Énergie active et reactive

[yvon l]

Question reformulée par l’IA.


​Question adressée aux enseignants de physique du secondaire
​Objet : Enseignement des systèmes périodiques et des transferts d'énergie à l'aide de l'approche vectorielle et du plan complexe.
​Bonjour,
​Le programme de physique du secondaire aborde des concepts fondamentaux tels que le travail d'une force et les transferts d'énergie, souvent illustrés par des systèmes périodiques comme le pendule. Traditionnellement, l'analyse de ces systèmes se fait de manière scalaire (par le calcul des énergies potentielles et cinétiques) ou, dans un cadre plus avancé, à l'aide d'équations différentielles.
​Cependant, les ingénieurs utilisent couramment le plan complexe pour décrire les systèmes périodiques, qu'il s'agisse de circuits électriques en courant alternatif ou de systèmes vibrants. Cette approche permet de visualiser de manière élégante et unifiée les grandeurs périodiques (forces, déplacements, tensions, courants) comme des vecteurs tournants.
​Cette représentation offre un avantage majeur : elle permet de distinguer de façon intuitive les différents types de transferts d'énergie. Par exemple :
​Les transferts d'énergie réactive (à bilan nul), associés aux oscillations (e.g., entre énergie cinétique et potentielle), pourraient être représentés par une composante vectorielle en quadrature.
​Les transferts d'énergie active (dissipatifs), liés aux forces de frottement ou de résistance, pourraient être représentés par une composante en phase.
​Ma question est la suivante :
​Dans le cadre de l'enseignement de la physique au niveau secondaire, ne serait-il pas pertinent d'introduire une approche vectorielle, voire l'utilisation du plan complexe, pour l'étude des systèmes périodiques comme le pendule ?
​Cette méthode pourrait-elle clarifier la distinction entre les transferts d'énergie :
​Réactifs, où l'énergie est conservée et échangée (e.g., dans le pendule idéal entre énergie potentielle et cinétique).
​Actifs, où l'énergie est dissipée (e.g., à cause des forces de frottement) ?
​Et pourrait-elle être appliquée pour expliquer de manière plus visuelle :
​Le rôle du volant d'inertie dans un moteur à piston, qui stocke et restitue l'énergie réactive pour régulariser le mouvement ?
​La dissipation d'énergie d'un satellite en orbite qui commence à subir les frottements de l'atmosphère ?
​Je suis convaincu que cette approche pourrait enrichir la compréhension des élèves, en leur offrant un outil mathématique puissant pour visualiser et analyser des phénomènes physiques complexes dès le secondaire.
​Merci de votre attention et de votre avis.
-----

[jiherve]

bonjour
encore faudrait il que les gamins aient eu des cours de math adéquats qui n'ont pas lieu avant la terminale!
JR

[Janpolanton]

Bonjour à tous,
Début des années 70, en 1ère F3, on étudiait les dérivées et les complexes.
Mais ça, c'était avant...

[stefjm]

Bonjour,

Réponses assez simples.

1) Ce n'est pas au programme.
2) Actuellement, en France, seul les bac généraux option maths expertes et certain STI2d ont les nombres complexes au programme. (croisement jiherve et Janpolanton)
3) Ce n'est pas dans la culture des prof de physique. Il n'y a qu'à voir les réactions sur ce forum quand je parle de pôles, d'énergie réactive, ou d'impédance de mécanique, y compris à haut niveau d'étude.

Je suis convaincu vu que je pratique depuis des années, mais c'est difficile à utiliser avant le bac et vu le niveau du bac actuel, cela devient difficile même après le bas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[yvon l]

Pourtant, dans l’enseignement technique, dans les cours d électricité en Belgique on utilise bien la représentation vectoriel des courants et tensions dans l’étude par exemple des machines synchrones et asynchrones. On y ajoute les vecteurs vitesse et forces (couple). On y montre que dans ces machines (champ tournant) la décomposition des forces correspond à une force radiale et tangentielle. Qu’a la tangentielle correspond l’énergie active que transfert la machines et la force radiale à une énergie dite reactive nécessaire au bon fonctionnement de la machine...

