Qu'est-ce que l'énergie?

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1 Qu'est-ce que l'énergie? L'énergie est une notion complexe, car abstraite et qui peut être abordée de différentes manières. Définition du Robert : "Ce que possède un système s'il est capable de fournir un travail". Cette définition est volontairement vague, car l'énergie peut revêtir un grand nombre d'aspects. Ce qu'il faut retenir c'est que l'énergie nous donne la force d'accomplir un travail, faire "fonctionner" des appareils ou des être vivants. Il est important de distinguer l'utilisation populaire du terme (il a plein d'énergie cet enfant!) de la notion de physique ou relative aux ressources nécessaires à notre confort moderne. Comment expliquer simplement une notion aussi abstraite? 1) Une méthode consiste à donner beaucoup d'exemples concrets. Les enfants peuvent ainsi comprendre intuitivement ce que recouvre cette notion. Il est souvent préférable de passer rapidement à des exemples concrets, plutôt que rester sur une définition abstraite. 2) On peut aussi donner quelques éléments explicatifs comme : L'énergie c'est ce qui donne de la force à notre corps et à toutes les machines que nous utilisons. L'énergie est partout. S'il y a de la chaleur ou du mouvement, il y a forcément de l'énergie (on peut alors rechercher son origine). L'énergie c'est la vie. Il faut de l'énergie pour faire battre notre cœur, faire pousser les plantes, faire vivre tous les êtres vivants, déplacer les planètes. Sans énergie, le monde serait sans vie.

2 E=MC2? L'équation E=mc2 a été formulée par Albert Einstein dans le cadre de la relativité restreinte. Elle signifie que l'énergie E est égale à m (la masse) multiplié par le carré de la vitesse de la lumière. Il est difficile d'expliquer l'importance de cette notion, mais la formule est souvent connue par les élèves. Il y a par exemple une émission de vulgarisation scientifique qui porte ce nom. Ce que l'on peut retenir de cette formule c'est qu'une énergie peut, dans certaines circonstances, se transformer en masse et de la masse peut se transformer en énergie. Cette formule quantifie l'énergie théoriquement disponible dans la matière.. Cela est surtout important à l'échelle atomique. Par exemple, pour un atome, la masse de tous les éléments qui composent l'atome est supérieur à la masse de l'atome lui-même. La différence de masse vient de l'énergie énorme qui lie les atomes entre eux. C'est cette énergie de liaison qui est libéré dans les centrales nucléaires, lors de la fission des atomes de l'uranium. C'est également ce qui se passe au CERN. On accélère des particules pour leur donner énormément d'énergie et, lors des collisions, cette énergie se transforme en nouvelles particules.

3 Les classifications de l'énergie? Selon que les points de vue, il est possible de classer les énergies en différents groupes. Encore faut-il ne pas confondre ces différents classements et notions. Formes et sources d'énergie Il ne faut pas confondre formes et sources d'énergie! Formes d'énergie Les physiciens distinguent différents "états" de l'énergie comme : énergie mécanique : énergie nécessaire au déplacement d'objets d'un point à un autre. énergie thermique : chaleur produite par le rayonnement solaire ou une combustion. énergie lumineuse : appelée aussi énergie rayonnante, produite par le soleil, un feu ou une ampoule électrique. énergie électrique : correspond au déplacement d'électrons dans un conducteur. énergie chimique : conséquence de la modification de molécules (combinaison d'atomes ou échanges d'électrons). Lorsque les atomes euxmême sont transformés, on parle d'énergie nucléaire. L'énergie potentielle est de l'énergie "stockée" et qui peut être restituée. Par exemple l'eau retenue derrière un barrage peut potentiellement fournir de l'énergie mécanique, si on la laisse couler. Une bûche de bois a aussi une énergie chimique potentielle, qu'elle peut fournir si on la brûle, etc. N.B. Avec la théorie de la relativité restreinte, la masse aussi est une des formes de l'énergie. Transformations : Une forme d'énergie peut se transformer en une autre. Par exemple l'énergie de l'eau du barrage (énergie potentielle) va faire tourner une turbine (énergie mécanique) qui fera tourner un générateur (énergie électrique). La célèbre formule de Lavoisier : "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" Cette formule signifie que ce que l'on appelle communément des pertes ne sont pas réellement perdues. Un part de l'énergie est transformée dans une forme dont nous avons l'utilité, l'autre part (les pertes) se retrouvent sous une autre forme généralement de l'énergie thermique.

