 ms = 0,200 s.
3.  On détermine la vitesse moyenne (km.h–  1) d’un coureur cycliste lors d’une étape en calculant le 
rapport entre la longueur (km) et la durée (h) de l’étape.
On détermine la vitesse d’un coureur lors de son passage sur la ligne d’arrivée en calculant la vitesse 
moyenne de ce coureur sur les quelques mètres qui précèdent la ligne.
■ Activité 2 : Comment mesurer la vitesse de rotation d’un moteur ?
1.  La valeur de la tension sur la voie 1 lorsque le photocapteur est éclairé par la diode est de 15 V.
Lorsque le photocapteur ne reçoit pas de lumière la tension est nulle.
2.  La tension aux bornes de la résistance est périodique car le photocapteur est périodiquement 
éclairé.
3.  Les deux périodes sont égales.
TRAVAUX PRATIQUES
■ Étude d’un mouvement de rotation
2. Questions préliminaires
1.  La relation (1) permettant de calculer la vitesse angulaire ω de la roue est :  ω =
ω en rad.s–  1 ; α en rad et Δt en seconde.
α
∆t
2.  La relation (2) entre la vitesse linéaire v(A), dans le référentiel vélo, d’un point A du pneu, le 
rayon OA et la vitesse angulaire ω est : 
v(A) = R . ω
v(A) en m.s–  1, R en m et ω en rad.s–  1.
3. Réalisation expérimentale
Enregistrement des mouvements
Enregistrement 1
La trajectoire de O est une droite, celle de A une cycloïde.
Enregistrement 2
La trajectoire de O est un point (O est fixe), celle de A un cercle de centre O.
4. Exploitation des enregistrements
A. Étude des trajectoires : enregistrements 1 et 2
1.  Les trajectoires d’un même point sont différentes : la trajectoire dépend du référentiel.
2.  La trajectoire de A est circulaire dans le référentiel du vélo
La trajectoire de A est une cycloïde dans le référentiel terrestre.
La trajectoire de O est une droite dans le référentiel terrestre.
O est immobile  dans le référentiel du vélo.
B. Mesure de la vitesse angulaire de la roue
1.  L’angle α dont tourne le rayon OA entre deux prises de vue est constant.
CHAPITRE 17 - Comment mesurer une vitesse ? • 79
2.  La durée Δt entre deux prises de vue  est de 1⁄25 s soit 0,040 s.
3.  On mesure α, en degré, à l’aide d’un rapporteur. Par la relation (1) on a ω en degré.s–  1.
360° = 2.π rad    donc   1° = 2.π ⁄ 360 rad.
En multipliant donc la valeur de ω (en degré.s–  1) par 2.π ⁄ 360 on obtient ω en rad.s–  1.
C. Mesure directe de la vitesse linéaire de A
1.  L’échelle d’enregistrement est :
E = (mesure de OA sur l’enregistrement) ⁄ (mesure de OA sur la roue).
2.  AA’ (en vraie grandeur) = AA’ (sur l’enregistrement) ⁄ E.
3.  La vitesse linéaire de A est : v(A) = AA’ (en vraie grandeur) ⁄ Δt.
Avec AA’ (en vraie grandeur) en m et Δt = 0,040 s.
D. Mesure indirecte de la vitesse linéaire de A
1.  On calcule v(A) à partir de la relation v(A) = R.ω.
Les valeurs de R ( en m) et de ω (en rad.s–  1) ont été déterminées précédemment.
2.  La valeur trouvée précédemment est compatible à la valeur trouvée directement.
EXERCICES
Tester ses connaissances
Q.C.M.
1. B et C ; 2. B ; 3. B ; 4. C ; 5. A et C.
Apprendre à résoudre
Calculer une vitesse moyenne
Niveau l COMPRENDRE
a. v = d ⁄ Δt. Si d est en kilomètre (km) et Δt en heure 
(h), v est en km.h–  1.
b. 32 min = 32 ⁄ 60 h = 0,53 h.
c. La durée de cette étape est de 5,53 h.
d. v = 187 ⁄ 5,53 = 33,8 km.h–  1.
Calculer une vitesse moyenne
Niveau l APPLIQUER
Δt = 4 h 03 min = 4 + 3 ⁄ 60 h = 4,05 h.
v = 199 ⁄ 4,05 = 42,98 ≈ 43,0 km.h–  1.