[stefjm]

Tout à fait, mais en France, il y a une espèce de séparation malsaine entre physique et technologie avec une différence d'outils assez effarante.

[gts2]

Bonjour,

Pour voir l'état de l'art en Terminale générale, voici la description d'un alternateur (document du ministère) :

https://eduscol.education.fr/document/25477/download

[yvon l]

Bonjour,

Réponses assez simples.

1) Ce n'est pas au programme.
2) Actuellement, en France, seul les bac généraux option maths expertes et certain STI2d ont les nombres complexes au programme. (croisement jiherve et Janpolanton)
3) Ce n'est pas dans la culture des prof de physique. Il n'y a qu'à voir les réactions sur ce forum quand je parle de pôles, d'énergie réactive, ou d'impédance de mécanique, y compris à haut niveau d'étude.

Je suis convaincu vu que je pratique depuis des années, mais c'est difficile à utiliser avant le bac et vu le niveau du bac actuel, cela devient difficile même après le bas.

J’ai enseigné cela, mais c'était à une autre époque. Les profs de physique devraient s’intéresser aux apports des sciences appliquées pour mieux synthétiser certains domaines de la physique dans le secondaire.

[yvon l]

Bonjour,

Pour voir l'état de l'art en Terminale générale, voici la description d'un alternateur (document du ministère) :

https://eduscol.education.fr/document/25477/download

Et dans l enseignement technique en France ?

[stefjm]

Bonjour,

Pour voir l'état de l'art en Terminale générale, voici la description d'un alternateur (document du ministère) :

https://eduscol.education.fr/document/25477/download

On dirait un machin pour des collégiens (sauf la dérivée dphi/dt)

[stefjm]

Et dans l enseignement technique en France ?

Pré bac, ce n'est pas tellement mieux vu qu'il n'y a que peu de maths et souvent mal comprises.
Post bac, ça va, on utilise les TL, TF, vecteur de Fresnel pour tout ce qui est périodique, puissance active, réactive, etc...
En commande de procédé, on commence par transformer les EDO en fonction de transfert avec pôles et zéros.
On fait beaucoup de physique avec les outils technologiques qui vont bien...

[Janpolanton]

On dirait un machin pour des collégiens (sauf la dérivée dphi/dt)

Oui, mais je cite un passage de cette description:

c’est la loi de Faraday (qui ne figure pas au programme de l’enseignement scientifique)

[jiherve]

re
de mon temps on voyait la roue de Barlow en 3eme !
j'avais même bricolé une alimentation pour celle de mon collège, mais ayant oublié une limitation de courant elle fut éphémère
JR

[FC05]

C'est tiré de la partie "tronc commun" en gros l'enseignement scientifique pour les littéraires ...

Alors pour le plan complexe et les énergies réactives, on se calme.

[Gwinver]

Pour revenir à la question de départ:

Dans le cadre de l'enseignement de la physique au niveau secondaire, ne serait-il pas pertinent d'introduire une approche vectorielle, voire l'utilisation du plan complexe, pour l'étude des systèmes périodiques comme le pendule ?

Tout est une question de progression, en fonction des notions déjà maitrisées.
On a vu plus haut le "calendrier" des apprentissages des outils mathématiques.
Il faut aussi, et c'est très important avoir une progression. Expliquer d'emblée les générateurs à l'aide de calcul vectoriel risque de faire perdre pied à la moitié des élèves.
Il vaut mieux partir du plus simple et plus concret possible pour éventuellement ensuite aller vers plus sophistiqué.

[stefjm]

L'énergie n'a pas grand chose de concret.

C'est très français de vouloir utiliser des outils simples mais merdiques plutôt que directement les outils qui vont bien.
Je suis d'accord avec le fait que cela peut être un peu frustrant pour les théoriciens fou.
Perso, je ne sais pas construire un marteau mais je sais planter un clou avec...