Energies

Niveau1

L’énergie est à l’origine de tout phénomène, elle est nécessaire, elle ne peut pas se stocker, elle ne peut que se convertir (changer de forme) ou se transférer (passer d’un objet à un autre).

 

Les formes d'énergie

Lors des échanges, l'énergie peut prendre différentes caractéristiques. On dit donc que l'énergie a différentes formes :

  • énergie thermique : lorsque de la chaleur est échangée,
  • énergie électrique : lorsque de l'électricité est utilisée,
  • énergie chimique : lorsque des espèces chimiques sont impliquées (réaction, liaison entre les atomes,etc.)
  • énergie mécanique : lorsque du mouvement est mis en jeu,
  • énergie lumineuse : lorsque de la lumière est échangée,
  • énergie nucléaire : lorsque les noyaux des atomes sont impliqués

 

Ressources en énergie

Toutes ces formes d'énergie sont transmises par des objets : des ressources en énergie. Ce sont donc des objets desquels on va utiliser l'énergie qu'ils émettent.

Par exemple:

  • l'essence est une ressource en énergie chimique, puisqu'on fait brûler l'essence pour faire fonctionner nos moteurs.
  • une éolienne est une ressource en énergie électrique, puisqu'on utilise l'électricité qu'elle produit.

Bien évidemment ces ressources ont effectué une conversion d'une autre forme d'énergie pour nous fournir une énergie utile. On constate alors que la quantité d'énergie de l'univers ne change pas.

 

Catégoriser les ressources

La quantité d'énergie est donc constante et nous ne serons jamais à court d'énergie.

Cependant, nous pouvons être très rapidement en pénurie de certaines ressources et ainsi manquer d'énergie utilisable par nos moyens technologiques. C'est pourquoi on classe les ressources en 2 catégories :

  • Les ressources non-renouvelables : qui se détruisent en émettant de l'énergie . Mais cette ressource ne se régénère pas assez rapidement et ainsi le stock diminue et s'épuise au fil des années.
    • Comme le pétrole, pour utiliser son énergie, nous sommes obligés de le détruire. Il met plusieurs millions d'années à se reformer. Donc les stocks diminuent.
  • Les ressources renouvelables : qui peuvent émettre de l'énergie sans être détruites ou en étant détruites mais en se régénérant rapidement, les stocks sont ainsi maintenus et ne s'épuisent pas.

 

Niveau2

Echanges d'énergie

Ainsi, tous les objets échangent de l'énergie avec d'autres objets. L'énergie peut donc passer d'un objet à un autre :

  • Lorsque l'énergie ne change pas de forme en passant d'un objet à un autre, on parlera de transfert d'énergie.

  • Lorsque l'objet emmagasine l'énergie et la renvoie sous une autre forme, on parlera alors de conversion d'énergie.

Par exemple, un panneau solaire transforme l'énergie lumineuse du Soleil en énergie électrique. Il effectue donc une conversion d'énergie.

Afin de mieux visualiser ces échanges, il est préférable d'opter pour une représentation graphique : La chaine d'énergie

Mesure de l'énergie

Toutes les formes d'énergie se mesurent avec une unité nommée le Joule que l'on note J.

Conservation de l'énergie

L'énergie totale d'un système isolé se conserve. Ainsi, l'énergie reçue par un objet a une certaine valeur. Après conversion ou transfert, cette valeur reste la même.

Dans le cas où l'énergie reçue est transformée en plusieurs autres formes d'énergie alors la somme de toutes les valeurs de ces énergies est égale à l'énergie initiale.

$$  \sum E_{reçue} = \sum E_{envoyée} $$

 

Par exemple, une lampe reçoit 100 J  d'énergie électrique. Elle convertit toute cette énergie en énergie thermique et lumineuse.
Selon la conservation de l'énergie :
Si l'énergie reçue : $ E_{elec} =  100 J$
Alors l'énergie envoyée : $ E_{th} + E_{lum} = 100 J$
On a donc :$ E_{elec} = E_{th} + E_{lum}$

Niveau3

L'énergie mécanique

Parmi toutes les formes d'énergie, il en est une qu'il est simple de décrire: l'énergie mécanique.
Notée Em, elle correspond à l'énergie du mouvement dans sa globalité, c'est-à-dire le déplacement de l'objet en lui-même, mais aussi de sa position. Elle se décompose alors en deux autres énergies :

  • L'énergie cinétique, notée Ec, correspond à la composante liée à la vitesse de l'objet en mouvement. Plus un objet va vite, plus il a d'énergie cinétique.
  • L'énergie potentielle ou énergie de position, notée Ep, correspond à la composante liée à la position de l'objet en mouvement. Plus un objet est haut, plus il a d'énergie potentielle.

Ainsi, l'énergie mécanique peut se calculer en connaissant chacune de ces énergies. Il suffit alors de les additionner pour déterminer la valeur de l'énergie mécanique.

$E_m$ $=$ $E_c$ $+$ $E_p$

Il est alors nécessaire de pouvoir calculer les énergies cinétique et potentielle. Pour cela, on dispose de formules à connaître:

 

L'énergie Cinétique : Ec

energie cinetique formule

 

L'énergie Potentielle : Ep

energies potentielle formule

 

Niveau4

Energie et puissance

De façon plus générale, quelle que soit la forme d'énergie il est possible de calculer sa valeur à partir de la puissance (Electricité)

Il suffit de connaître la formule :

$$E = P \times \Delta t$$

avec :

  • $E$ l'énergie en Joules (J) ou en kiloWatt-heure (kWh)
  • $P$ la puissance en Watts (W) ou en kiloWatt (kW)
  • $ \Delta t$ la durée en secondes (s) ou en heures (h)