4 Sources d'énergie Il ne s'agit pas de concepts de physique mais des ressources que l'on trouve dans la nature et que l'on utilise directement ou que l'on transforme. Liste non exhaustive : biomasse (bois, déchets, nourriture) soleil vent marrées, vagues géothermie pétrole gaz naturel charbon uranium Energies primaires // Energies secondaires // Energies finales Les énergies primaires sont celles que l'on trouve telles quelles dans la nature sans aucune transformation (pétrole brut, bois, uranium). Les énergies secondaires sont celles que l'on a transformées pour notre utilisation (électricité, turbinage, raffinage). Cette distinction varie selon les auteurs. L'énergie finale est l'énergie utilisée réellement par l'utilisateur final, celle qui a vraiment apporté un confort ou effectuée un travail utile. Energies renouvelables // Energies non-renouvelables Les énergies renouvelables sont toutes les énergies qui ne vont pas s épuiser avant des milliards d années (soleil, eau, vent, biomasse, géothermie). Les énergies non renouvelables sont toutes les énergies qui vont s épuiser un jour car les réserves sous la terre sont limitées (pétrole, gaz naturel, charbon de mine et uranium). On peut distinguer ces deux groupes avec plusieurs autres critères : énergies renouvelables se régénèrent ou sont là pour des milliards d'années se trouvent principalement à la surface de la terre ont été utilisées depuis le début de l'humanité sont peu ou pas polluantes énergies non renouvelables vont s'épuiser car en quantités limitées se trouvent sous terre où il faut aller les chercher ont été exploitées en grande quantité que très récemment (1-2 siècles) sont polluantes

5 Quelques ambiguïtés : Quelles énergies sont naturelles? Toutes les sources d'énergie, qu'elles soient renouvelables ou non renouvelables, sont naturelles puisqu'on les trouve dans la nature! La biomasse est-ce du biogaz? Le biogaz, qui est produit par la fermentation de matières organiques, fait partie de la biomasse comme le bois; pas le contraire. Le bois est-il renouvelable? Le bois et la biomasse sont renouvelables car ils repoussent si on gère correctement la nature. Contrairement aux énergies non renouvelables dont nous ne maîtrisons pas la production, il est de notre responsabilité de faire en sorte que la biomasse reste renouvelable (éviter le déforestage en Amazonie). Le soleil ne va-t-il pas s'épuiser? Le soleil n'est pas inépuisable, il a même une durée de vie qui est estimée à 5 milliards d'années. Cette durée étant tellement éloignée, on considère bien entendu le soleil comme une énergie renouvelable. Heureusement car le soleil est le moteur de pratiquement toutes les énergies renouvelables et il a aussi participé à la formation des matières organiques qui sont à l'origine des énergies non renouvelables. Du nouveau pétrole ne se forme-t-il pas encore tous les jours sous terre? Parmi les énergies non renouvelables, le pétrole, charbon de mine et le gaz naturel sont appelés énergies fossiles. C'est une analogie avec les fossiles qui sont les traces d'espèces vivantes d'il y a des millions d'années. Les énergies fossiles sont le fruit de la transformation d'éléments organiques d'il y a des millions d'années (de petits animaux pour le pétrole et le gaz naturel et des plantes pour le charbon). Paradoxalement, l'origine des énergies fossiles est donc des matières renouvelables. Même si théoriquement des matières organiques se transforment encore en pétrole, gaz ou charbon sous la terre, la quantité et le temps de formation sont tels qu'ils ne suffisent absolument pas à nos besoins. De plus, il est peu probable que cela sera vraiment le cas, car la terre a connu des conditions uniques (pressions et chaleurs extrêmes) qui ont favorisé la transformation et qui n'existent plus actuellement. La géothermie est-elle renouvelable? La chaleur du centre de la terre existe en tellement grande quantité qu'on la considère comme inépuisable. Il est à noter que c'est la seule énergie renouvelable qui n'est pas à la surface de la terre, même si naturellement elle nous parvient par des sources d'eau chaude. Par extension on considère à tort qu'une pompe à chaleur est renouvelable, alors que pour fonctionner elle utilise 1/3 d'électricité pour puiser la chaleur de la terre. Cette électricité peut avoir une origine non renouvelable.