Ressources énergétiques et énergie électrique

 

 

I. Ressources énergétiques

1. Les ressources renouvelables

Définitions: Les ressources énergétiques renouvelables sont exploitables sans limite de durée à l'échelle humaine.

Toutes les autres ressources énergétiques sont des ressources non renouvelables.

Remarque: Au rythme actuel de la consommation, les ressources non renouvelables connues seront épuisées d’ici quelques dizaines d'années.

Extraction du pétrole

 

2. Exemples:

Ressources énergétiques non renouvelables:

    Le pétrole, le gaz et le charbon sont des ressources fossiles qui renferment de l'énergie chimique.

    L'uranium 235 est une ressource fissile qui renferme de l'énergie nucléaire.

 

Ressources énergétiques renouvelables:

Panneau photovoltaïque

    Energie éolienne: l'air en mouvement possède de 'énergie mécanique qui permet de faire tourner les pales d’une l'éolienne.

    Energie solaire: Le Soleil renferme de l'énergie nucléaire transformée en énergie thermique par des réactions de fusion. Une partie de cette énergie est transférée sur Terre par rayonnement.

    Energie hydraulique: L'eau en mouvement possède de l'énergie mécanique.

    Biomasse: Le monde vivant, végétal et animal, possède de l'énergie chimique.

    Géothermie: Le sol renferme de l’énergie thermique.

 

3. Transport d’énergie

L'électricité n'est pas une ressource énergétique: c'est un mode de transport de l'énergie, du lieu de production au lieu de consommation.

L'électricité est très souple d'utilisation.

    Son inconvénient majeur est l'absence de possibilité de stockage à grande échelle.

    A petite échelle, le stockage de l’énergie électrique (terme impropre) s’effectue sous forme chimique dans des accumulateurs ou des batteries.

Transport de l’énergie électrique

 

II. Puissance et énergie

1. Définition:

On appelle puissance le rapport de l’énergie transférée E MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGfbaaaa@396F@  par la durée Δt MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacqqHuoarcaWG0baaaa@3B04@  du transfert.

P= E Δt  avec { P en watt (W) E en Joule (J) Δt en seconde (s) MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaadaqjEaqaaiaadcfacqGH9aqpdaWcaaqaaiaadweaaeaacqqHuoarcaWG0baaaaaacaqGGaGaaeyyaiaabAhacaqGLbGaae4yaiaabccadaGabaabaeqabaGaaeiuaiaabccacaqGLbGaaeOBaiaabccacaqG3bGaaeyyaiaabshacaqG0bGaaeiiaiaabIcacaqGxbGaaeykaaqaaiaabweacaqGGaGaaeyzaiaab6gacaqGGaGaaeOsaiaab+gacaqG1bGaaeiBaiaabwgacaqGGaGaaeikaiaabQeacaqGPaaabaGaeuiLdqKaaeiDaiaabccacaqGLbGaaeOBaiaabccacaqGZbGaaeyzaiaabogacaqGVbGaaeOBaiaabsgacaqGLbGaaeiiaiaabIcacaqGZbGaaeykaaaacaGL7baaaaa@68C3@

La puissance électrique permet d'avoir une idée de la rapidité du transfert d'énergie électrique.

 

Exemple: Quelle est l'énergie produite par une centrale nucléaire de 1,0 GW en une journée?

E=P×Δt MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGfbGaeyypa0JaamiuaiabgEna0kabfs5aejaadshaaaa@3FC0@  soit E=1,0× 10 9 ×24×3600=8,6× 10 13  J MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGfbGaeyypa0JaaGymaiaacYcacaaIWaGaey41aqRaaGymaiaaicdadaahaaWcbeqaaiaaiMdaaaGccqGHxdaTcaaIYaGaaGinaiabgEna0kaaiodacaaI2aGaaGimaiaaicdacqGH9aqpcaaI4aGaaiilaiaaiAdacqGHxdaTcaaIXaGaaGimamaaCaaaleqabaGaaGymaiaaiodaaaGccaaMc8UaamOsaaaa@5486@

 

2. Ordres de grandeur de puissances

    Une lampe à économie d'énergie consomme 10 W.

    Un ordinateur consomme 100 W.

    Un four consomme 1 kW.

    Un TGV entre consomme 1 et 10 MW.

    1 m² de panneaux photo voltaïques produit 100 W.

    Une éolienne industrielle produit 1 MW.

    Une centrale thermoélectrique 1000 MW.

