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NERGIE : DFINITIONS ET PRINCIPES

DFINITION DE LNERGIE

FORMES DNERGIE

LES GRANDS PRINCIPES DE LNERGIE

DCLINAISONS DE LNERGIE

RENDEMENT ET EFFICACIT

DFINITION DE LNERGIE

Lnergie (du grec : force en action) est ce qui permet dagir : sans elle, rien ne se passe, pas de mouvement, pas de lumire, pas de vie !Au sens physique, lnergie caractrise la capacit modifier un tat, produire un travail entranant du mouvement, de la lumire, ou de la chaleur. Toute action ou changement dtat ncessite que de lnergie soit change.

Elle est obtenue par la combustion de carburants ou de combustibles (ptrole, essence, gazole, fioul, gaz, charbon, bois, etc), par lutilisation de llectricit ou de forces naturelles comme le vent ou lnergie solaire.

Lnergie peut donc se prsenter sous plusieurs formes qui peuvent se transformer ; par exemple, production dlectricit partir du gaz, de ptrole ou de charbon dans une centrale thermique, ou le chauffage dune maison partir dlectricit ou de fioul domestique.

Dans le Systme international dunits, lnergie sexprime en joules. La tonne dquivalent ptrole (tep) est utilise par les spcialistes et les conomistes pour comparer les nergies entre elles. Dans la vie courante, on utilise le kilowatt-heure (kWh).

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NERGIE : DFINITIONS ET PRINCIPES

Lnergie dhier aujourdhuiLmergence du concept dnergie, au XIXme sicle, a t une rvolution en Physique, quand on a constat que travail mcanique et chaleur pouvaient se transformer de lun lautre.

Le concept scientifique dnergie a t au centre du dveloppement des activits techniques et industrielles relatives la production et la transformation de lnergie.

Le charbon est lorigine de la premire rvolution industrielle (machine vapeur, transports ferroviaires, mtallurgie). Lessor de nouvelles sources dnergie (ptrole, lectricit) et des communications sont lorigine de la deuxime rvolution industrielle. Ces deux rvolutions ont donn naissance de nouveaux modes de vie et nos socits modernes.

Elles ont galement donn lieu une re de dgradation de lenvironnement sans prcdent dans lhistoire humaine. Les travaux du GIEC ont permis de prendre conscience du changement climatique induit par nos activits industrielles et lutilisation des nergies fossiles depuis 200 ans, et den mesurer les consquences sur la biodiversit, le cycle de leau, bref sur lavenir de la vie.

Lnergie aujourdhui et demainComme lnergie est ncessaire toute activit humaine, lapprovisionnement en sources dnergie utilisable a t, est et restera une proccupation majeure des socits humaines.

Aujourdhui, la lutte contre le changement climatique, et plus largement une meilleure prise en compte de limpact de nos activits sur lenvironnement, nous obligent repenser notre systme nergtique, et rinventer nos faons de produire et de consommer lnergie.

Ainsi, la diversification du bouquet nergtique est, avec la sobrit et lefficacit nergtique, une des rponses aux enjeux de scurit dapprovisionnement, de comptitivit et de lutte contre le changement climatique. Dans cette optique, les nergies renouvelables et/ou propres auront un rle majeur jouer.

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NERGIE : DFINITIONS ET PRINCIPES

FORMES DNERGIE

Lnergie exprime la force des phnomnes physiques, cest une quantit mesurable. Afin que lnergie corresponde au phnomne quelle mesure, on distingue diffrentes formes dnergie :

nergie de position, cintique et mcanique

nergie potentielle chimique

nergie lumineuse

nergie lectromagntique

nergie de position, cintique et mcaniquenergie de position (ou nergie potentielle)Un corps possde une nergie de position, note Ep, qui dpend de son poids (la masse note m) et de sa hauteur (note h).

Plus sa masse et sa hauteur sont importantes, plus son nergie de position est grande.Lexpression mathmatique de lnergie de position est :

Ep = m x g x h (avec m en kilogramme, g lacclration de la pesanteur (9,81 ms-2 sur Terre) en newton par mtre, h la diffrence daltitude en mtre (altitude de dpart - altitude darrive) en mtre)On appelle cette nergie potentielle car elle est emmagasine dans le corps, ou le systme, et pourra tre transforme en nergie cintique lorsque le corps sera mis en mouvement, lors dune chute par exemple. Comme elle dpend de la masse de lobjet et de la pesanteur, cest une nergie potentielle gravitationnelle.

nergie cintiqueCest lnergie lie au mouvement dun corps ou dune particule. On la note Ec Cette nergie est proportionnelle au carr de la vitesse de dplacement : si le corps est immobile, son nergie cintique est nulle. Elle dpend aussi du poids du corps, qui est responsable du mouvement de chute (cest cause de son poids quil est attir vers le bas).