Tester ses compétences
1. Mesurer une vitesse et une accélération
a. Le mouvement est décéléré.
b. Vitesse en A3 :
 v(A3) = A2A4  ⁄ 2 Δt = 6,2 × 10–  2 ⁄ (80 × 10–  3) = 0,78 m.s–  1.
v(A5) = A4A6 ⁄ 2 Δt = 4,4 × 10–  2 ⁄ (80 × 10–  3) = 0,55 m.s–  1.
v(A6) = A5A7 ⁄ 2 Δt = 3,1 × 10–  2 ⁄ (80 × 10–  3) = 0,39 m.s–  1.
c. a(A3) = [v(A2) – v(A4)] ⁄ 2Δt
v(A2) = A1A3 ⁄ 2 Δt = 6,2 × 10–  2 ⁄ (80 × 10–  3) = 0,78 m.s–  1.
v(A4) = A3A5 ⁄ 2 Δt = 5,6 × 10–  2 ⁄ (80 × 10–  3) = 0,70 m.s–  1.
80 • CHAPITRE 17 - Comment mesurer une vitesse ?
a(A3) = (0,78 – 0,70) ⁄ (80 × 10–  3) = 1,0 m.s–  2.
a(A4) = [ v(A3) – v(A5)] ⁄ 2Δt
v(A3) = 0,78 m.s–  1.
v(A5) = 0,55 m.s–  1.
a(A3) = (0,78 – 0,55) ⁄ (80 × 10–  3) = 2,88 m.s–  2.
2. Calculer une vitesse et une accélération
On utilise les relations du cours. Pour les écritures des 
durées sous forme décimale, voir l’exercice précédent 
« Apprendre à résoudre - Comprendre ».
1. 6,33 h ; 73,3 km.h–  1 .
2. a. 2,67 h; b. 587 km.
3. a. a = [v(t) –v(0)] ⁄ 2Δt
v(t) = 100 km.h–  1 = 27,8 m.s–  1 ; v(0) = 0 m.s–  1
a = 27,8 ⁄ 4,1 ≈ 6,8 m.s–  2.
4. a. d = ½ a. Δt2 + v(t0). Δt.
b. d = 43 m.
c. v = a .  Δt + v(t0).
d. 28,7 m.s–  1 = 103 km.h–  1.
3. Vitesse de rotation d’un turbocompresseur
a. Relation entre la vitesse linéaire et la vitesse angulaire : v = R . ω (v en m.s–  1, R en m, ω en rad.s–  1).
b. ω = 3 333 tr.s–  1 = 20 944 rad.s–  1.
c. R = 0,02 m.
d. v = R  . ω = 0,02 × 20 994 = 419 m.s–  1 ≈ 4,2 × 102 m.s–  1.
4. Angle et vitesse de rotation
a. 70 tr.min–  1 = 70 ⁄ 60 = 1,17 tr.s–  1 = 7,33 rad.s–  1.
b. En 0,5 s une pale tourne de 7,33 × 0,5 = 3,67 rad soit 
210° (2π rad = 360°).
Applications technologiques
5. Camion toupie
Le point A de la toupie est animé d’un mouvement 
de rotation uniforme dans le référentiel du camion.
6. Qui court le plus vite ?
24,5 m.s–  1  = 24,5 × 3,6 = 88,2 km.h–  1. L’antilope court 
plus vite que le lion.
7. En scooter
a. La durée entre 2 images consécutives est :
1 ⁄ 25 s = 40 ms.
b. Le mouvement est rectiligne uniforme.
c. Le motard parcourt 1 m en 80 ms.
v = 1 ⁄ (80 × 10–  3) = 12,5 m.s–  1.
v = 12,5 × 3,6 = 45 km.h–  1.
8. Course de F1 au circuit de Monza, GP d’Italie,
2010
5,793 × 53 ⁄ 248 = 1,238 h = 1 h 14 min.
9. La kawasaki ER 6n
a. Valeur de la vitesse en m.s–  1 : 
v = 100 ⁄ 3,6 =  27,8 m.s–  1.
b. Accélération au démarrage : 
a = Δ v ⁄ Δt = 27,8 ⁄ 3,7 =  7,5 m.s–  2.
c. Distance parcourue pendant la phase de démarrage : d = ½. a  . Δt2 = 51,3 m.
10. Peugeot 3008
a. 12 ⁄ 60 = 0,2 h.
b. Distance parcourue par le véhicule : 
195 × 0,2 = 39 km.
c. Vitesse après 9,7 s : 100 ⁄ 3,6 = 27,8 m.s–  1.
Accélération au démarrage : 
a = Δ v ⁄ Δt = 27,8 ⁄ 9,7 = 2,9 m.s–  2.
d. Distance parcourue pendant la phase de démarrage : d = ½. a  . Δt2 = ½ × 2,9 × 9,72 = 136 m environ.
11. Démarrage d’un motard
a. Mouvement accéléré.
b. 3 cm sur le schéma correspondent à 1 m.
Vitesse moyenne entre le premier et le dernier cliché : 
AG ⁄ 6Δt.
