Sources et conversions d énergies L'élève doit être capable de : Objectifs visés Nommer différentes sources d énergie. Identifier diverses formes de conversion d énergie. Comprendre que l énergie peut se transmettre et se transformer d une forme en une autre. Comprendre que produire et consommer de l énergie à un coût financier. Comprendre que produire et consommer de l énergie à un coût environnemental.. Agir pour économiser l énergie. Vocabulaire - Électricité - Combustibles - renouvelable - fossile - Pollution Sources et conversions d énergies Page 1
Activités suggérées A. Qu est- ce que l énergie? Chaque élève est invité à citer deux phrases/expressions qui utilisent le mot énergie. Ex : Le soir, je manque d énergie pour faire mes devoirs. Une plante a besoin d énergie pour grandir, une ampoule transforme de l énergie électrique en lumière. Il est aussi possible de provoquer ces phrases en présentant des photos/situations de la vie quotidienne : Un enfant qui déjeune, un grille pain, une bougie, un animal qui court, Classer les réponses selon trois catégories : L énergie est source de mouvement. (Forces) Plusieurs formes et sources d énergie. (Combustibles) L énergie peut se transmettre et se transformer. (Machines) Afin de maitriser ce nouveau concept et son vocabulaire, il est pertinent de relier entre elles les expressions trouvées sous la forme de phrases : Ex : «Les aliments que je consomme contiennent de l énergie. Ils constituent une source d énergie (combustible). Mes muscles transforment l énergie chimique contenue dans les aliments en énergie mécanique (machine). C est grâce à cette énergie mécanique que j ai le cœur qui bat et que je peux courir (force).» Restitution : Au regard de toutes ces phrases, que représente l énergie? L énergie c est ce qui permet de générer une force pour mettre en mouvement, chauffer, éclairer, Sources et conversions d énergies Page 2
B. Identifier des formes et les sources d énergie Mécanique : C est l énergie possédée par tout objet en mouvement. On parle aussi d énergie cinétique. L énergie éolienne est l énergie mécanique spécifiquement associée au vent. Thermique : La chaleur est une énergie provenant de l agitation thermique des molécules. C est donc l addition des énergies cinétiques des particules. La géothermie est l énergie thermique provenant des sous-sols de la terre. Électrique : C est l énergie contenue dans le mouvement des charges électriques (un courant électrique). Noter que des charges fixes possèdent aussi une énergie de nature électrique qu on qualifie d énergie potentielle électrique. Chimique : L énergie chimique provient des forces de liaisons entre les atomes d une molécule. Une réaction chimique correspond justement à une libération ou un stockage de cette énergie. C est cette énergie qui est obtenue par la combustion du charbon, du bois ou du pétrole. Lumineuse : Le rayonnement solaire est la plus connue de ces énergies C est principalement une matière chauffée et donc l énergie thermique qui est la source de cette énergie radiative. Nucléaire : Des forces nucléaires maintiennent les protons et les neutrons des noyaux des atomes. Une formidable énergie est contenue dans ces liaisons qui peut se libérer en cas de fission du noyau. Potentielle : Un objet immobile possède aussi une énergie du fait de sa masse, de même qu une charge fixe au milieu d autres charges. Cette énergie se nomme énergie potentielle. Pour chaque forme d énergie, il peut exister plusieurs sources capable de produire cette énergie: L uranium ou le plutonium pour l énergie nucléaire, le bois ou le pétrole pour l énergie thermique. Il est pertinent de réaliser à quelle point l énergie solaire est à l origine de toutes (ou presque) les formes d énergies ci-dessus. Projeter l animation «et moyen de transport» et faire participer la classe. Ce «jeu» fonctionne mieux en collectif Sources et conversions d énergies Page 3
