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Énergie

« Énergie » expliqué aux enfants par Vikidia, l’encyclopédie junior
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L'énergie est une des grandeurs physiques. Elle se mesure en joules, en kilowatt-heures et encore dans d'autres unités.

L'énergie est la capacité à produire des actions comme fournir de la chaleur, de la lumière, ou mettre en mouvement un objet (quand on pousse un objet, par exemple). Lorsque c'est une mise en mouvement et en physique, on l'appelle un travail. Ce mot provient du grec energia, qui signifie « force en action ». Dans le cas d'une voiture, la source d'énergie est la combustion de l'essence.

Il ne faut pas confondre l'énergie avec la puissance, qui est combien d'énergie est dépensée ou produite par un temps donné (par seconde en général).

L'énergie est présente dans de nombreux domaines : les activités humaines (l'économie), les phénomènes naturels, la biologie, l'astronomie, etc.

Unités[modifier | modifier le wikicode]

Bouteille d'huile de tournesol dont l'étiquette indique l'énergie contenue pour 100 millilitres en deux unités : les kilojoules et les kilocalories.

L'énergie se mesure grâce à des unités :

Un joule représente très peu d'énergie. Un enfant qui monte un étage par un escalier a produit un effort de plus de 1 000 joules. On utilise aussi les multiples du joule comme le kilojoule (KJ), le mégajoule (MJ ; 1 000 000 joules) et le gigajoule (GJ).

Les autres unités courantes d'énergie sont notamment :

  • la calorie (cal) ou plus couramment la kilocalorie (Kcal), qui sert typiquement à donner la quantité d'énergie contenue dans les aliments et l'énergie dépensée par quelqu'un lorsqu'il fait de l'exercice. Une kilocalorie ou grande calorie est la quantité d'énergie qu'il faut apporter à un kilogramme d'eau pour augmenter sa température de 1 °C. La calorie est la quantité d'énergie qu'il faut apporter à un gramme d'eau pour le chauffer de 1 °C. La calorie vaut 4,18 joules et la kilocalorie vaut 4180 joules (mais on dit souvent « calorie » pour parler de la kilocalorie ou grande calorie) ;
  • le kilowatt-heure (KWh), qui est l'unité usuelle de la consommation électrique que l'on peut consulter sur son compteur électrique. Un kilowatt-heure vaut 3 600 000 joules ;
  • la tonne d'équivalent pétrole (TEP), principalement utilisée pour comparer l'énergie produite ou consommée à l'échelle des pays. Une tonne d'équivalent pétrole vaut environ 42 millards de joules (41,868 GJ) ;
  • l'électron-volt (eV) utilisé par les physiciens pour mesurer des énergies de très faible valeur. Un électron-volt vaut 0,00000000000000000016 joule (ou 1,602 × 10-19 joule).

Activités humaines[modifier | modifier le wikicode]

Le bois, une des plus anciennes sources d'énergie

Les hommes préhistoriques les plus anciens vivaient exclusivement de chasse et de cueillette. Ils ne cuisaient pas les aliments et, comme tous les animaux, n'utilisaient pas d'autre énergie que celle contenue dans leur nourriture (qui permet finalement le travail des muscles) ou dans les rayons du soleil pour se chauffer.

Il y a un peu plus de 500 000 ans, les hommes découvrent et maîtrisent le feu. Ils apprennent à l'entretenir et à l'utiliser pour se chauffer, s'éclairer, se protéger de certains animaux et cuire des aliments. Le bois devient ainsi une grande source d'énergie dans l'histoire de l'humanité. Avec la domestication, les hommes ont aussi utilisé le travail des animaux comme les bœufs et les chevaux.

Avec la révolution industrielle et des découvertes techniques, on a utilisé ensuite d'autres sources d'énergie : les énergies fossiles comme le charbon, le pétrole, le gaz et l'énergie nucléaire ainsi que des énergies renouvelables comme l'énergie hydraulique avec l'eau de barrages, le vent (éoliennes) et le soleil (énergie solaire).

Quantités d'énergie[modifier | modifier le wikicode]

Pile d'environ 13 stères de bois, soit 21000 kWh. C'est la quantité de bois nécessaire pour chauffer une maison pendant un ou deux ans en climat tempéré.
C'est aussi l'équivalent de l'énergie consommée pour un aller-retour Paris-Rome en avion pour un groupe de 30 personnes, ou 7 personnes pour un aller-retour Paris-Montréal.