Sur le schéma AG = 6,1 cm. Distance réelle parcourue : 1 × 6,1 ⁄ 3 = 2,03 m.
v = 2,03 ⁄ (6 × 0,1) =  3,4 m.s–  1.
c. Distance CE = 1 × 2 ⁄ 3 = 0 ,67 m :
v(D) = CE ⁄ 0,2 = 0,67 ⁄ 0,2 = 3,35 m.s–  1.
Distance EG = 1 × 3,1 ⁄ 3 = 1,03 m :
v(F) = EG ⁄ 0,2 = 5,15 m.s–  1.
d. Accélération en E : 
a (E) = [v(F) – v(D)] ⁄ 2Δt = (5,15 – 3,35) ⁄ 0,2 = 9 m.s–  2.
12. Graphiques
a. Les graphiques B et C sont associés à un mouvement uniforme.
b. Les graphiques A et D sont associés à un mouvement rectiligne uniformément accéléré.
13. Turbine Pelton
a. Vitesse angulaire de rotation : 
50 tr.s–  1 = 50 × 2 × π = 314 rad.s–  1.
b. Les  points  de  la  périphérie  ont  la  plus  grande 
vitesse linéaire.
c. Vitesse linéaire maximale : v = R . ω
v = 0,75 × 314 = 235 m.s–  1.
14. Éolienne
a. Vitesse angulaire ω = v ⁄ R = 63 ⁄ 14 = 4,5 rad.s–  1
ω = 4,5 × 60 rad.min–  1 = 4,5 × 60 ⁄ 2π = 43 tr.min–  1.
b. Une pale tourne chaque seconde de 4,5 rad 
= 4,5 × 180 ⁄ π = 258°.
15. Scie circulaire
a. ω = 640 ⁄ 60 = 10,67 tr.s–  1 = 10,67 × 2π = 67 rad.s–  1.
b. v = R . ω = D .ω ⁄ 2.  v en m.s–  1, D en m, ω en rad.s–  1.
v = 20 m.s–  1.
c. La scie devrait tourner à ω = 2v ⁄ D, soit
ω = 2 × 30 ⁄ 0,60 = 100 rad.s–  1
ω = 100 ⁄ 2π = 15,9 tr.s–  1 = 15,9 × 60 = 955 tr.min–  1.
16. Rapport de boîte de vitesse
a. ω = 3000 ⁄ 3,6 = 833 tr.min–  1
ω = 833 ⁄ 60 = 13,9 tr.s–  1 = 13,9 × 2π = 87,3 rad.s–  1.
b. v = R . ω = D . ω ⁄ 2 = 26,2 m.s–  1 
= 26,2 × 3,6 = 94 km.h–  1.
17. Lave linge
a. ω = 1200 tr.min–  1 = 1200 ⁄ 60 tr.s–  1 = 20 tr.s–  1.
ω = 20 × 2π = 125,7 rad.s–  1.
d. v = R . ω = 31,4 m.s–  1.
18. Fenêtre de toit
 a. L’ouverture de la fenêtre correspond à une rotation 
de : 36 ⁄ 360 = 1 ⁄ 10e de tour.
b. ω2 = 0,1 ⁄ 5 = 0,02 tr.s–  1 = 1,2 tr.min–  1 = 0,126 rad.s–  1.
c. Réduction de vitesse :
 ω2 ⁄ ω1 = 1,2 ⁄ 1500 = 8 × 10–  4 = 1 ⁄ 1250.
d. v = 6,3 cm.s–  1.
19. Transmission d’un mouvement par courroie
ω1 = 3,14 rad.s–  1.
v = D . ω1 ⁄ 2 = 0,785 m.s–  1.
Vitesse linéaire de la courroie : 0,785 m.s–  1.
Vitesse linéaire d’un point de la circonférence de 
la petite poulie : 0,785 m.s–  1.
e. ω2 = v ⁄ R = 0,785 ⁄ 0,06 = 13,1 rad.s–  1 = 125 tr.min–  1.
a.
b.
c.
d.
20. Roue mal équilibrée
a. Vitesse du véhicule : 
v = 90 km.h–  1 = 90 ⁄ 3,6 = 25 m.s–  1.
Vitesse angulaire de la roue : ω = v ⁄ R = 2π  . f .
La fréquence de rotation des roues est f = v ⁄ (2πR).
f  = 25 ⁄ (2π × 0,30) = 13,27 Hz.
CHAPITRE 17 - Comment mesurer une vitesse ? • 81
b. Vitesse angulaire de la roue : 
ω = 18 tr.s–  1 = 18 × 2 × π = 113 rad.s–  1.
c. Vitesse du véhicule : 
v = R. ω = 0,3 × 113 = 34 m.s–  1.
d. v = 34 × 3,6 = 122 km.h–  1.
