L'énergie et ses enjeux

L'énergie

A) Les différentes formes d’énergie

L’énergie se note E et s’exprime en joule (J). C’est une façon d’exprimer l’intensité des phénomènes.

Exemple

Il faut une énergie E = 100 J pour faire un trou dans un mur.

L’énergie est mesurable et intervient dans de nombreux phénomènes physiques. Elle se présente sous plusieurs formes :

énergie thermique : elle est utilisée pour la cuisson, pour maintenir une température agréable dans une pièce, etc. ;

énergie lumineuse : elle est utilisée pour l’éclairage, pour l’affichage des écrans d’ordinateur et de téléphones portables, etc. ;

énergie chimique : elle permet de produire de l’énergie thermique lors de la combustion du bois ou du gaz et d’obtenir ainsi de l’énergie électrique permettant le fonctionnement de petits appareils électriques comme les téléphones portables, les ordinateurs, les tablettes, des jouets, etc. ;

énergie électrique : elle permet d’obtenir de l’énergie thermique, de l’énergie mécanique, de l’énergie lumineuse… ;

énergie mécanique : elle permet le fonctionnement du moteur à explosion des véhicules.

B) Les formes d’énergie et les sources associées

La société actuelle utilise essentiellement les combustibles fossiles comme sources d’énergie, donc de l’énergie chimique. Cependant, de l’énergie électrique peut être produite par de l’énergie tirée de la fission nucléaire, de l’eau (hydroélectricité), du vent (éolienne), du soleil (panneaux photovoltaïques), de la géothermie, etc.

C) La puissance

La puissance se note P et s’exprime en watt (W). Elle mesure la capacité à mettre en jeu une certaine énergie en un temps donné.

Exemple

Si l’énergie dépensée pour réaliser un trou dans un mur est E = 100 J, il sera possible d’utiliser une petite perceuse qui nécessitera un certain temps ou d’en employer une plus imposante qui permettra de réaliser le perçage plus rapidement. Dans les deux cas, l’énergie dépensée est la même. La petite perceuse est moins puissante que la grosse et nécessite plus de temps pour réaliser le travail.

La puissance a pour expression :

Inversement, l’énergie mise en jeu est le produit de la puissance P par la durée nécessaire Δt : E = P × $\Delta$t.

Les conversions et les chaînes énergétiques

A) Les principales conversions d’énergie

Il existe plusieurs types de conversions :

électromécanique : l’énergie électrique est convertie en énergie mécanique avec un moteur électrique, ou inversement une turbine entraîne un alternateur qui fournit de l’énergie électrique ;

photoélectrique : de l’énergie lumineuse est convertie en énergie électrique avec un panneau photovoltaïque, ou inversement une ampoule fournit de l’énergie lumineuse ;

électrochimique : de l’énergie l’électrique est convertie en énergie chimique dans un électrolyseur, ou inversement une batterie fournit de l’énergie électrique ;

thermodynamique : une machine thermique convertit de l’énergie thermique en énergie mécanique, ou inversement une machine thermique fournit ou prélève l’énergie thermique ;

la combustion : l’énergie chimique est convertie en énergie thermique.

B) Le stockage de l’énergie

L’énergie chimique est naturellement stockée dans les combustibles.

Il est possible de stocker de l’énergie électrique produite par des éoliennes ou des panneaux photovoltaïques sous forme d’énergie chimique dans un électrolyseur, ou inversement une batterie fournit de l’énergie électrique en transformant de l’énergie chimique.

C) Les chaînes énergétiques

Lors d’une conversion d’énergie, une forme d’énergie est convertie en une ou plusieurs autres ; ceci est représenté au sein d’une chaîne énergétique. Ci-dessous un exemple de conversion au sein d’une automobile à partir de l’essence (énergie chimique de départ) :

Chaîne énergétique d’une automobile à moteur thermique

Le principe de la conservation de l'énergie

Un système isolé n’échange pas d’énergie avec le milieu d’extérieur.

Un convertisseur peut être considéré comme un système isolé : toute l’énergie absorbée est convertie intégralement en une ou plusieurs autres formes. Il y a conservation de l’énergie : la valeur totale de l’énergie absorbée se retrouve à l’issue du convertisseur.

En général, l’énergie absorbée est transformée en une énergie utile et une autre forme, qui est perdue pour le système, par exemple de la chaleur.

Le rendement η (« éta ») de conversion est le rapport de l’énergie utile par l’énergie absorbée. Il s’exprime en pourcent. η = $\frac{{\text{E}}_{\text{utile}}}{{\text{E}}_{\text{absorbée}}}$.

Une ressource est considérée comme renouvelable si son renouvellement naturel se réalise en une vie humaine. On trouve parmi les énergies renouvelables : la biomasse, l’hydroélectricité, le solaire photovoltaïque et thermique, la géothermie.