La chaîne d'énergie
Objectifs
- Identifier les différentes formes d'énergie
- Modéliser une chaîne d'énergie simple
- Analyser l'efficacité énergétique d'un système domotique
Introduction
Imaginez : vous rentrez chez vous, la lumière s'allume toute seule, le chauffage est déjà à la bonne température et le store se baisse pour vous protéger du soleil. Ce n'est pas de la magie, c'est la domotique ! Mais pour que tout cela fonctionne, il faut de l'énergie. Comment cette énergie voyage-t-elle et se transforme-t-elle pour nous offrir ce confort ?
Comment décrire et modéliser le parcours et les transformations de l'énergie dans un système domotique ?
Les formes et sources d'énergie
L'énergie est la capacité à produire un travail, comme déplacer, chauffer ou éclairer. Elle existe sous différentes formes. Dans notre maison, nous utilisons principalement de l'énergie électrique, mais celle-ci provient de différentes sources. Les sources d'énergie primaires sont les ressources naturelles : le pétrole, le gaz, le charbon (énergies fossiles), l'uranium (énergie nucléaire), mais aussi le soleil (énergie solaire photovoltaïque ou thermique), le vent (énergie éolienne) ou l'eau (énergie hydraulique). Ces sources sont transformées, le plus souvent en centrale, pour produire l'énergie électrique qui arrive dans nos prises. Par exemple, dans une centrale hydraulique, l'énergie de l'eau en mouvement (énergie cinétique) fait tourner une turbine, qui entraîne un alternateur pour produire de l'électricité. Une fois chez nous, cette énergie électrique va pouvoir être retransformée selon nos besoins : en lumière (énergie lumineuse), en chaleur (énergie thermique), ou en mouvement (énergie mécanique).
Points clés
- L'énergie se présente sous différentes formes (électrique, lumineuse, thermique, mécanique).
- L'énergie électrique utilisée dans les habitations est une énergie secondaire, produite à partir de sources primaires.
- Les sources d'énergie peuvent être renouvelables (soleil, vent) ou non renouvelables (pétrole, gaz).
Le modèle de la chaîne d'énergie
Pour comprendre et décrire le fonctionnement d'un objet technique, on utilise le modèle de la chaîne d'énergie. Ce modèle décrit le parcours de l'énergie, de sa source jusqu'à l'action finale utile, en passant par plusieurs blocs fonctionnels. Ces blocs sont : (1) L'Alimentation : c'est le bloc où l'on trouve la source d'énergie (ex: la prise électrique, une pile). (2) Les Distributeurs : ce sont les composants qui gèrent la distribution de l'énergie, comme un interrupteur, un relais ou un variateur. Ils peuvent laisser passer, couper ou modifier le flux d'énergie sur ordre de la chaîne d'information (la partie 'intelligente' de la domotique). (3) Les Convertisseurs : c'est le cœur de la transformation. Ils transforment l'énergie d'entrée en une autre forme utile. Dans un radiateur électrique, le convertisseur (une résistance) transforme l'électricité en chaleur. Dans un moteur de volet roulant, il transforme l'électricité en mouvement de rotation. (4) La Transmission : elle transmet l'énergie ou le mouvement, souvent par des engrenages, des courroies ou des axes. (5) La Partie Opérative : c'est l'élément qui effectue l'action finale utile (la lampe qui éclaire, le store qui s'abaisse, l'air qui se réchauffe).
Points clés
- Une chaîne d'énergie modélise le parcours de l'énergie à travers 5 blocs fonctionnels.
- Le bloc 'Distributeur' est commandé par la chaîne d'information (les capteurs et le programme).
- Le 'Convertisseur' est essentiel car il change la forme de l'énergie pour l'adapter au besoin.
Applications pratiques
Appliquons ce modèle à deux systèmes domotiques courants. Premier exemple : l'éclairage automatique d'un couloir. La source d'énergie est le secteur (Alimentation). Un détecteur de mouvement envoie un ordre à un relais (Distributeur) pour laisser passer le courant. L'énergie électrique arrive alors dans l'ampoule LED (Convertisseur) qui la transforme en lumière (Partie Opérative). Ici, la transmission est directe. Deuxième exemple : l'ouverture automatique d'un volet roulant. L'énergie provient du secteur (Alimentation). Sur ordre d'une télécommande, un contacteur (Distributeur) alimente un moteur électrique (Convertisseur). Le moteur produit un mouvement de rotation qui est transmis via un réducteur à engrenages (Transmission) à l'axe du volet, provoquant son enroulement (Partie Opérative). Analyser ces chaînes permet aussi de réfléchir à l'efficacité : une ampoule LED convertit mieux l'électricité en lumière qu'une ancienne ampoule à incandescence (qui gaspillait beaucoup en chaleur), ce qui est un gain énergétique.
Points clés
- L'analyse par blocs fonctionnels permet de comprendre et comparer le fonctionnement de tout système technique.
- Dans un système domotique, la chaîne d'énergie est toujours pilotée par une chaîne d'information (capteurs, programmateurs).
- Le choix des convertisseurs (ex: moteur efficace, LED) impacte directement la consommation d'énergie.
À retenir
La chaîne d'énergie est un modèle qui décrit le parcours de l'énergie, de sa source jusqu'à l'action utile réalisée. Elle est constituée de blocs fonctionnels : Alimentation, Distributeur, Convertisseur, Transmission et Partie Opérative. Dans un système domotique, cette chaîne est pilotée par une chaîne d'information qui commande les distributeurs. Analyser cette chaîne permet de comprendre le fonctionnement d'un objet et d'évaluer son efficacité énergétique.
- Tout système technique qui produit une action utile suit une chaîne d'énergie.
- La chaîne d'énergie comporte 5 blocs fonctionnels : Alimentation, Distributeur, Convertisseur, Transmission, Partie Opérative.
- L'énergie ne disparaît pas, elle se transforme, mais certaines transformations sont plus efficaces que d'autres.