21. Cycliste
a. Vitesse angulaire de la roue arrière : 
ω = v ⁄ Rroue = 13 ⁄ 0 ,35 = 37,14 rad.s–  1.
b. La  vitesse  angulaire  ω2  du  pignon  est  celle  de  la 
roue arrière : 
ω2 = 37,14 rad.s–  1.
c. La vitesse linéaire de la chaîne et v2 = r. ω2.
v2 = 0,05 × 37,14 = 1,857 m.s–  1.
d. La vitesse angulaire du plateau est : ω1 = v2 ⁄ R.
ω1 = 1,857 ⁄ 0,16 = 11,6 rad.s–  1.
e. Vitesse de rotation du plateau :
ω1 = 11,6 × 60 ⁄ 2π = 111 tr.min–  1.
22. Le Scoot’Elec de Peugeot
a. Le document 2 représente la vitesse de rotation du 
moteur, en tr.min–  1, en fonction de la tension U du 
signal.
b. D’après le document 3,  la  vitesse de  rotation du 
moteur  est  égale  à  2 000  tr.min–  1.  D’après  le  docu-
82 • CHAPITRE 17 - Comment mesurer une vitesse ?
ment  2,  la  tension  U  signal  appliquée  au  circuit  de 
commande est égale à 3,2 V.
c. Vitesse angulaire des roues : 
ω = v ⁄ Rroue = 30 ⁄ 3,6 ⁄ 0,13 = 64,1 rad.s–  1 
= 612 tr.min–  1.
23. Actualité professionnelle : le disque dur
d’un ordinateur
1. Les pistes sont circulaires.
2. b) Vitesses angulaires en radian par seconde : 
4 000 tr.min–  1 = 4 000 × 2π ⁄  60 = 419 rad.s–  1.
15 000 tr.min–  1 = 1 571 rad.s–  1.
3. c) v = R . ω : lorsque R augmente, la vitesse v augmente.
d) v = 1571 × 0,03 = 47,1 m.s–  1.
Le coin du chercheur
Ce satellite est fixe dans un référentiel terrestre. Dans 
un référentiel qui aurait pour origine le centre de la 
Terre et des axes gardant des directions fixes par rapport aux étoiles (référentiel géocentrique), ce satellite tourne à la même vitesse angulaire que la Terre 
(vitesse de rotation de la Terre autour de l’axe de ses 
pôles).
18
Qu’est-ce que l’énergie mécanique ?
ACTIVITÉS
■ Activité 1 : Quels paramètres influent sur l’énergie cinétique d’un
mobile ?
1.  Plus la vitesse augmente, plus l’énergie cinétique augmente (le déplacement de l’obstacle est 
plus important lorsque la vitesse du mobile augmente).
De même, plus la masse augmente, plus l’énergie cinétique augmente.
2.  Lorsque la caisse à savon se déplace, elle possède de l’énergie cinétique qui dépend de sa vitesse 
et de sa masse.
■ Activité 2 : L’énergie cinétique et l’énergie potentielle d’un mobile
peuvent-elles s’échanger ?
Masse de la bille : m = 17 g.
Altitude z (m)
Vitesse v 
(m.s–  1)
Epp = m.g.z (J)
0,70
0,50
0,40
0,30
0,20
0
1,98
2,43
2,80
3,13
0,117
0,083
0,067
0,050
0,033
1
Ec =  m.v 2  (J)
2
0
0,033
0,050
0,066
0,083
Em = Ec + Epp ΔEpp (J) ΔEc (J)
0,117
0,116
0,116
0,116
0,116
–  0,034
–  0,050
–  0,067
–  0,084
+0,033
+0,050
+0,066
+0,083
1.  Au cours du mouvement, l’énergie mécanique de la bille est constante et égale à 0,116 joule.
2.  Au cours de ce type de mouvement, la variation de l’énergie potentielle est l’opposée de celle 
de l’énergie cinétique. Tout se passe comme s’il y avait un échange entre un réservoir d’énergie 
potentielle et un réservoir d’énergie cinétique. La quantité totale d’énergie est la même. Seule la 
répartition dans les réservoirs varie.
3.  La course de caisse à savon se fait sur une route en pente. Lorsqu’elle perd de l’altitude en 
prenant de la vitesse, l’énergie potentielle de pesanteur de la caisse à savon diminue et se convertit 
en énergie cinétique.
■ Activités 3 : Qu’est-ce que l’énergie potentielle élastique ?
Inclinaison du plan incliné : α = 7,5°.
l (cm)
41
h = l.sin  α (m)
0,0535
m.g.h (J)
0,3353
(m.g.h) ⁄x²
33,526
9
33
0,0431
0,2698
33,314
8
25,5
0,0333
0,2085
32,580
7
19
0,0248
0,1554
31,707
6
14
0,0183
0,1145
31,800
x (cm)
10
1.  Le ressort comprimé est capable de projeter la bille : il possède donc de l’énergie, l’énergie 
potentielle élastique.
