Tutoriels de géométrie

Formules de surface et de volume pour toutes les formes 3D

Par Publié le May 8, 2026

Tous les solides 3D en géométrie standard — cube, prisme rectangulaire (boîte), cylindre, sphère, cône, pyramide carrée — ont une formule de volume en une ligne et une formule d'aire de surface en une ligne. Mémorisez-les et vous couvrirez 95 % des problèmes 3D scolaires. Ce guide les rassemble tous en un seul endroit avec des exemples résolus.

Tableau de référence rapide

SolideVolume (V)Aire de surface (SA)
Cube (côté s)6s²
Prisme rectangulaire (l, l, h)l × w × h2(lw + lh + wh)
Cylindre (r, h)πr²h2πr² + 2πrh
Sphère (r)(4/3)πr³4πr²
Cône (r, h)(1/3)πr²hπr² + πrl, où l = √(r² + h²)
Pyramide carrée (b, h)(1/3)b²hb² + 2b · hauteur_inclinée
Prisme triangulaire (B, h)B × h (B = aire du triangle)2B + périmètre × h

Cube

La forme 3D la plus simple — toutes les 12 arêtes égales, 6 faces carrées.

  • Volume : V = s³  (côté élevé au cube)
  • Aire de surface : SA = 6 × s²  (6 faces, chacune s × s)
  • Diagonale spatiale : d = s√3  (Pythagore 3D pour le cube)

Exemple : un cube de côté 4 cm : V = 64 cm³, SA = 96 cm², diagonale = 4√3 ≈ 6,93 cm.

Prisme rectangulaire (Boîte)

Longueur l, largeur w, hauteur h. Le solide 3D le plus courant dans la vie réelle (pièces, boîtes, piscines).

  • Volume : V = l × w × h
  • Aire de surface : SA = 2(lw + lh + wh)  (3 paires de faces opposées)
  • Diagonale spatiale : d = √(l² + w² + h²)

Exemple : une boîte 8 × 5 × 3 : V = 120, SA = 2(40 + 24 + 15) = 158, d = √(64+25+9) = √98 ≈ 9,90.

Cylindre

Deux bases circulaires (rayon r) reliées par une surface latérale courbe, hauteur h.

  • Volume : V = π × r² × h  (aire de la base × hauteur)
  • Aire de surface latérale : LSA = 2πrh  (rectangle déplié : largeur = circonférence, hauteur = h)
  • Aire de surface totale : SA = 2πr² + 2πrh = 2πr(r + h)

Exemple : cylindre r = 3, h = 10 : V = π × 9 × 10 = 90π ≈ 282,74, SA = 2π × 9 + 2π × 30 = 78π ≈ 245,04.

Sphère

La forme 3D la plus simple — définie par le rayon seul. Le volume et l'aire de surface dépendent tous deux uniquement de r.

  • Volume : V = (4/3) × π × r³
  • Aire de surface : SA = 4 × π × r²  (équivalent à 4 grands cercles)

Exemple : un ballon de basket de diamètre 24 cm a r = 12. V = (4/3)π × 1728 = 2304π ≈ 7238 cm³, SA = 4π × 144 = 576π ≈ 1810 cm².

Cône

Une base circulaire (rayon r) se rétrécissant en un point unique, hauteur h. Le plus délicat du lot car l'aire de surface utilise la HAUTEUR INCLINÉE (pas la hauteur verticale).

  • Volume : V = (1/3) × π × r² × h  (exactement 1/3 du cylindre équivalent)
  • Hauteur inclinée : l = √(r² + h²)  (Pythagore — relie le bord à l'apex le long de la surface)
  • Aire de surface latérale : LSA = π × r × l
  • Aire de surface totale : SA = πr² + πrl = πr(r + l)

Exemple : cône r = 6, h = 8. Inclinée l = √(36 + 64) = √100 = 10. V = (1/3)π × 36 × 8 = 96π ≈ 301,59, SA = π × 6 × (6 + 10) = 96π ≈ 301,59 cm².

Pyramide carrée

Base carrée (côté b) se rétrécissant en un point, hauteur verticale h.

  • Volume : V = (1/3) × b² × h
  • Hauteur inclinée (face) : l = √(h² + (b/2)²)
  • Aire de surface : SA = b² + 4 × (½ × b × l) = b² + 2bl

Pourquoi le volume du cône = (1/3) × cylindre ?

C'est l'un des faits les plus cool en géométrie : un cône et un cylindre avec la même base et la même hauteur — le cône a exactement 1/3 du volume du cylindre. Vous pouvez le vérifier expérimentalement avec de l'eau : remplissez un récipient en forme de cône, versez dans un cylindre de mêmes dimensions — il faut exactement 3 pleins de cône. La même chose s'applique à la pyramide vs prisme avec la même base + hauteur.

Pourquoi le volume de la sphère = (4/3)πr³ ?

Deux façons de dériver : (1) intégration calculus de tranches de disque, (2) principe de Cavalieri en comparant à un cylindre avec cônes enlevés. Le "(4/3)" vient de l'intégrale ∫(πr² − πx²) dx évaluée de −r à r.

Applications dans le monde réel

  • Volume d'une piscine : formule du prisme rectangulaire → l × w × profondeur moyenne
  • Capacité d'un réservoir : volume du cylindre → πr²h
  • Cône de glace : cône pour le cône, demi-sphère pour la boule sur le dessus
  • Aire de surface d'une boîte pour l'emballage : 2(lw + lh + wh) donne le carton total nécessaire
  • Peindre une sphère (ex. un globe) : 4πr² donne l'aire de couverture de peinture exacte
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