 

 

II. Etude énergétique d’un récepteur électrique

1. Définition

Un récepteur est un dipôle électrique  qui convertit l'énergie électrique qu'il reçoit en une autre forme d'énergie.

Exemples

    L'ampoule s'échauffe et fournit à l'environnement de l'énergie thermique par chaleur et par rayonnement.

 

    Le moteur fournit de l'énergie mécanique à la charge (énergie cinétique et énergie potentielle de pesanteur) ainsi que de l'énergie thermique à l'environnement.

 

2. Energie et puissance électrique reçues

Il est évident que l'énergie électrique reçue par un récepteur dépend de:

    La tension U AB MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGvbWaaSbaaSqaaiaadgeacaWGcbaabeaaaaa@3B38@  existant entre ses bornes.

    L'intensité I MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGjbaaaa@3973@  du courant qui le traverse.

    La durée Δt MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacqqHuoarcaWG0baaaa@3B04@  de son utilisation.

E e = U AB ×I×Δt  avec { E e : Energie reçue par le récepteur en Joules (J) U AB : Tension aux bornes du récepteur en volts (V) I: intensité du courant en Ampères (A) Δt: durée d'utilisation du récepteur en secondes (s) MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=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@F1B3@

 

Remarque: la puissance électrique reçue par le récepteur s’écrit P e = E e Δt = U AB ×I×Δt Δt MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGqbWaaSbaaSqaaiaadwgaaeqaaOGaeyypa0ZaaSaaaeaacaWGfbWaaSbaaSqaaiaadwgaaeqaaaGcbaGaeuiLdqKaamiDaaaacqGH9aqpdaWcaaqaaiaadwfadaWgaaWcbaGaamyqaiaadkeaaeqaaOGaey41aqRaamysaiabgEna0kabfs5aejaadshaaeaacqqHuoarcaWG0baaaaaa@4D66@ . On en déduit :

P e = U AB ×I  avec { P e : puissance reçue par le récepteur en Watts (W) U AB : Tension aux bornes du récepteur en volts (V) I: intensité du courant en Ampères (A) MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=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@BF94@

 

3. Effet Joule

a. Définition

On appelle effet Joule l'effet thermique associé au passage du courant électrique dans un conducteur.

Chauffage par effet Joule

 

b. Conducteur ohmique et effet Joule

Définition: Un conducteur ohmique est un dipôle qui vérifie la loi d'ohm. La tension a ses bornes est proportionnelle à l'intensité du courant qui le traverse (voir le TP).

U AB =R×I  avec { U AB : Tension électrique en volts (V) R: résistance du conducteur ohmique en ohms (Ω) I: Intensité du courant en ampères (A) MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=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@B1B2@

 

Remarque: Toute l'énergie électrique reçue par un conducteur ohmique est transformée en énergie thermique par effet Joule ( E J = E e MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGfbWaaSbaaSqaaiaadQeaaeqaaOGaeyypa0JaamyramaaBaaaleaacaWGLbaabeaaaaa@3D5A@  ).

On en déduit que:

    L’énergie dissipée par effet Joule a pour expression E J = U AB ×I×Δt ¯ MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaadaadaaqaaiaadweadaWgaaWcbaGaamOsaaqabaGccqGH9aqpcaWGvbWaaSbaaSqaaiaadgeacaWGcbaabeaakiabgEna0kaadMeacqGHxdaTcqqHuoarcaWG0baaaaaa@4582@

    Comme U AB =R×I MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGvbWaaSbaaSqaaiaadgeacaWGcbaabeaakiabg2da9iaadkfacqGHxdaTcaWGjbaaaa@4004@ , il en résulte que E J =R× I 2 ×Δt ¯ MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaadaadaaqaaiaadweadaWgaaWcbaGaamOsaaqabaGccqGH9aqpcaWGsbGaey41aqRaamysamaaCaaaleqabaGaaGOmaaaakiabgEna0kabfs5aejaadshaaaaaaa@44AF@

    La puissance dissipée par effet Joule s’écrit P J = E J Δt = R× I 2 ×Δt Δt MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGqbWaaSbaaSqaaiaadQeaaeqaaOGaeyypa0ZaaSaaaeaacaWGfbWaaSbaaSqaaiaadQeaaeqaaaGcbaGaeuiLdqKaamiDaaaacqGH9aqpdaWcaaqaaiaadkfacqGHxdaTcaWGjbWaaWbaaSqabeaacaaIYaaaaOGaey41aqRaeuiLdqKaamiDaaqaaiabfs5aejaadshaaaaaaa@4C5D@  soit P J =R× I 2 ¯ MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaadaadaaqaaiaadcfadaWgaaWcbaGaamOsaaqabaGccqGH9aqpcaWGsbGaey41aqRaamysamaaCaaaleqabaGaaGOmaaaaaaaaaa@403A@

 

c. Application de l'effet joule

Les applications de l'effet Joules sont multiples. Certaines sont utiles, d'autres nuisent au fonctionnement des circuits.