Au cours du XIXe siècle, les physiciens ont compris que la quantité de chaleur, le travail mécanique (travail d'une force) ou encore l'énergie qu'a un objet par sa vitesse sont des choses échangeables et qui peuvent être comptées avec la même unité.

Voici quelques exemples de quantités d'énergie, pour évaluer des ordres de grandeur. En effet, selon les domaines dont on parle, bien qu'il s'agisse de la même grandeur physique (elle peut s'exprimer avec la même unité), les quantités sont très différentes :

  • un avion en papier (feuille de 5,6 grammes) lancé et descendant du septième étage d'un immeuble, soit 18 mètres : 1 joule1 ;
  • soulever d'un mètre un sac de 10 kilogrammes : 98 joules 2 ;
  • un ballon de football lancé à 120 km/h lors d'un tir au but : 250 joules 3 ;
  • un enfant de 35 kg qui monte 7 étages (pour lancer un avion en papier !) : 6 200 joules4 - il s'agit du travail physique, le corps brûle environ 5 fois plus d'énergie qui se transforme en chaleur pendant cet effort) ;
  • brûler une feuille de papier (comme l'avion en papier) : 84 000 joules ;
  • faire bouillir un litre d'eau (chaleur) : 376 000 joules5 ;
  • Une voiture lancée à 130 km/h (énergie cinétique) : 650 000 joules6 ;
  • chauffer 30 litres d'eau pour une douche (chaleur) : 3 760 000 joules, soit environ 1 kWh 7 ;
  • un repas : environ 1 000 kilocalories, soit 4 180 000 joules soit environ 1,2 kWh ;
  • une bûche de bois sec d'un kilogrammes à brûler : 15 000 000 joules, soit environ 4,3 kWh ;
  • un litre d'essence (environ 730 grammes) : 31 000 000 joules, soit environ 8,6 kWh ;
  • 100 km en voiture à essence : 187 000 000 joules, soit environ 52 kWh ;
  • chauffer une piscine publique de 450 mètres cubes de 1 °C : 1 881 000 000 joules (1,88 milliards) soit environ 522 kWh 8 ;
  • un voyage en avion aller-retour à 3 000 kilomètres pour une personne : 7 500 000 000 joules (7,5 milliards) soit environ 2 100 kWh ;
  • le chargement d'un pétrolier de 200 000 tonnes : 8 370 000 000 000 000 joules ou 2 326 000 000 kWh d'énergie dite primaire.

On peut calculer que l'énergie nécessaire pour transporter chaque passager dans une voiture moyenne transportant deux personnes ou dans un avion de ligne normalement rempli est à peu près la même pour la même distance9. Mais comme un avion de ligne va 10 fois plus vite qu'une voiture sur un voyage (900 km/h contre 90 km/h), un voyage de 2 heures d'avion consomme à peu près autant d'énergie que 20 heures de voiture !

Formes de l'énergie[modifier | modifier le wikicode]

L'énergie se trouve sous différentes formes et on peut la convertir d'une forme à l'autre, quoique cela puisse être difficile. De plus il est impossible de convertir toute l'énergie d'une forme à une autre. La seule conversion qui peut se faire totalement c'est de convertir une forme d'énergie en ce qu'on appelle chaleur, les autres conversions ne peuvent se faire qu'avec une partie de l'énergie qui sera transformée en chaleur et qu'on appelle des pertes car c'est une forme d'énergie qui n’était pas souhaitée.

Il y a l'énergie mécanique, qui elle-même peut être une énergie cinétique, une énergie potentielle mécanique ou un travail. L'énergie cinétique, est celle qu'un objet a prise lorsqu'il a de la vitesse, l'énergie potentielle mécanique est par exemple celle d'un arc tendu, et le travail est une force sur une certaine distance. En lâchant la corde d'un arc, l'énergie potentielle devient un travail, une poussée sur la flèche, puis cette énergie devient énergie cinétique de la flèche, puisque celle-ci a pris de la vitesse.

L'énergie chimique est l'énergie que donne une matière comme du bois en brûlant, par combustion, et parfois avec d'autres réactions chimiques.

On appelle « énergie primaire » l'énergie d'un carburant ou d'un combustible, ou une autre énergie qu'on trouve dans la nature, avant qu'elle soit transformée pour être utilisable directement ou facilement, par exemple sous forme d'électricité ou d'énergie mécanique pour faire avancer une voiture. La transformation de l'énergie primaire en énergie utilisable se fait avec des pertes, en général sous forme de chaleur. Le rapport entre l'énergie disponible sous la forme voulue et l'énergie primaire est le rendement. Le rendement d'une centrale électrique thermique est de l'ordre de 35 à 50 %. Celui d'un moteur à essence est plus faible.