2.  Le rapport 
m.g .h
 est quasiment constant. On peut donc dire que l’énergie acquise par le ressort 
x2
lorsqu’on le comprime est proportionnelle à x².
CHAPITRE 18 - Qu’est-ce que l’énergie mécanique ? • 83
TRAVAUX PRATIQUES
■ L’aérodynamisme des voitures
2. Questions préliminaires
1.  a. L’énergie cinétique d’un solide est l’énergie liée à son mouvement. Pour un solide animé d’un 
mouvement de translation, l’expression de l’énergie cinétique est :
Ec = ½  .m  . v².
b. L’énergie potentielle de pesanteur d’un solide est l’énergie liée à son altitude par rapport à une 
altitude de référence. Son expression est :
Epp = m . g . z
avec z l’altitude en mètre, m la masse en kg et g l’intensité de la pesanteur (9,81 N.kg–  1).
2.  L’énergie mécanique est égale à la somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle.
3.  Lors du freinage d’un véhicule, l’énergie mécanique du véhicule ne se conserve pas, car une 
partie de l’énergie se dissipe par effet joule.
4.  Dans ce cas, les frottements entre le solide et le liquide visqueux expliquent la diminution de 
l’énergie mécanique au cours du mouvement.
5.  À l’aide d’un dispositif exao ou d’une caméra et d’un logiciel d’analyse vidéo, il faut déterminer 
la vitesse et la variation de hauteur du mobile à différents instants du mouvement de chute. En 
utilisant les formules notées ci-dessus, il est alors possible de déterminer l’énergie cinétique et 
l’énergie potentielle de pesanteur et donc de calculer l’énergie mécanique.
3. Réalisation de l‘expérience
Ces résultats dépendent du matériel et du liquide utilisés. Les tableaux ci-dessous sont donnés à 
titre d’exemple, la masse des trois solides étant égale à 40 g.
Résultats pour la bille
Altitude Δz (cm)
Vitesse v (m.s–  1)
Epp (J)
Ec (J)
Em (J)
0
5
10
20
40
0
0,675
0,85
0,9
0,9
0
–  1,96 × 10–  02
–  3,92 × 10–  02
–  7,85 × 10–  02
–  15,7 × 10–  02
0
9,11 × 10–  03
1,45 × 10–  02
1,62 × 10–  02
1,62 × 10–  02
0
–  1,05 × 10–  02
–  2,48 × 10–  02
–  6,23 × 10–  02
–  14,1 × 10–  02
0,04
0,02
0
– 0,02
– 0,04
– 0,06
– 0,08
– 0,1
– 0,12
– 0,14
– 0,16
– 0,18
Énergie (J)
Epp
Ec
Em
0
10
20
84 • CHAPITRE 18 - Qu’est-ce que l’énergie mécanique ?
30
40
50
Altitude ∆z (en cm)
Résultats pour le cube
Altitude Δz (cm)
Vitesse v (m.s–  1)
Epp (J)
Ec (J)
Em (J)
0
5
10
20
40
0
0,55
0,68
0,74
0,75
0
–  1,96 × 10–  02
–  3,92 × 10–  02
–  7,85 × 10–  02
–  15,7 × 10–  02
0
0,605 × 10–  02
0,925 × 10–  02
1,10 × 10–  02
1,13 × 10–  02
0
–  1,36 × 10–  02
–  3,00 × 10–  02
–  6,75 × 10–  02
–  14,6 × 10–  02
0,02
0
– 0,02
– 0,04
– 0,06
– 0,08
– 0,1
– 0,12
– 0,14
– 0,16
– 0,18
Énergie (J)
Epp
Ec
Em
0
10
20
30
40
50
Altitude ∆z (en cm)
Résultats pour le parallélépipède rectangle lâché avec la plus petite surface vers le bas :
Altitude Δz (cm)
0
Vitesse v (m.s–  1)
0
Epp (J)
0
Ec (J)
0
Em (J)
0
5
0,82
–  1,96 × 10–  02
1,34 × 10–  02
–  0,62 × 10–  02
0,97
–  3,92 × 10–  02
1,88 × 10–  02
–  2,04 × 10–  02
20
1,02
–  7,85 × 10–  02
2,08 × 10–  02
–  5,77 × 10–  02
40
1,02
–  15,7 × 10–  02
2,08 × 10–  02
–  13,6 × 10–  02
10
0,04
0,02
0
– 0,02
– 0,04
– 0,06
– 0,08
– 0,1
– 0,12
– 0,14
– 0,16
– 0,18
Énergie (J)
Epp
Ec
Em
0
10
20
30
40
50
Altitude ∆z (en cm)
4. Exploitation
1.  Dans les trois cas, l’énergie cinétique varie. Donc le mouvement n’est pas uniforme.
L’énergie mécanique est nulle à t = 0. La variation d’énergie mécanique est donc égale à la valeur de 
l’énergie mécanique à la fin du mouvement : 
pour la bille  
ΔEm = –  14,1 × 10–  2 J,
pour le cube  
ΔEm = –  14,6  × 10–  2 J,
et pour le parallélépipède  
ΔEm = –  13,6  × 10–  2 J.
