L'ENERGIE ET LA PUISSANCE

( par le groupe Sciences Physiques de l'Académie de Toulouse )

I. Qu'est-ce que l'énergie ?

Le mot "énergie" est d'usage très répandu. Qui n'a jamais entendu parler d'énergie nucléaire, solaire, hydraulique ou fossile ..., d'énergie d'un aliment ..., sans compter les expressions telles que : "il a de l'énergie à revendre", " c'est la crise de l'énergie", ou "il faut faire des économies d'énergie" ...

Cependant, malgré une perception intuitive de la notion d'énergie, sa définition reste délicate.

La notion d'énergie liée à un système que nous appellerions réservoir d'énergie est abstraite.

La notion d'énergie devient plus palpable lorsqu'on parle de ses possibles transformations dans un système que nous appellerions convertisseur d'énergie.

En physique, un système est un objet (ou un ensemble d'objets) défini par rapport à son environnement appelé milieu extérieur.

D'une manière générale, un système "possède" de l'énergie s'il est capable de produire, par exemple, l'une des transformations suivantes :

- élévation de la température d'un corps,

- allumage d'une lampe électrique,

- mise en mouvement d'un objet.

D'autres transformations sont possibles, mais pour vérifier qu'un système possède de l'énergie, il suffit d'imaginer les dispositifs susceptibles de produire une des transformations citées.

II. Quelles sont les formes d'énergie ?

Parmi celles dont vous avez certainement entendu parler on peut citer les énergies mécanique, électrique, thermique (ou chaleur), nucléaire , chimique ...

Les transformations entre formes d'énergie constituent une chaîne énergétique.

Exemple: quelle est la chaîne énergétique correspondant à l'allumage d'une lampe de poche ?

III. Un principe fondamental.

"L'énergie ne se crée pas, ne se perd pas : elle se transforme". C'est le principe de la conservation de l'énergie.

Cette proposition, admise sans démonstration, est toujours vérifiée dans ses conséquences.

Lorsqu'un système n'a aucun échange avec le milieu extérieur, on admet que son énergie reste constante et on dit qu'il est isolé.

IV. Les unités d'énergie.

La mesure, la comparaison de quantités d'énergie, nécessite une unité.

Dans le système international (SI) l'énergie s'exprime en joule (J).

Exemples :

* Pour soulever un objet de masse 10 kg à une hauteur de 10 m il faut fournir environ 1000 J.

* A titre comparatif, le Soleil fournit à la Terre environ 1000 J par seconde et par m².

Autres unités d'énergie :

- La tonne-équivalent-pétrole (tep) correspond à l'énergie libérée, en moyenne, par la combustion d'une tonne de pétrole.

1 tep = 42.109 J = 42 GJ.

- La tonne-équivalent-charbon (tec) correspond à l'énergie libérée, en moyenne, par la combustion d'une tonne de charbon. (Additif. la combustion nucléaire de 7 g d'uranium équivaut à la combustion chimique d'une tonne de charbon...)

1 tec = 0,69 tep.

V. Qu'est-ce que la puissance ?

La puissance d'un système nous renseigne sur la rapidité avec laquelle l'énergie a été produite ou consommée.

Dans le système international (SI) la puissance s'exprime en watt (W).

La puissance moyenne P d'un système produisant ou consommant l'énergie E, pendant une durée t, est donnée par la relation :

P = E / t               E : énergie (en J); t : durée (en s); P : puissance (en W).

Autre unité de puissance :

        - le cheval-vapeur (ch) :               1 ch = 735 W

Autre unité d'énergie :

- le kilowattheure (kW.h) correspond à l'énergie produite ou consommée en 1 heure par un système de puissance 1000 watts.

D'après la relation précédente E = P t ; on constate que  1 kW 1 h = 1000 W 3600 s  soit,

1 kW.h = 3,6 106 J = 3,6 MJ.