qu en individuel. Chaque réponse devra être formulée de la façon suivante: Le voilier est un bateau qui utilise (le vent) comme source d énergie. C est grâce à (sa voile) que l énergie (cinétique ou mécanique) contenue dans la force du vent est transmise au bateau tout entier. C. Propriétés importantes de l énergie 1. L énergie peut se transmettre: Ex: L énergie thermique du sous-sol peut être transporter jusqu à la surface par convection ou conduction thermique. 2. L énergie peut se convertir d une forme en une autre. Ex: L énergie potentielle d un plongeur est convertie en énergie cinétique lorsqu il saute du plongeoir. 3. L énergie se conserve. Ex: Une voiture qui freine perd de l énergie (cinétique) mais cette énergie est récupérée par l air environnant et la route sous forme de chaleur. Remplir le tableau ci-dessous pour lister différents dispositifs de conversion d énergie Machine de d entrée de sortie Voilier La force du vent (énergie éolienne) Se déplacer (énergie mécanique ) Grille pain Électricité (énergie électrique) Chauffer (énergie thermique) Bougie Cire (énergie chimique) Éclairer (énergie lumineuse) Machine à vapeur La force de la vapeur sous pression (énergie thermique) Faire tourner une roue (énergie mécanique) Moulin eau à Eau qui coule (énergie mécanique gravitationnelle) Moudre du grain (énergie mécanique) Sources et conversions d énergies Page 4
Vélo Force musculaire (énergie chimique) Se déplacer (énergie mécanique) Radio Piles électriques (énergie chimique libérée sous forme d énergie électrique) Émettre du son (énergie sonore = énergie mécanique) Soleil Fusion nucléaire des atomes d hydrogène (énergie nucléaire) Rayonnement (énergie lumineuse) Optionnel : Il est parfois nécessaire de faire plusieurs transformations d énergie : Dispositif primaire secondaire Fonction Lampe torche Pile Courant électrique Éclairer énergie chimique électrique lumineuse Centrale Nucléaire Uranium qui chauffe de l eau pour alimenter une turbine. Eau chauffée en vapeur haute pression. Vapeur qui fait tourner une turbine. Groupe turbine alternateur génère une tension électrique. nucléaire thermique mécanique électrique L électricité est la principale source d énergie que nous exploitons. Elle se produit facilement (génératrice ou pile) et peut être transportée sur de grandes distances. Sources et conversions d énergies Page 5
D. Comment économiser l énergie? La première question à poser à la classe est «pourquoi économiser l énergie?» Certaines sources d énergie sont épuisables (non renouvelables). Les gisements d énergies fossiles sont difficiles d accès. Il est donc coûteux d aller chercher la ressource (montrer des photos de mines plates-formes - forages) La production et la consommation d énergie génèrent de grandes quantités de déchets (photos de site d enfouissement, pollution dans les villes). Le coût est financier mais aussi environnemental. Recenser avec la classe, dans un premier temps, les pollutions engendrées par la production d énergie (résidus radioactifs, impact d un barrage sur les écosystèmes, rejets de CO 2, fracturation, sables bitumineux, ). Dans un second temps, l élève pourra recenser les polluants provenant de la consommation d énergie (particules fines, rejet de CO 2, ozone, piles et batteries usagées). Les scientifiques (GIEC) s accordent pour dire que le réchauffement climatique est une conséquence de cette surconsommation (voir vidéos sélectionnées). Nos modes de vies dépendent grandement de notre accès à l énergie. Non seulement pour se chauffer, se déplacer, s éclairer, mais aussi pour tout ce que nous consommons. En effet, nos aliments, nos meubles, l eau du robinet et tous les objets qui nous entourent ont été produits ou fabriqués dans des usines qui consomment elles aussi de l énergie. Sources et conversions d énergies Page 6
Sachant qu il est impensable de se priver d énergie, que pouvons nous faire? Bon comportement Mauvais comportement Privilégier le vélo et les transports en commun, faire du co-voiturage. Toujours utiliser sa voiture individuelle Bien isoler sa maison Ne pas isole correctement sa maison. Acheter des produits sans emballage Acheter sous emballage individuel Consommer des aliments de saisons, cultivés dans sa région. Ne pas respecter les saisons et consommer trop de produits exotiques. Se laver les mains à l eau froide Se laver les mains à l eau chaude Prendre des douches Prendre des bains Chauffer sa maison à 19 C et porter un pull si besoin Chauffer sa maison à 21 C Minimiser ses déchets et les recycler Ne pas faire le tri. Utiliser des ampoules basses consommation Prendre les ampoules les moins chères. Économiser l eau L eau est gratuite alors je ne m en fais pas. Sources et conversions d énergies Page 7
Lien vers d'autres ressources Merci de contacter edumedia si ces liens sont rompus Sites sélectionnés. Fiches 16 de «Fiches de connaissances» du CNDP (2002) : http://www2.cndp.fr/archivage/valid/38285/38285-5692-5495.pdf Le réchauffement climatique (GIEC-Le Monde) : https://www.youtube.com/watch?v=t4lvxccmika Fiches pédagogiques du site connaissance des énergies: http://www.connaissancedesenergies.org/fiches-pedagogiques-energies Voir aussi le Guide pédagogique «l énergie électrique» d edumedia Sources et conversions d énergies Page 8