Les différentes formes d'énergie
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Introduction
Il existe différents types d’énergies. L’énergie dans le sens commun du terme est surtout assimilée à l’énergie utilisée par l’être humain pour s’éclairer ou se chauffer. En réalité, il ne s’agit que d’une partie des nombreuses formes que peut prendre l’énergie dans la nature et que l’être humain a appris à utiliser et à transformer pour en tirer des bénéfices.
Dans ce cours nous allons définir la notion d’énergie et nous étudierons les différentes formes d’énergie : thermique, électrique, chimique, nucléaire et lumineuse.
La notion d’énergie
La notion d’énergie
« Tout est énergie » disait Einstein. L’énergie est partout : ses différentes formes ainsi que les différentes sources d’où elle provient nous confirment cette caractéristique.
Définition
Énergie :
L’énergie est une grandeur physique exprimée en joule (J), elle se définit toujours dans un système donné. C’est par elle qu’on peut expliquer la modification d’un état, les réactions chimiques, le mouvement d’un corps, la création de source lumineuse.
Définition
Source d’énergie :
Une source d'énergie définit tous les phénomènes à partir desquels de l’énergie peut être exploitée : Soleil, gaz, magma, biomasse…
À retenir
L’énergie n’est jamais perdue et jamais créée, elle est échangée entre des systèmes.
Il faut bien comprendre que lorsque l’on parle d’énergie ce n’est pas seulement celle qu’utilise l’Homme.
Les différentes formes d’énergie
Les différentes formes d’énergie
L’énergie potentielle de pesanteur
L’énergie potentielle de pesanteur
Lorsqu’on tient un objet au-dessus du sol, on sait par instinct qu’il tombera si on le lâche : ce phénomène est lié à l’énergie potentielle de pesanteur.
L’énergie potentielle d’un objet se calcule en fonction de sa hauteur, et des interactions auxquelles il est soumis, c’est-à-dire la plupart du temps, la gravitation terrestre.
Définition
Énergie potentielle de pesanteur :
L’énergie potentielle de pesanteur d’un objet situé en hauteur est l’énergie induite par sa masse et par le champ de pesanteur d’un corps céleste.
L’énergie potentielle de pesanteur du gland qui tombe du chêne est fonction de sa hauteur, de sa masse, et de $\text{g}$, l’intensité du champ de pesanteur terrestre.
Rappel
La gravitation est l’une des interactions fondamentales qui régissent les lois de l’Univers.
La pesanteur est une conséquence de la gravitation sur Terre.
L’énergie cinétique
L’énergie cinétique
À retenir
Tout corps en mouvement a une énergie cinétique.
L’énergie générée par les marées ou les cours d’eau (énergie hydraulique) ou celle générée par le vent (énergie éolienne) sont des énergies cinétiques. Elles sont utilisées par exemple pour produire de l’énergie électrique par conversion dans les barrages ou les éoliennes.
Définition
Énergie cinétique :
L’énergie cinétique est l’énergie d’un objet en mouvement, elle dépend de sa vitesse et de sa masse.
L’énergie lumineuse
L’énergie lumineuse
Définition
Énergie lumineuse :
L’énergie lumineuse est une lumière émise par une source primaire. L’énergie lumineuse se présente à la fois sous la forme d’une onde et sous la forme de grains appelés photons.
Une source primaire produit la lumière qu’elle émet alors qu’une source secondaire renvoie la lumière qu’elle reçoit.
- Le Soleil et les étoiles en général, les lampes à incandescence ou les lasers sont des sources primaires de lumière.
L’énergie lumineuse est captée par un récepteur. Le récepteur le plus courant est l’œil, qui capte la lumière reflétée par l’environnement, mais il existe d’autres récepteurs.
Exemple
Lors de la photosynthèse les plantes captent l’énergie lumineuse pour respirer, de même, les panneaux solaires captent l’énergie lumineuse pour créer de l’électricité.
L’énergie chimique
L’énergie chimique
Définition
Énergie chimique :
L’énergie chimique est l’énergie libérée lors d’une réaction chimique, elle est associée aux liaisons entre les atomes constituant les molécules.
Lors d’une transformation chimique, les molécules des réactifs se répartissent pour former les molécules du produit. C’est cette répartition qui crée de l’énergie chimique.
Exemple
Lors d’une combustion : les molécules du combustible s’associent aux molécules de l’air et libèrent de l’énergie.
L’énergie électrique
L’énergie électrique
Définition
Énergie électrique :
L’énergie électrique est l’énergie associée au déplacement des électrons à travers un matériau conducteur.
La plupart des appareils que nous utilisons fonctionnent grâce à un apport d’énergie électrique.
L’énergie thermique
L’énergie thermique
Définition
Énergie thermique :
L’énergie thermique est causée par l’agitation, dans la matière, des molécules et des atomes. Elle se manifeste par des transferts de chaleur.
L’énergie thermique nous parvient naturellement par le rayonnement solaire et par la chaleur produite par le noyau terrestre.
L’énergie nucléaire
L’énergie nucléaire
Dans un atome, les composants du noyau sont liés par des interactions fortes. Ceci signifie qu’il faut une énergie très importante pour casser ces interactions. C’est le principe de l’énergie nucléaire.
Définition
Énergie nucléaire :
L’énergie nucléaire ou atomique, est l’énergie libérée lorsque des atomes se cassent ou s’unissent.
- On parle de fission nucléaire lorsque le noyau d’un atome se divise pour former deux noyaux plus légers.
- On parle de fusion nucléaire lorsque deux noyaux fusionnent pour n’en former qu’un seul plus lourd.
Certains atomes, comme l’uranium, sont utilisés dans les centrales nucléaires car ils ont des noyaux plus faciles à casser que les autres.
Les étoiles sont formées à partir de l’énergie de la fusion nucléaire des atomes d’hydrogène et d’hélium présents en grande quantité dans l’Univers.
Conclusion :
La maîtrise de l’énergie est l’enjeu principal du XXIe siècle. Mieux connaître les différentes formes d’énergie permet de mieux les utiliser.
L’énergie existe sous forme de mouvement (comme l’énergie du vent), de rayonnement (comme l’énergie solaire), ou encore à l’échelle des atomes (comme la fission nucléaire ou la combustion).
Différentes techniques existent pour manier cette énergie, aujourd’hui l’Homme est capable de stocker, de transporter, de convertir l’énergie afin de répondre à ses besoins.