Explorer les sources d'énergie : des combustibles fossiles aux énergies renouvelables

Tout autour de nous, y compris nous les humains, l'énergie est omniprésente. Elle est vaste, car elle intervient dans presque toutes les applications, à commencer par nous-mêmes : l'énergie que nous utilisons pour survivre, celle que nous tirons de la nourriture. Il existe différentes sources d'énergie aujourd'hui qui permettent à la civilisation humaine de fonctionner. La plupart de l'énergie provient des combustibles fossiles, du combustible nucléaire ou des énergies renouvelables, bien que ces énergies soient utilisées pour produire d'autres formes comme l'énergie mécanique, électrique, etc. C'est pourquoi l'étude de l'énergie est nécessaire.

Aujourd'hui, vous découvrirez la définition, l'usage, l'importance, les exemples, les types et formes d'énergie. Aussi l'unité de mesure, la transformation et la conservation de l'énergie.

Qu'est-ce que l'énergie ?

L'énergie peut être définie comme la capacité d'un système physique à effectuer un travail. Un système possède de l'énergie quand il a la capacité de faire un travail. En d'autres termes, l'énergie est transférée ou transformée chaque fois qu'un travail est effectué. Cependant, l'existence d'énergie dans un système ne signifie pas qu'elle est nécessairement disponible pour faire un travail.

En physique, l'énergie est la propriété quantitative qui doit être transférée à un corps ou système physique pour effectuer un travail sur le corps ou le chauffer. L'énergie est une quantité conservée, ce qui nous amène à la loi de conservation de l'énergie : l'énergie peut changer de forme, mais ne peut être ni créée ni détruite.

Tous les types d'énergie sont de deux formes : l'énergie cinétique d'un objet en mouvement et l'énergie potentielle stockée par la position d'un objet dans un champ de force. L'unité de mesure est le joule.

Comprenez l'énergie comme :

• une grandeur scalaire
• abstraite et pas toujours perceptible
• donnant du sens par le calcul
• un concept central en science

Usages et importance de l'énergie

Trois usages fondamentaux pour l'humanité : usages résidentiels, commerciaux et transports.

Usages résidentiels :

C'est la consommation la plus courante, servant nos activités quotidiennes : télévision, chauffage, éclairage, douche, lessive, travail sur ordinateur, appareils, cuisine, etc. Environ 40 % de l'énergie totale mondiale est utilisée à des fins résidentielles. C'est aussi là qu'elle est le plus gaspillée, faute d'éducation du public sur la conservation quotidienne.

Usages commerciaux :

Chauffage, climatisation, éclairage des bâtiments et espaces commerciaux, énergie utilisée par les organisations et entreprises. Similaire à l'usage industriel hors usage personnel.

Usages transports :

Entièrement dépendant de l'énergie : plus de 70 % du pétrole est utilisé dans le transport. Inclut tous véhicules : voitures, camions, bus, motos, avions, navires, trains, pipelines.

Importances communes de l'énergie :

• Alimente communications, transports, ordinateurs, équipements médicaux de pointe, etc.
• Soutient le progrès économique et social, améliore la qualité de vie.
• Une énergie fiable et abordable permet produits et services qui enrichissent et prolongent la vie.
• L'énergie peut améliorer et sauver des vies.
• Soutient l'industrie, l'agriculture moderne, le commerce accru, les transports améliorés.
• Crée de meilleures vies et réduit la pauvreté.

Formes et types d'énergie

Différentes formes d'énergie existent, toutes classées en cinétique ou potentielle. L'énergie associée au mouvement est l'énergie cinétique ; l'énergie potentielle est associée à la position mais n'est pas « énergie stockée ».

Énergie cinétique

• cinétique — mouvement
  • mécanique — mouvement de systèmes macroscopiques
    • machines
    • énergie éolienne
    • énergie des vagues
    • énergie sonore (sonique, acoustique)
  • thermique — mouvement des particules de matière
    • énergie géothermique
  • électrique — mouvement des charges
    • courant domestique
    • foudre
  • rayonnement électromagnétique — perturbation des champs électrique et magnétique (physique classique) ou mouvement des photons (physique quantique)
    • radio, micro-ondes, infrarouge, lumière, ultraviolet, rayons X, rayons gamma

énergie solaire

Énergie potentielle

• potentielle — position ou arrangement
  • gravitationnelle
    • montagnes russes
    • roue à aubes
    • hydroélectricité
  • électromagnétique
    • électrique
    • magnétique
    • chimique
    • élastique
  • nucléaire forte
    • énergie nucléaire
    • armes nucléaires
  • nucléaire faible

désintégration radioactive

Chaleur, énergie cinétique ou mécanique, lumière, énergie potentielle, énergie électrique sont les diverses formes d'existence de l'énergie.