Produire de la chaleur est plus facile : un poêle ou une chaudière de chauffage atteignent un rendement de 70 à 80 %. Les pertes sont alors surtout la chaleur des fumées.

Les moyens de transférer l'énergie[modifier | modifier le wikicode]

Le funiculaire de Fribourg : une voiture descend quand l'autre remonte. Elles s'échangent de l'énergie grâce à un câble qui les relie et qui tourne autour de poulies en haut de la rampe.

L'énergie se conserve et peut se transférer d'un système à un autre : on peut la transférer, la convertir mais pas la détruire ni la créer.

L'électricité est un moyen de transférer de l'énergie. Le réseau de distribution de l'électricité ne contient quasiment pas d'énergie. À chaque instant on y met autant d'énergie que celle qui est consommée. C'est un peu comme la chaîne du vélo qui transfère l'énergie du cycliste à la roue arrière.

Il existe d'autres moyens de transférer de l'énergie :

  • mécanique : engrenages, courroies, chaînes...
  • par conduction de chaleur entre deux objets en contact ;
  • par convection c'est-à-dire le déplacement spontané d'un fluide (sur terre ce sont principalement l'eau et l'air). L'air chaud étant plus léger (moins dense) que l'air froid, il monte et emmène de ce fait avec lui de l'énergie. C'est pour cela qu'on met les radiateurs au niveau du sol dans les maisons ;
  • par déplacement de matière qui en contient : gazoduc, pétrolier, camion citerne, ou encore la circulation d'eau chaude dans le cas d'un chauffage central ;
  • la lumière ou le rayonnement de chaleur (deux sortes d'ondes électromagnétiques) sont des transferts d'énergie par rayonnement. C'est de cette manière que nous recevons l'énergie du soleil. L'énergie solaire est donc de l'énergie reçue par rayonnement.

Énergie biologique[modifier | modifier le wikicode]

Les organismes vivants utilisent de l'énergie pour leur croissance et leur métabolisme. Les animaux l'utilisent aussi pour leurs mouvements par les muscles, et pour maintenir la température de leur corps quand il s'agit d'animaux homéothermes (couramment appelés animaux à sang chaud).

Les réserves d'énergie des organismes sont sous forme d'énergie chimique : principalement les lipides et les glucides. Les lipides sont les huiles et graisses tandis que les glucides ou sucres complexes, comme le glycogène chez les animaux ou l'amidon chez les plantes, sont une forme de stockage des sucres plus facilement utilisables que les lipides.

L'énergie directement utilisable chez les organismes est la molécule d'adénosine triphosphate ou ATP. Presque toutes les réactions chimiques qui ont lieu dans un organisme utilisent plus ou moins directement cette molécule. Les glucides et les lipides, lorsqu'ils sont utilisés, le sont pour produire cette molécule.

Images sur l'énergie Vikidia possède une catégorie d’images sur l'énergie.

Notes[modifier | modifier le wikicode]

  1. 18 mètres x 0,0056 kg x 9.8 c'est-à-dire g
  2. 1 mètre x 10 kg x 9.8 c'est-à-dire g
  3. 1/2 x 0,450 kg x (120/3,6)²
  4. 18 mètres x 35 kg x 9.8 c'est-à-dire g
  5. si l'eau passe de 10 °C à 100 °C : 1 litre x (100 - 10) x 4180 = 376 000 joules
  6. 1/2 x 1000 kg x (130/3,6)²
  7. si l'eau passe de 10 °C à 40 °C : 30 litres x (40 - 10) x 4180 = 3 760 000 joules
  8. 450 000 litres x 1 x 4180
  9. La consommation d'une voiture est typiquement de 6 litres pour cent kilomètres » (l/100 km), ce qui fait 3 l/100 km par personne quand il y a deux personnes. D'après le site http://eco-calculateur.aviation-civile.gouv.fr/ qui calcule la consommation et les émissions par passager pour de nombreux voyages en avion, en prenant en compte le remplissage réel moyen des avions, la consommation par passager en avion varie selon le trajet de 2,8 à 3,1 l/100 km environ, soit environ de 3 l/100 km de kérosène.

Voir aussi[modifier | modifier le wikicode]


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