CHAPITRE 18 - Qu’est-ce que l’énergie mécanique ? • 85
2.  Oui la forme du solide a une influence, car elle modifie l’énergie perdue par frottement.
3.  Le parallélépipède minimise les frottements.
4.  Une voiture ayant un bon Cx consomme moins de carburant, donc pollue moins.
EXERCICES
Tester ses connaissances
Marteau-pilon
Q.C.M.
1. A ; 2. C ; 3. A, B ; 4. B, C ; 5. B, C ; 6. B.
Niveau l APPLIQUER
a. ΔEp = m  . g . Δz = 1 200 × 9,81 × (–  1,6) 
= –  18 835 J ≈ –  1,88 × 104 J.
b. L’énergie mécanique se conserve donc
ΔEc = – ΔEp = 18 835 J ≈ 1,88 × 104 J.
c. La vitesse finale théorique vf  est :
Apprendre à résoudre
Chute libre
Niveau l COMPRENDRE
a. Ec : Énergie cinétique ; Epp : Énergie potentielle de 
pesanteur ; Em : Énergie mécanique.
Ec = ½ .  m . v² avec Ec en joule, m la masse en kg et v la 
vitesse en m.s–  1.
Epp = m . g . z avec Epp en joule, m la masse en kg, g l’intensité de la pesanteur en N.kg–  1 et z l’altitude en m.
Em = Ec + Epp
b.
t (s)
v (m.s–  1)
z (m)
Ec (J)
Epp (J)
Em (J)
0
0
7,00
0
824
824
0,2
1,96
6,80
23
800
823
0,4
3,92
6,20
92
730
822
0,6
5,89
5,20
208
612
820
0,8
7,85
3,85
370
453
823
1
9,81
2,10
577
247
824
c.
Énergie (J)
900
2 × Ec
 = 5,6 m.s–  1.
m
d. La vitesse finale réelle est :
vf 2 = 5,6 × 0,75 = 4,2 m.s–  1.
L’énergie  mécanique  ne  se  conserve  pas  ;  sa  valeur 
finale se confond avec l’énergie cinétique :
Ecf = Emf = ½ × m ×  v 2f 2  = 10 584 J.
vf  = 
La  diminution  de  l’énergie  mécanique  est  égale 
à 18 835 – 10 584 = 8 251 J.
ΔEm = 8 251 J ≈ 8,25 × 103 J.
Tester ses compétences
1. Énergie cinétique de quelques solides en
translation
Ec = ½ m . v2
a. Ec1 = 4000 J ≈ 4,0 kJ.
b. Ec2 = 344 kJ ≈ 3,4 × 105 J.
c. Ec3 = 6,25 MJ.
d. Ec4 = 3549 MJ ≈ 3,5 × 109 J.
2. Énergie cinétique de quelques solides en
rotation
800
700
600
500
Epp
400
Ec
Em
Ec = ½ J  . ω2. Pour un cylindre : J = ½ m  . R2
a. Ec1 = 15 kJ.
b. Ec2 = 1228 J ≈ 1,2 kJ.
c. Moment d’inertie : J = 0,04 kg.m2
Ec3 = 312,5 J ≈ 0,31 J.
d. Moment d’inertie : J = 0,049 kg.m2
Ec4 = 107,5 kJ ≈ 0,11 MJ.
300
3. Q.C.M.
200
Dans chaque cas, les réponses justes sont :
1. b, c ; 2. a, c ; 3. b, c
100
0
temps (en s)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
4. A la montagne
a. La conversion de son énergie potentielle en énergie cinétique va lui permettre de prendre de la vitesse.
. ( z1 − z 2 )  en fait  v = 2.g.
gh
b. v =  2 .g .(
86 • CHAPITRE 18 - Qu’est-ce que l’énergie mécanique ?
c. v = 2 × 9, 81 × 20  = 19,8 m.s–  1 
se fait donc sans frottement ou avec des frottements 
négligeables.
soit, environ, 71 km.h–  1.
11. Mouvement dans l’huile
5. Énergie mécanique
a. La vitesse initiale vi = 0 ;
b. Em0 = 1 167 kJ, Em10 = 1 084 kJ, Em20 = 1 001 kJ, 
a.