Chaleur = énergie thermique du mouvement des atomes/molécules. Énergie liée à la température.

Énergie cinétique = énergie du mouvement. Exemple : pendule oscillant.

Énergie potentielle = due à la position d'un objet. Exemple : balle sur une table par rapport au sol (gravité).

Énergie mécanique = somme de l'énergie cinétique et potentielle d'un corps.

Énergie lumineuse = disponible sous forme de photons.

Énergie électrique = énergie du mouvement de particules chargées (protons, électrons, ions).

Énergie magnétique = forme d'énergie issue d'un champ magnétique.

Énergie chimique = libérée ou obtenue par réactions chimiques, en brisant ou formant des liaisons entre atomes et molécules.

Énergie nucléaire = énergie des interactions avec protons et neutrons d'un atome. Exemple : énergie libérée par fission et fusion.

Unités d'énergie

L'unité SI est le joule (J) ou newton-mètre (N·m). Le joule est aussi l'unité SI du travail. Nommée d'après James Prescott Joule qui découvrit l'équivalent mécanique. L'unité SI de puissance (énergie par unité de temps) est le watt = joule par seconde.

Transformation de l'énergie

Diverses transformations d'énergie existent, à divers rendements. Les dispositifs qui transforment sont appelés transducteurs. Exemples : batterie (chimique → électrique), barrage (gravitationnelle potentielle → cinétique de l'eau + pales de turbine), générateur électrique ou machine thermique.

Bons exemples : génération électrique par turbine à vapeur, ou levage d'objet contre la gravité par moteur électrique de grue. Le levage fait un travail mécanique sur l'objet et stocke de l'énergie potentielle gravitationnelle. La chute de l'objet permet à la gravité d'effectuer un travail mécanique, transformant l'énergie potentielle en cinétique, libérée en chaleur à l'impact.

Autre exemple : le Soleil, transformant l'énergie potentielle nucléaire en d'autres formes. Sa masse totale ne diminue pas tant que l'énergie reste contenue, mais diminue quand l'énergie s'échappe, principalement en rayonnement.

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur la transformation de l'énergie :

Des expériences montrent qu'il y a des limites à l'efficacité de conversion de la chaleur en travail dans un processus cyclique (ex: machine thermique). Le théorème de Carnot et le second principe de la thermodynamique l'expliquent. Malgré cela, certaines transformations sont très efficaces, avec des facteurs à considérer. L'entropie détermine la direction des transformations (quelle énergie se transforme en quel type).

Conservation de l'énergie

La loi de conservation : l'énergie ne peut être ni créée ni détruite. Le premier principe de la thermodynamique : l'énergie d'un système fermé est constante sauf transfert par travail ou chaleur, sans perte lors du transfert. L'énergie totale entrante = sortante + variation de l'énergie interne. L'énergie totale d'un système reste constante si les interactions entre particules ne dépendent pas du temps.

Exemple : deux boules de billard qui se heurtent, s'immobilisent, l'énergie devenant son et un peu de chaleur au choc. Énergie cinétique en mouvement, potentielle (sur table au-dessus du sol) en mouvement ou à l'arrêt.

Conversion courante : chaleur en travail dans une dilatation isotherme réversible d'un gaz parfait. Le second principe dit que le système faisant un travail perd toujours de l'énergie en chaleur perdue. Cela limite la chaleur utilisable en travail dans un processus cyclique. Cependant, l'énergie mécanique et autres peuvent se transformer en thermique sans telle limite. L'énergie totale d'un système se calcule en additionnant toutes ses formes d'énergie.

Conclusion

L'énergie est la capacité d'un système physique à effectuer un travail. Elle est transférée ou transformée chaque fois qu'un travail est fait. Cet article a couvert définition, usage, importance, exemples, types, formes, unité, transformation, conservation. J'espère que vous en avez assez appris. Si oui, partagez avec d'autres étudiants. Merci de votre lecture, à la prochaine !