Les formes d'énergie et la conservation
La forme de l'énergie est la manière dont l'énergie se présente.
Voici le propos d'un physicien au milieu du XXe siècle : « L'énergie nous apparaît sous un très grand nombre de formes différentes et il existe une formule pour chacune. Ce sont : l'énergie thermique, l'énergie de mouvement, l'énergie électrique, l'énergie chimique, l'énergie de rayonnement, l'énergie nucléaire. Mais il est important de se rendre compte que, dans la physique d'aujourd'hui, nous n'avons aucune connaissance de ce qu'est l'énergie »
Fondamental : Le principe de conservation de l'énergie
L'énergie ne peut être ni créée, ni détruite : elle est transformée par un objet, en passant d'une forme à une autre.
L'énergie est donc définie comme une grandeur physique mesurant la capacité d'un objet à évoluer.
Définition : Les formes de l'énergie
Il existe six formes de l'énergie :
- l'énergie nucléaire,
- l'énergie chimique,
- l'énergie de mouvement,
- l'énergie thermique,
- l'énergie de rayonnement (pour les élèves, on se restreindra à l'énergie solaire),
- l'énergie électrique.
Méthode : Représenter symboliquement les conversions d'énergie
Un objet transformant de l'énergie est un convertisseur qui :
- reçoit de la part d'une source ou d'un autre convertisseur une forme d'énergie, considérée comme l'énergie exploitée, que l'on peut identifier en posant la question " Quelle forme d'énergie l'objet reçoit-il de la source ? " ;
- convertit l'énergie entrante en une ou deux formes d'énergie, l'énergie utile, que l'on peut identifier en posant la question " A quoi l'objet sert-il ? " et l'énergie dissipée, qui répond à la question " Quelle forme d'énergie n'est pas exploitable pour l'utilisateur ? ".
Symboliquement, cette transformation peut être représentée par une chaîne énergétique : elle indique la nature du convertisseur et les formes d'énergie transformées.
Les flèches symbolisent les transferts d'énergie d'un objet à un autre.
Exemple : Des objets qui transforment l'énergie
Prenons deux exemples illustrés d'objets qui mobilisent différentes formes d'énergie.
Dans une centrale nucléaire, on exploite l'énergie nucléaire libérée par la fission de l'uranium pour la transformer en énergie électrique, utile, et en énergie thermique, dissipée par frottements.
Un sportif transforme l'énergie chimique que son corps brûle par combustion en énergie de mouvement, utile pour courir, et en énergie thermique.
Attention : Le vocabulaire usuel nous trompe...
Dans le langage courant, on emploie des expressions comme " Perdre de l'énergie ", " Économiser l'énergie ", " Produire de l'énergie " ou encore " Consommer de l'énergie " ... Ces expressions d'usage courant vont à l'encontre du principe de conservation de l'énergie car elles laissent à penser que l'énergie " s'use " ou " peut être créée " sans contrepartie :
- les " pertes " d'énergie ne correspondent pas à des disparitions d'énergie mais à des transformations : une partie de l'énergie exploitée est dissipée en une forme non utilisable ;
- " réduire sa consommation d'énergie " évoque l'idée de limiter le réchauffement climatique. En réalité, conformément au principe de conservation, la quantité totale d'énergie ne change pas mais, en utilisant des convertisseurs qui produisent davantage de gaz à effet de serre, la Terre stocke une plus grande quantité d'énergie thermique. C'est donc la qualité de l'énergie qui tend à se dégrader, pas la quantité ;
- " Produire de l'énergie " ne précise pas la nature de l'énergie utile : il s'agit implicitement de transformer une forme d'énergie en énergie électrique.