Em30 = 624 kJ. Au cours du mouvement, l’énergie 
mécanique diminue.
c. L’énergie perdue : 1 167 – 624 = 543 kJ, ΔE = – 543 kJ.
Puissance moyenne perdue : P = 543 ⁄ 30 = 18,1 kW.
6. Système masse ressort
a. La courbe b car dans ce cas, l’énergie mécanique 
reste constante dans le temps.
b. P = E ⁄ t = 14 × 10–3 ⁄ 0,19 = 73,7 mW ≈ 74 mW.
c. Le  mouvement  doit  s’effectuer  avec  des  frottements.
7. Énergie cinétique d’un véhicule
a. L’énergie cinétique Ec du véhicule vaut :
Ec = ½ m . v² = ½ × 30 000 × (90 ⁄ 3,6)² = 9,4 MJ.
2 × Ec
6
2 × 9, 4 × 1
10
=
 = 137 m.s–  1 soit, envim
1000
ron, 500 km.h–  1.
c. Par la déformation de la voiture et des obstacles, 
par  la  production  de  chaleur,  bruit,  par  des  lésions 
sur les passagers.
b. v = 
8. Chariot élévateur
Ep (10–  3 J) Ec (10–  3 J) Em (10–  3 J)
29,4
0,0
29,4
26,5
2,0
28,5
22,5
4,8
27,3
19,6
4,8
24,4
14,7
4,8
19,5
b. L’énergie  mécanique  diminue,  donc  il  n’y  a  pas 
conservation de l’énergie mécanique.
c. Le frottement de l’huile sur la bille produit cette 
diminution de l’énergie mécanique.
12. Mouvement d’une luge
1. Au départ, Eci = 0 et Eppi = 0 donc Emi = 0.
2. L’expression de h en fonction de L est :
h = L × sin  27°.
L’expression de Epp est donc
Epp = – m × g × L × sin  27°.
3. a. C’est  un  mouvement  avec  conservation  de 
l’énergie mécanique (Em = Cte = 0), donc sans frottement.
3. b. Ec = –  Epp ; or Epp = –  m . g . h. Donc ½ m . v² = m . g . h ;
v =  2.gg .h  =  2 .g .L.s in 227 ° .
a. La variation d’énergie potentielle ΔEp est égale à :
3. c. vf  = 21,1 m.s–  1, soit vf  = 76 km.h–  1.
b. Calcul de la puissance utile P :
13. Descente d’un skieur
a. Au départ, Eci = 0 et Eppi = 0 donc Emi = 0.
b. Après  une  descente  de  700  mètres  de  dénivelé 
ΔEp = m  . g . Δh = 100 × 9,8 × 5 = 4 900 J.
P = E ⁄ t = 4 900 ⁄ 12,5 = 392 W.
c. Calcul de la puissance absorbée Pa :
Pa = Pu ⁄ η = 392 ⁄ 0,8 = 490 W.
9. Énergie potentielle élastique
a.  Epe : Énergie potentielle élastique en joule (J), 
k  :  constante  de  raideur  du  ressort  en  newton  par 
mètre  (N.m–  1),  x  :  allongement  ou  compression  du 
ressort en mètre (m).
b. Epe1  = 3,15 × 10–4  J ; k2  = 20 kN.m–  1  ; x3  = 7,9 cm ; 
x4 = 12,7 mm ; Epe5 = 67500 J.
10. Étude d’un mouvement
a. Ep = m . g . h d’où 
(z = –  700) :
Eppf = m . g . z = 90 × 9,81 × (–  700) = – 618 kJ.
c. L’énergie cinétique finale Ecf est égale à :
Ecf = ½ × 90 × (108 ⁄ 3,6)² = 40,5 kJ.
d. Emf = – 618 + 40,5 = – 577,5 kJ ≈ – 5,8 x 105 J.
L’énergie cinétique ne s’est pas conservée au cours du 
mouvement, donc lors de cette descente, les frottements n’ont pas été négligeables.
14. Catapultage
a. Calcul de la valeur de l’énergie cinétique Ec :
Ec = ½ × 14 000 × (250 ⁄ 3,6)² = 33,8 MJ.
m = Ep ⁄ (g . h) = 3,7 ⁄ (9,81 × 1,08) = 0,349 kg 
soit m ≈ 0,35 kg.
b. À l’instant t = 0,46 s, Ep = 0 donc la durée t de la 
chute est donc égale à : t = 0,46 s.
c. À t = 0, Ec = 0 donc vi = 0.