Quelques effets utiles:

    Le chauffage électrique.

    L'éclairage par incandescence (dont le rendement est très mauvais) qui est maintenant remplacé par les lampes basse consommation (fluorescence ou DEL).

    Le disjoncteur thermique.

    Le fusible.

Quelques effets nuisibles:

    L'échauffement des circuits électriques.

    Les pertes en lignes.

    La détérioration de certains circuits sous l'effet d'une augmentation de température.

 

III. Générateur électrique

1. Définition

Un générateur est un dipôle électrique qui convertit une forme d’énergie en énergie électrique.

 

2. Loi d'ohm pour un générateur

La caractéristique UAB=f(I) d'un générateur a l'allure suivante:

Cette caractéristique est linéaire et ne passe pas par l'origine. Son équation est de la forme U AB =a×I+b MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaadwfadaWgaaWcbaGaamyqaiaadkeaaeqaaOGaeyypa0JaamyyaiabgEna0kaadMeacqGHRaWkcaWGIbaaaa@4169@ .

    L'ordonnée à l'origine b a la dimension d'une tension. Cette tension est appelée force électromotrice du générateur et est notée E.

    Le coefficient directeur a est négatif et s'exprime en V.A^-1, c'est à dire en ohms. Il a donc la dimension d'une résistance. Le coefficient directeur représente l'opposé de la résistance interne du générateur et est noté -r.

On en déduit la loi d'ohm pour un générateur:

U AB  = E - r.I  avec { U AB : Tension aux bornes du générateur (V) E: Force électromotrice du générateur (V) r: Résistance interne du générateur (Ω) I: Intensité du courant traversant le générateur(A) MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=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@E47E@

 

IV. Production d’énergie électrique

1. Méthodes de production

L’énergie électrique est essentiellement produite: (voir savoir faire)

    A l’aide d’un alternateur dans les centrales thermiques, nucléaires ou hydrauliques ainsi que sur les éoliennes.

    A l’aide de cellules photovoltaïques dans les panneaux solaires.

 

2. Notion de chaîne énergétique

Une chaîne énergétique permet de représenter les transferts d'énergie entre différents systèmes.

Exemple:

 

3. Rendement

Le rendement de conversion d'une chaîne énergétique, noté η MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiabeE7aObaa@39DE@ , est une grandeur sans dimension qui reflète son efficacité énergétique.

η= E utile E fournie MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaamaaL4babaGaeq4TdGMaeyypa0ZaaSaaaeaacaWGfbWaaSbaaSqaaiaadwhacaWG0bGaamyAaiaadYgacaWGLbaabeaaaOqaaiaadweadaWgaaWcbaGaamOzaiaad+gacaWG1bGaamOCaiaad6gacaWGPbGaamyzaaqabaaaaaaaaaa@4888@

Remarques:

    η<1 MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiabeE7aOjabgYda8iaaigdaaaa@3B9D@  en raison des pertes inévitables. On parle de dégradation d'énergie.

    η= P utile ×Δt P fournie ×Δt MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiabeE7aOjabg2da9maalaaabaGaamiuamaaBaaaleaacaWG1bGaamiDaiaadMgacaWGSbGaamyzaaqabaGccqGHxdaTcqqHuoarcaWG0baabaGaamiuamaaBaaaleaacaWGMbGaam4BaiaadwhacaWGYbGaamOBaiaadMgacaWGLbaabeaakiabgEna0kabfs5aejaadshaaaaaaa@514D@ . Il en résulte que η= P utile P fournie MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiabeE7aOjabg2da9maalaaabaGaamiuamaaBaaaleaacaWG1bGaamiDaiaadMgacaWGSbGaamyzaaqabaaakeaacaWGqbWaaSbaaSqaaiaadAgacaWGVbGaamyDaiaadkhacaWGUbGaamyAaiaadwgaaeqaaaaaaaa@4857@