Notion d'énergie et ses diverses formes

L'énergie est une des propriétés d'un objet (corps humain par exemple).
Elle se présente sous différentes formes et dépend de l'état de l'objet dans lequel il se trouve.
La caractéristique principale de l'énergie est qu'elle se conserve toujours : lorsqu'elle passe d'un état à un autre, d'un système à un autre, rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme (Lavoisier).
Par contre, comme toutes les transformations de l'énergie ne sont pas réalisables, les diverses formes de l'énergie ne sont pas de la même intensité.
Or, la transformation de l'énergie renferme les modalités de passage d'une forme primaire (source) en une forme secondaire, ce qui a pour conséquence un rendement tel que :
mécanique > électrique : 95%
chimique > électrique : 60%
chimique > thermique > mécanique : 20%
rayonnement > électrique : 20%
Photopiles : 30%
Centrales : 80%
électrique > rayonnement : 10%

Nous verrons que certaines formes d'énergie peuvent se convertir partiellement ou totalement en d'autres.
L'intégralité de l'introduction aux énergies renouvelables est basée sur les différents types d'énergie que nous rencontrons au quotidien.

Les énergies mécaniques
    a) L'énergie élastique
Elle est associée aux déformations des objets élastiques (ex: les ressorts, compression d'un gaz).

    b) L'énergie cinétique
C'est une énergie, Ec, dépendant du mouvement d'un objet.
Son intensité est :
Ec = (1/2)*m*V²
m : masse de l'objet.
V : vitesse de l'objet.

    c) L'énergie de gravitation
Elle découle de la force de gravitation (deux corps quelconques A et B s'attirent) : son intensité est proportionnelle à l'éloignement de ces deux corps.

    d) Le travail
C'est un transfert d'énergie effectué en exerçant une force dont le point d'application se déplace dès lors qu'on soulève une masse : c'est le cas d'une personne soulevant une masse d'eau depuis sa base. Cette personne acquiert une énergie potentielle en fournissant ce travail.

    e) L'énergie potentielle
C'est l'énergie d'un solide lié à l'altitude de ce dernier. Elle est donnée par la relation :
Ep = mgz
Ep : énergie potentielle.
m : masse du solide.
z : altitude du solide.

    f) L'énergie nucléaire
C'est l'énergie la plus prolifique en terme de production d'électricité : 1kg d'uranium fournit l'équivalent de 100 000 kWh de chaleur.
Dans les détails, voir les cours de Physique nucléaire.

B) Les énergies courantes
    a) L'énergie calorifique
C'est un mouvement d'intensité variable de molécules ; elle dépend donc de la température. Nous la retrouvons lors de changement d'état d'un objet ; par exemple, lors de l'évaporation de l'eau, l'énergie calorifique de l'eau passe de l'état liquide à l'état vapeur sans déperdition : c'est la conduction calorifique.

    b) L'énergie radiative
Elle découle du rayonnement.

    c) L'énergie électrique
Elle découle des forces électriques exercées par les particules électriques (électrons, photons, protons) les unes sur les autres.
C'est le cas d'une chaudière à vapeur.

Dans les pays nordiques, le concept de créer des centrales marémotrices est toujours d'actualité avec un coût un peu plus faible mais une capacité de production très élevée.

d) L'énergie chimique
C'est une énergie associée à la liaison entre atomes au sein d'une molécule : une modification chimique des corps peut dès lors avoir lieu lorsqu'une réaction chimique est mise en jeu ; dans la plupart de ces réactions, l'énergie chimique est convertie en chaleur.

e) Les énergies fossiles
Ce sont des énergies créées par l'utilisation des minéraux formés parfois depuis la naissance de la Terre.
Leurs quantités en sont fortement limitées ce qui augmente le risque de pénurie à court terme si rien n'est fait pour freiner leur consommation.
Ainsi, si nous gardons le rythme actuel de consommation, il n'y aura plus de :
-pétrole dans 30 ans.
-gaz dans 60 ans.
-uranium dans 110 ans.
-charbon dans 240 ans.
Des données à corréler avec les perspectives (décisions entre autres) à venir en matière de consommation d'énergie.

Les énergies renouvelables
Ce sont des énergies provenant directement ou indirectement du soleil, de la Terre (Géothermie) et des déchets ; leur utilisation est encore marginale comme le démontre le bilan d'énergie suivant :

Ce bilan d'énergie donne beaucoup d'espoir quant à la réduction des gaz à effet de serre.