2 × E cff
2 × 3, 7
=
d. À  t  =  4,6  s,  Ec  =  3,7  J.  vf   = 
 
m
0, 3
35
– 
 
1
= 4,6 m.s .
e. Au cours du mouvement l’énergie mécanique Em 
est  constante  donc  Em  se  conserve.  Le  mouvement 
b. Calcul de la puissance P transférée :
P = E ⁄ t = 33,8 MW.
c. Dans  un  tel  système,  l’énergie  potentielle  élastique Epe serait égale à l’énergie cinétique. Par conséquent :
2 × E pe 2 × 33
3 3, 8 × 106
 = 1,2 × 104 N.m–  1.
k = 
=
2
752
x
15. Chaîne d’emballage
a.  En O, Em est sous forme d’énergie cinétique, en +a, 
sous forme d’énergie potentielle élastique.
CHAPITRE 18 - Qu’est-ce que l’énergie mécanique ? • 87
b. L’énergie  cinétique  en  O  est  égale  à  l’énergie 
potentielle en +a.
EcO = ½ m . v² = ½ × 1,8 × 2² = 3,6 J ;
Epea + = ½ .k . x² = 3,6, 
2 × 3, 6
d’où  
k=
 = 4,5 kN.m–  1.
0, 0
04 2
c. L’énergie potentielle élastique en + a serait alors 
égale à :
Epe2 = 1⁄2 × 5 200 × 0,04² = 4,16 J.
L’énergie cinétique en O est EcO = 3,6 J :
ΔE = 3,6 – 4,16 = – 0,56 J.
L’énergie est perdue en raison des frottements.
16. Démolition d’un bâtiment
1. L’expression de l’altitude de la boule est : 
z = 15 × (1 – cos  α).
2. On en déduit l’expression de l’énergie potentielle 
de pesanteur :
Epp = m . g . z = 2 400 × 9,81 × 15 × (1 – cos  α) 
= 353 160 × (1 – cos  α).
3. a. Pour α = 40° : Epp40 = 82 623 J ≈ 83 kJ.
3. b. Pour α = 5° : Epp5  = 1343 J, L’énergie potentielle 
disparue  s’est  transformée  en  énergie  cinétique 
donc :
Ec5 = 82 623 – 1 343 = 81 280 J ≈ 81 kJ.
4. Calcul de la vitesse lors de l’impact (α = 5°) :
v5 = 
2 × E c5
m
 = 8,2 m.s–  1.
17. Centrale électrique
a. Calcul du moment d’inertie J pour un disque :
J = ½ .m . R² = ½ × 900 × 0,5² = 112,5 kg.m².
b. L’énergie stockée par chaque disque est maximale 
lorsque le disque tourne à sa vitesse maximale :
Ec1 = ½ .J  . ω² = ½ × 112,5 × (2π × 16 000 ⁄ 60)² 
= 158 × 106 J   soit  44 kWh.
L’énergie maximale stockée par les 200 disques de la 
centrale est égale à :
Ectot = 200 × 44 = 8 800 kWh  soit  8,8 MWh.
c. L’énergie réellement fournie est :
Efournie = 8,8 × 0,85 = 7,5 MWh.
18. Presse à forger
a. Calcul du moment d’inertie J :
J = ½ .m . R² = ½ × 400 × 0,6² = 72 kg.m2.
b. Calcul de l’énergie cinétique initiale :
Eci = ½ .  J .  ω² = ½ × 72 × (2π × 300 ⁄ 60)² = 35530 J.
L’opération nécessite 12 kJ donc l’énergie cinétique 
finale vaut :
Ecf = 35 530 – 12 000 = 23 530 J.
On  en  déduit  donc la  vitesse  de  rotation  à la  fin de 
l’opération d’emboutissage :
2 × E cff
2×2
23530
=
 = 25,6 rad.s–  1 
J
72
soit   4,02 tr.s–  1 = 240 tr.min–  1.
c. Le  nombre  de  tours  N  nécessaire  pour  gagner 
l’énergie (12 kJ) consommée est :
N = 12 000 ⁄ 190 = 63, 2   soit   64 tours.
ωf = 
19. Développement durable : Consommation
de carburant
a. Ec110 = 560 kJ ;   Ec130 = 782 kJ.
b. 130 ⁄ 110 ≠ 782 ⁄ 560. La variation d’énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse.
c. Les frottements de l’air sur la voiture, donc l’aérodynamisme, influent sur la consommation.
d. À 130 km.h–  1 la consommation est de 12 litres pour 
100 km alors qu’à 110 km.h–  1 elle est d’environ 8 litres 
pour 100 km.
Le coin du chercheur
La bouteille pleine possède un moment d’inertie plus 
important. Pour une même vitesse angulaire de lancement,  son  énergie  cinétique  est  plus  grande  que 
celle de la bouteille vide. Elle roulera plus longtemps, 
donc elle ira plus loin à frottements égaux.