L'énergie sous toutes ses formes

I. Identifier les sources et les formes d'énergie

L'énergie est partout autour de nous et se manifeste sous différentes formes.

Identifier les sources et les transferts d'énergie est donc essentiel pour comprendre comment l'énergie est utilisée dans notre quotidien.

1. Notion de source d'énergie

• Une source d'énergie est un système qui fournit de l'énergie.

• Exemples :

  $\circ$ Le Soleil est une source d'énergie lumineuse et thermique.

  $\circ$ Dans une lampe de poche (lampe torche ou celle du smartphone par exemple), la pile (ou la batterie) est la source d'énergie chimique.

2. Les différentes formes d'énergie

• L'énergie peut exister sous plusieurs formes. Voici quelques-unes des formes d'énergie les plus courantes :

  $\circ$ Énergie thermique : énergie liée à la température ;

  $\circ$ Énergie électrique : énergie associée au mouvement des électrons ;

  $\circ$ Énergie chimique : énergie stockée dans les liaisons chimiques ;

  $\circ$ Énergie nucléaire : énergie libérée lors des réactions nucléaires ;

  $\circ$ Énergie lumineuse : énergie transportée par la lumière.

• Pour les formes d'énergie liées au mouvement d'un objet (cinétique, de position ou mécanique), il est conseiller d'aller réviser la fiche suivante :

Les énergies d'un objet en mouvement : cinétique, de position et mécanique

II. Unités usuelles pour l'énergie

• L'unité standard d'énergie dans le système international est le joule ($J$).

• Remarque : il existe d'autres unités usuellement utilisées dans la vie quotidienne. Par exemple :

  $\circ$ Le watt-heure ($Wh$) pour suivre la consommation d'électricité (grâce au compteur Linky par exemple) ;

  $\circ$ La calorie ($cal$) pour établir la valeur nutritionnelle d'un aliment ou suivre l'énergie dépensée lors d'un effort physique.

III. Enjeux énergétiques : contexte général

Ce contexte général n'est pas à connaître par cœur ! Il permet simplement d'appréhender un sujet majeur pour l'humanité.

1. Dépendance des sociétés modernes aux énergies fossiles

• L'économie du monde actuel repose principalement sur l'utilisation d'énergies fossiles, à savoir : le pétrole, le charbon et le gaz naturel.

• La consommation d'énergie fossile se répartit majoritairement dans les secteurs du transport, de l'industrie, de l'électricité et du bâtiment (chauffage des bâtiments résidentiels et tertiaires).

• Le pétrole est utilisé à plus de 60% dans le domaine des transports pour faire avancer des voitures et des camions (transport terrestre), mais aussi des bateaux (transport maritime) et des avions (transport aérien). Chacun de ces modes de transport utilise presque exclusivement le pétrole comme énergie. Le reste du pétrole est surtout utilisé en pétrochimie pour produire des objets contenant du plastique, matériau omniprésent aujourd'hui.

• Le charbon est utilisé à plus de 67% pour produire de l'électricité, principalement via des centrales électriques à charbon. Le reste du charbon est utilisé pour produire de l'acier (car c'est un alliage de fer et de carbone) et du ciment.

• Le gaz naturel est quant à lui utilisé dans environ 25% de la production d'électricité mondiale. Le reste du gaz naturel est surtout utilisé pour le chauffage des bâtiments résidentiels et tertiaires et dans les fours et chaudières industriels.

• Toutes ces énergies sont utilisées en les brûlant, c'est-à-dire via une réaction de combustion. Les produits de ces combustions, comme par exemple le dioxyde de carbone ($CO_2$), ont un fort impact sur l'environnement (par exemple le changement climatique) et peuvent être dangereux pour l'Homme.

2. Alternatives aux énergies fossiles

• La consommation massive d'énergies fossiles pose aujourd'hui deux problèmes :

  $\circ\quad$ Ces énergies sont disponibles en quantité limitée sur Terre ;

  $\circ\quad$ L'utilisation (autrement dit, la combustion) de ces énergies est fortement émettrice de $CO_2$.

• Le premier problème montre que le modèle économique actuel basé sur la consommation massive de charbon, pétrole et gaz n'est pas durable. Le second problème va conduire à une augmentation de la température moyenne à la surface du globe de quelques degrés, ce qui va vraisemblablement conduire à des catastrophes climatiques puis humaines largement sous-estimées.

• Pour réduire les émissions de dioxyde de carbone et l'utilisation d'énergies fossiles, une piste serait d'avoir recours aux énergies dites renouvelables en tant que substituts, notamment : la géothermie, l'énergie hydraulique, l'énergie solaire et l'énergie éolienne.

• La position du nucléaire dans les énergies renouvelables et non renouvelables n'est pas clairement définie, mais cette énergie a l'avantage d'être très peu émettrice de dioxyde de carbone ($CO_2$) une fois la centrale nucléaire mise en fonctionnement : on peut donc consensuellement parler d'énergie décarbonée.

• Cependant, les énergies solaire et éolienne sont des énergies très diffuses (il faut énormément d'éoliennes ou de panneaux solaires pour égaler la puissance d'une centrale nucléaire d'une puissance d'1 GW par exemple) et ne fonctionnent pas en permanence car elle dépendent de l'ensoleillement et du vent.

• Par conséquent, à côté des énergies renouvelables, il est nécessaire de stabiliser la fréquence du réseau (à 50 Hz en France notamment), via une recherche continue d'un équilibre entre la production et la consommation d'électricité :

  $\circ\quad$ Soit en ayant des moyens de stockage de cette électricité colossaux, via des batteries (trop onéreuses pour l'heure, sans compter le coût d'adaptation du réseau électrique) ou des STEP (Station de Transfert d’Énergie par Pompage) par exemple ;

  $\circ\quad$ Soit en couplant ces énergies à des centrales électriques conventionnelles (charbon, pétrole, gaz ou nucléaire) : cette deuxième option, beaucoup moins onéreuse, devrait privilégier la technologie nucléaire, la seule offrant un moyen décarboné de production d'électricité. C'est le choix fait actuellement par la France pour produire son électricité. Ce mix électrique {renouvelable + nucléaire} est décarboné à plus de 90%.

_{= Merci à gbm et à athrun pour avoir contribué à l'élaboration de cette fiche =}