Qui décide, qui agit ? La chaîne d'information et la chaîne d'énergie

Tu rentres le soir, tu passes devant le garage et, hop, la lampe extérieure s'allume toute seule. Comment la lampe a-t-elle « su » que tu étais là ? Et d'où vient l'énergie qui la fait briller ? Derrière chaque objet technique un peu malin se cachent deux chaînes qui travaillent ensemble : l'une réfléchit (la chaîne d'information), l'autre agit (la chaîne d'énergie). Les repérer, c'est comprendre un robot aspirateur, une voiture ou une porte de magasin.

1. La chaîne d'énergie : de la source à l'action

La chaîne d'énergie transporte et transforme l'énergie jusqu'à l'action utile, en quatre fonctions toujours dans le même ordre :

1. Alimenter : la source fournit l'énergie. Pile, batterie, prise secteur, panneau solaire, muscles.
2. Distribuer : un élément laisse passer ou coupe l'énergie. Interrupteur, relais, variateur.
3. Convertir : un élément transforme l'énergie reçue en une autre forme. Un moteur transforme l'électricité en mouvement, une lampe l'électricité en lumière, une résistance l'électricité en chaleur.
4. Transmettre : l'énergie convertie est acheminée jusqu'à l'endroit utile. Chaîne de vélo, engrenages, courroie, roues.

Les éléments qui agissent sur le monde réel (moteur, lampe, haut-parleur, résistance chauffante) sont les actionneurs.

Exemple travaillé : le vélo. Alimenter : les muscles du cycliste. Distribuer : la position des pédales, on pédale ou pas. Convertir : le pédalier transforme la poussée des jambes en rotation. Transmettre : la chaîne et les pignons font tourner la roue arrière, qui pousse le vélo sur le sol.

Exemple travaillé : le sèche-cheveux. Alimenter : la prise secteur. Distribuer : l'interrupteur. Convertir : la résistance transforme l'électricité en chaleur et le moteur en rotation. Transmettre : l'hélice pousse l'air chaud vers tes cheveux.

2. La chaîne d'information : des capteurs aux ordres

La chaîne d'information s'occupe des signaux, pas de la puissance, en trois fonctions :

1. Acquérir : des capteurs mesurent une grandeur du monde réel et la transforment en signal. Capteur de température, de lumière, de mouvement, bouton-poussoir, capteur de distance, micro.
2. Traiter : un « cerveau » reçoit les signaux et décide. C'est un microcontrôleur ou une carte programmable, qui compare la mesure à une consigne et choisit l'ordre.
3. Communiquer : la décision est transmise à la chaîne d'énergie (ordre vers un relais ou un moteur) ou à l'utilisateur (voyant, écran, bip).

Exemple travaillé : la lampe de garage. Acquérir : le capteur infrarouge détecte la chaleur d'un corps qui passe, et un capteur de luminosité mesure s'il fait nuit. Traiter : le petit circuit vérifie « mouvement ET nuit ». Communiquer : il envoie l'ordre « allume » au relais. À partir de là, la chaîne d'énergie prend le relais : prise → relais → ampoule → lumière.

3. Les deux chaînes travaillent ensemble

Le point de contact est l'ordre : la chaîne d'information commande, la chaîne d'énergie exécute. On les dessine sur deux lignes : en haut, acquérir → traiter → communiquer ; en bas, alimenter → distribuer → convertir → transmettre. La flèche « communiquer » descend vers « distribuer ».

Il faut bien distinguer :

• Capteur : il informe, il consomme très peu d'énergie, il est au début de la chaîne d'information.
• Actionneur : il agit, il consomme la plus grande partie de l'énergie, il est à la fin de la chaîne d'énergie.

Un thermostat illustre la boucle complète : le capteur mesure 17 °C ; le traitement compare à la consigne 19 °C et décide « chauffer » ; l'ordre ferme le relais ; la résistance chauffe ; quand le capteur mesure 19 °C, le traitement décide « arrêter ». Ce va-et-vient s'appelle une régulation.

Exemple travaillé : le robot aspirateur. Chaîne d'information : capteurs de chocs, capteurs infrarouges qui détectent le vide des escaliers ; la carte décide de tourner, d'avancer ou de rentrer à sa base ; elle communique l'ordre aux moteurs et allume un voyant. Chaîne d'énergie : batterie → carte de puissance → moteurs des roues et moteur de la brosse → roues et brosse rotative.

À retenir

• La chaîne d'énergie : alimenter (source) → distribuer → convertir → transmettre, jusqu'à l'actionneur qui agit.
• La chaîne d'information : acquérir (capteurs) → traiter (décision) → communiquer (ordre ou affichage).
• Le capteur informe et consomme peu ; l'actionneur agit et consomme beaucoup.
• L'ordre issu de « communiquer » commande l'élément « distribuer » : c'est le lien entre les deux chaînes.
• Quand le capteur mesure le résultat de l'action pour corriger la décision, on parle de régulation.

★ Pour aller plus loin

Ton propre corps fonctionne sur le même modèle : les yeux et la peau sont des capteurs, le cerveau traite, les nerfs communiquent, les muscles sont des actionneurs alimentés par l'énergie des aliments. Quand tu retires la main d'une casserole brûlante, la décision est prise dans la moelle épinière, avant même que le cerveau soit prévenu.

Dans une voiture moderne, on compte plus de cent capteurs et plusieurs dizaines de calculateurs reliés par un réseau interne. Le freinage ABS est une régulation : des capteurs mesurent la vitesse de chaque roue et le calculateur relâche le frein une fraction de seconde si une roue se bloque.

Les ingénieurs parlent de systèmes embarqués pour désigner ces petits ordinateurs cachés dans les objets. Il y en a bien plus dans le monde que d'ordinateurs de bureau : montres, lave-linge, feux rouges, ascenseurs… et peut-être ton réveil.

Sources pour creuser

• Comment ça marche ? (Gallimard Jeunesse) : chaque machine décortiquée avec ses moteurs et ses capteurs.
• Les Robots (collection Questions-Réponses, Nathan) : pour découvrir capteurs et actionneurs sur des robots réels.
• Chaîne YouTube « Techno Flash » : cherche « chaîne d'énergie et chaîne d'information ».
• Chaîne YouTube « C'est pas sorcier » : cherche « Les robots » et « La voiture électrique ».
• lumni.fr : rubrique Collège > Technologie, « chaîne d'énergie » et « chaîne d'information ».