Lexpression mathmatique de lnergie cintique est :

Ec = 1/2 m v2 (avec Ec en Joule (J), la masse m en kilogramme (kg), et la vitesse v en mtre par seconde (m/s)On remarque dans cette formule que lnergie cintique est proportionnelle au carr de la vitesse de lobjet. Cela signifie que si on double la vitesse dun objet, on multiplie son nergie cintique par 4. On voit bien les consquences que cela peut avoir dans un accident de voiture : la gravit des dgts et blessures occasionns dpend de lnergie cintique du vhicule. Ainsi, une collision 60 km/h entranera des dgts ou blessures 4 fois plus graves quune collision 30 km/h. Cest aussi ce qui explique que la distance de freinage augmente avec la vitesse du vhicule : plus il y a dnergie cintique dissiper, plus cest long.

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NERGIE : DFINITIONS ET PRINCIPES

nergie mcaniqueLors de la chute dun corps, lnergie de position est peu peu convertie en nergie cintique. Lnergie mcanique (note Em ) dun corps qui chute est la somme de son nergie de position et de son nergie cintique, do lexpression mathmatique :Em = Ep+ Ec

nergie potentielle chimiqueLors dune raction chimique, de lnergie est dgage (ou absorbe suivant les ractions). Elle peut se prsenter sous forme de chaleur, de lumire, dagitation ou dexplosion.

Une raction chimique est une transformation de la matire, au cours de laquelle les atomes se recombinent, provoquant un changement de nature chimique de la matire ( ne pas confondre avec un changement dtat (solidification, vaporisation), qui nest pas une raction chimique, car les atomes ne se recombinent pas).

Pour reprsenter la raction chimique, on peut lcrire sous forme dquation chimique, par exemple lors de la combustion du carbone :C+ O2 = CO2

En se recombinant, les atomes librent de lnergie.

La combustion est une manire de rcuprer lnergie potentielle chimique, emmagasine dans un combustible (charbon, bois), en la transformant en une autre forme dnergie, la chaleur (nergie thermique).

nergie lumineuseLa lumire est une onde qui se propage la vitesse de la lumire ! Soit environ 300 000 km/s. Elle transporte de lnergie depuis une source de lumire (toile, lampe, flamme) jusqu un rcepteur (il, plante, panneau solaire).

Un capteur solaire est un rcepteur capable de capter lnergie lumineuse de la transformer en une autre forme dnergie, llectricit.

A linverse, une source de lumire, comme une lampe, peut transformer lnergie qui lalimente (llectricit) en nergie lumineuse.

La lumire est lnergie de rayonnement des ondes lectromagntiques visibles lil nu. Lnergie lumineuse est porte par des particules appeles photons.

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NERGIE : DFINITIONS ET PRINCIPES

nergie lectromagntiqueLnergie lectromagntique est lnergie associe aux ondes lectromagntiques (ondes radio ou de rayonnement).

La force lectromagntique est la combinaison de la force lectrique (issue des interactions entre charges lectriques) et de la force magntique (celle des aimants). Elle est vhicule par les photons.Le rayonnement lectromagntique est mis par les atomes ou leurs noyaux, et rsulte de laction distance des particules lectriquement charges sur les autres.

Une exprience simple pour mettre en vidence un champ lectrique Il est facile de crer un champ lectrique, et de visualiser laction distance des particules charges.

On frotte un corps isolant (surface dun CD, peigne) avec de la laine : il acquiert une charge lectrique, et modifie les proprits locales de lespace en crant un champ.

Des petits morceaux de papiers sont attirs et se collent lobjet frott : ils ressentent le champ lectrique, cest--dire quils subissent la force dattraction, due aux charges qui sattirent ou se repoussent en fonction de leur signe (+/-).

Londe se caractrise par une frquence (nombre doscillations par seconde) et par une longueur donde (distance parcourue pendant une priode doscillation). Elle se propage dans le vide la vitesse de la lumire (300 000 km/s), et presque aussi vite dans lair. En fonction de la longueur donde et de la frquence, on obtient soit :

des ondes radio

des micro-ondes (grce auxquelles on chauffe le caf)

des infra-rouges (pour voir travers les murs)

de la lumire (la seule onde que notre il sache dtecter, donc la seule visible)

des ultra-violets (pour les coups de soleil)

des rayons X (pour les radios lhpital)

des rayons gamma (processus nuclaires et radioactivit).

Lnergie lectromagntique est rayonne par une source et peut tre rcupre par un capteur.

On peut mesurer la puissance (en watt) rayonne par une source : ainsi, la puissance solaire totale reue sur Terre est de 170 PW (1 petawatt = 10 15W)

Lhomme sait crer du rayonnement lectromagntique : courant lectrique haute tension et domestique, lasers, ondes radios (radio, tlvision), tlphones mobiles, technologies sans fil haut dbit (WiFi, 3G), rayons X et gamma utiliss par la mdecine, physique nuclaire. Ce rayonnement est larg