I/ Définition de l’énergie

 

Energie = capacité d’un système à produire un travail. Pour le physicien, la notion d’énergie se présente comme un capital que possède un système et qui peut avoir plusieurs formes. Elle peut être transférée vers un autre système suivant différents modes. L’énergie est une grandeur physique qui se mesure en joule.

 

L’utilisation d’une source d’énergie est nécessaire pour chauffer, éclairer, mettre en mouvement. Il existe différentes sources d’énergie utilisable. Certaines sources se renouvellent : énergie solaire, énergie éolienne, énergie hydro-électrique, énergie marémotrice.

 

Quand une source d’énergie est utilisée pour produire un effet, son capital diminue.

Au cours des transformations l’énergie se conserve : les pertes d’énergie correspondent à des transformations et pas à des disparitions.

 

La production d’énergie présente des inconvénients pour l’environnement.

 

 

 

 

L’énergie primaire est disponible directement dans la nature avant toute transformation.

 

Une énergie est dite renouvelable quand sur une centaine d’années on n’en consomme pas plus que la nature n’en produit. Les énergies renouvelables proviennent directement ou indirectement de l’énergie solaire.

 

II/ Les formes d’énergie

● Energie chimique

Exemple : combustion d’un mélange pétrole – air

Le pétrole et l’oxygène disparaissent et forment du CO2 et de l’eau par réaction chimique. La combustion dégage de l’énergie. Le mélange pétrole – air contient de l’énergie chimique.

 

● Energie nucléaire

Exemple : fission d’un noyau d’uranium

Lors de la fission, de l’énergie est récupérée sous forme de chaleur. L’uranium possède de l’énergie nucléaire.

 

● Energie mécanique

Un corps en mouvement possède de l’énergie. C’est l’énergie cinétique, elle dépend de la masse (quantité de matière) du corps et de sa vitesse.

Exemple : un cycliste qui pédale.

 

De l’eau tombe d’un barrage et entraîne un ensemble turbine – alternateur dans une usine hydro-électrique. Pour l’eau qui tombe, l’énergie potentielle dépend de la quantité d’eau, du lieu de la chute.

 

Energie mécanique d’un corps = énergie cinétique + énergie potentielle.

 

● Energie thermique

Exemple : de l’eau qui circule dans un radiateur possède de l’énergie. Elle chauffe l’air en se refroidissant, elle possède de l’énergie thermique.

 

● Energie électrique

Un courant électrique que circule dans un récepteur possède de l’énergie.

L’énergie électrique ne peut pas être stockée directement contrairement aux autres formes d’énergie, elle doit être produite et transportée avant d’être utilisée. Elle dépend de la tension aux bornes du récepteur, du courant qui le traverse et du temps pendant lequel le récepteur fonctionne.

 

III/ Transfert et conservation d’énergie

 

Un transfert d’énergie c’est un changement de forme entre deux systèmes : chaleur, rayonnement ou travail.

 

Chaleur

La combustion du gaz butane avec l’air : le gaz perd une partie de son énergie sous forme de chaleur, cette partie est transférée par exemple à une casserole qui contient de l’eau, le système casserole – eau a son énergie qui augmente, cela se traduit par l’élévation de la température et l’ébullition de l’eau.

 

Il y a transfert sous forme de chaleur quand il y a un contact entre deux corps de températures différentes.

 

Rayonnement

Par exemple : l’énergie qui provient du Soleil peut chauffer de l’eau dans une bouteille.

Ce mode de transfert intervient quand on est en présence d’ondes électromagnétique (ondes, radars, rayonnement infrarouge, rayonnement ultraviolets…)

C’est un transfert qui peut se faire sur de très longues distances et aussi dans le vide.

 

Travail

C’est un transfert qui se produit quand une force agit sur un système qui se déplace.

 

Ce qui est important ce n’est pas la quantité d’énergie dont on dispose, c’est la puissance (= débit d’énergie), le nombre de joules transférées par unité de temps. La puissance se mesure en watts.

 

La conservation d’énergie

C’est un principe qui affirme que la diminution de la quantité d’énergie contenue dans le système de départ est égale à l’augmentation de la quantité d’énergie contenue dans le système d’arrivée.

 

IV/ Produire de l’énergie

 

La production d’énergie consiste le plus souvent en la transformation d’énergie primaire en énergie finale avec passage ou non par l’énergie secondaire. Cette transformation ou ces transformations forment la chaîne énergétique.

 

 

 

 

Il est intéressant de savoir quel pourcentage de l’énergie de départ est récupéré après conversion : c’est le rendement de la conversion. La quantité totale d’énergie ne varie pas quand l’énergie change de forme, mais une partie de l’énergie se transforme en chaleur, le plus souvent perdue pour l’utilisateur.

 

L’électricité est un mode de transport de l’énergie intéressant pour plusieurs raisons :

-          transport instantané

-          énergie propre sur les lieux d’utilisation

-          puissance immédiatement disponible

-          l’énergie électrique est facilement convertible

 

 

 

Une centrale hydraulique

Fonctionnement

Utilise l’énergie fournie par une masse d’eau en mouvement. Pour produire de l’électricité, les vannes du barrage s’ouvrent, l’eau s’engouffre dans une conduite forée dans le barrage, sa vitesse augmente. A la sortie de la conduite l’eau fait tourner une turbine, la turbine entraîne un alternateur, l’eau est ensuite libérée au pied du barrage et reprend le cours normal de la rivière.

Energie potentielle → Energie cinétique → Energie électrique

 

D’autres types de centrales existent :

Les centrales thermiques : elles utilisent un courant de vapeur.

Les centrales nucléaires : la chaleur est fournie par une réaction nucléaire (fission de l’uranium).

Les centrales solaires : la chaleur est fournie directement par le rayonnement solaire.

Energie potentielle → Energie cinétique → Energie électrique

 

Les piles et les accumulateurs transforment l’énergie chimique en énergie électrique.

Les photopiles transforment l’énergie solaire directement en énergie électrique.

 

L’énergie électrique est toujours créée à partir d’une autre forme d’énergie, c’est une source d’énergie secondaire.

 

Les usages de l’électricité sont variés, on peut les regrouper selon 3 types de conversion :

-          Energie mécanique (moteur)

-          Energie thermique (résistance)

-          Energie rayonnante (lampe, tube cathodique)

 

Pour comparer entre elles les différentes sources d’énergie on les rapporte à l’énergie que l’on peut obtenir avec une tonne de pétrole : les consommations sont évaluées en tonnes équivalent pétrole (T.E.P)

 

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