Formes d'énergie et chaîne énergétique

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Formes d'énergie et chaîne énergétique

Les formes de l'énergie

L'énergie se cache sous plusieurs formes. Au collège, on en apprend sept :

Les formes de l'énergie : cinétique, potentielle, thermique, chimique, électrique, lumineuse, nucléaire

L'énergie cinétique est celle du mouvement : vent, rivière, voiture qui roule. L'énergie potentielle dépend de la position : eau retenue par un barrage, ressort comprimé, poids levé. L'énergie thermique est l'agitation des atomes. L'énergie chimique est dans les aliments, le bois, l'essence, les piles. L'énergie électrique est portée par les charges qui circulent, l'énergie lumineuse par la lumière et le rayonnement, l'énergie nucléaire est dans le noyau des atomes.

le mouvement, l'énergie cinétiqueDu grec kinêtikos, qui met en mouvement. Elle grandit avec la masse, et surtout avec la vitesse : deux fois plus vite, quatre fois plus d'énergie. : le vent, une rivière, une voiture qui roule ;
la position, l'énergie potentielleCelle qu'un objet a « en puissance », du fait de sa place : l'eau en haut d'un barrage peut descendre, le ressort comprimé peut se détendre. : l'eau retenue par un barrage, un ressort comprimé, un poids levé ;
la chaleur, l'énergie thermique : l'agitation désordonnée des atomes ; plus ils s'agitent, plus c'est chaud ;
l'énergie chimique, dans les liaisons entre atomes : aliments, bois, essence, piles ;
l'énergie électrique, portée par les charges qui circulent dans un circuit ;
la lumière, et tout rayonnement ;
l'énergie nucléaire, dans le noyau des atomes (chapitre 5).

Les physiciens voient plus simple : la chaleur, c'est du mouvement, celui des atomes ; l'énergie chimique, c'est une énergie de position, celle des électrons autour des noyaux (fiche « Atomes électrons », en lien en fin de page). Au fond, il reste le mouvement, la position, et la lumière qui voyage entre les deux.

Réservoirs et convertisseurs

Une chaîne énergétique se lit comme une recette. Il y a :

un réservoir, où l'énergie attend : une pile, un réservoir d'essence, le lac d'un barrage, une assiette ;
des convertisseurs, qui la changent de forme : un moteur, un alternateur, une lampe, un panneau solaire, vos muscles ;
et, à chaque conversion, une part qui s'échappe en chaleur.

En classe, on dessine le réservoir dans un rectangle et le convertisseur dans une ellipse :

Chaîne énergétique : réservoir, convertisseur, pertes en chaleur

Dans une chaîne énergétique, on dessine le réservoir dans un rectangle et le convertisseur dans une ellipse. La pile stocke de l'énergie chimique et fournit de l'énergie électrique ; le moteur la convertit en mouvement. À chaque étape, une partie de l'énergie part en chaleur : la pile tiédit, le moteur chauffe, les roues frottent.

À retenir : à chaque conversion, une partie de l'énergie part en chaleur. Elle n'est pas perdue pour l'univers ; elle est perdue pour vous, parce que vous ne savez plus vous en servir (chapitre 4).

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Suivez l'énergie : à vous

Choisissez une chaîne, puis suivez l'énergie étape par étape.

Essayez :
suivez les 100 joules de chaque chaîne jusqu'au bout. Comptez ce qui arrive vraiment à la lampe, aux roues ou au téléphone, et ce qui part en chaleur. Le total, lui, fait toujours 100.

Rendements arrondis, les mêmes que dans le jeu Perte & Fracas (sources dans le jeu) : réseau 92 %, LED 40 %, moteur à essence 20 % en usage réel, raffinerie et transport 85 %, panneau solaire 20 %, batterie 90 % ; centrale hydraulique près de 90 % ; muscles environ 22 %. Pour assembler vos propres chaînes, le jeu Perte & Fracas est en lien en fin de page.

Presque tout vient du Soleil

Remontez n'importe quelle chaîne : presque toujours, vous arrivez au Soleil.

les aliments et le bois : des plantes, qui ont capté la lumière du Soleil ;
le pétrole, le gaz, le charbon : des plantes et du plancton d'il y a des millions d'années, enfouis et transformés ;
le vent : l'air que le Soleil chauffe inégalement se met en mouvement ;
les barrages : le Soleil évapore l'eau des océans, qui retombe en pluie sur les montagnes ;
les panneaux solaires, évidemment.

Trois exceptions : l'uranium des centrales nucléaires, fabriqué lors d'explosions ou de collisions d'étoiles, bien avant la naissance du Soleil ; la géothermie, la chaleur interne de la Terre, entretenue en bonne partie par la radioactivité de ses roches ; les marées, que l'on doit à la Lune et à la rotation de la Terre.

Pour se le représenter :
un plein d'essence, c'est du soleil d'il y a des millions d'années, mis en conserve par des plantes et du plancton.