Ressources en énergie et conversions d'énergie

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.

  $\circ$ Énergie liées au mouvement d'un objet : cinétique ou encore de position par exemple.

• Remarque : il n'est attendu à ce stade qu'une identification de ces différentes formes d’énergie dans des situations variées.

2. Transfert (ou transport) d'énergie

• Un transfert (ou transport) d'énergie se produit lorsque l'énergie est déplacée d'un système à un autre.

• Exemple : l'énergie électrique est transférée de la prise à un appareil électroménager.

3. Conversion d'énergie

• Une conversion d'énergie se produit lorsque l'énergie change de forme.

• Exemple : lorsque la lampe de poche est allumée, l'énergie chimique de la pile (ou de la batterie) est convertie en énergie électrique, puis en énergie lumineuse (grâce à l'ampoule à incandescence ou à la LED par exemple).

II. Établir un bilan énergétique pour un système simple

1. Bilan énergétique

• Un bilan énergétique est une méthode permettant d'établir les évolutions de l'énergie dans un système en fonctionnement. Il permet de comprendre comment l'énergie est transférée et convertie dans un système.

• Ce dernier doit établir :

  $\circ$ Les sources d'énergie : ce sont les éléments qui fournissent de l'énergie au système. Par exemple, dans une voiture, l'essence est une source d'énergie chimique.

  $\circ$ Les transferts d'énergie : ils décrivent comment l'énergie se déplace d'un endroit à un autre. Par exemple, dans une voiture, l'énergie chimique de l'essence est transférée au moteur.

  $\circ$ Les conversions d'énergie : elles se produisent lorsque l'énergie change de forme. Par exemple, dans une voiture, l'énergie chimique de l'essence est convertie en énergie mécanique pour faire tourner les roues.

2. Illustration d'un bilan énergétique : diagramme (ou chaîne) énergétique

• Un bilan énergétique peut être modélisé par le biais d’un(e) diagramme (ou chaîne) énergétique.

• Exemple d'application :

  La bouilloire électrique est un système à part entière :

  $\circ$ La source d'énergie est l'électricité ;

  $\circ$ L'énergie électrique est convertie en énergie thermique pour chauffer l'eau, par le biais d'une résistance chauffante ;

  $\circ$ Le transfert d'énergie se fait de la prise électrique à la bouilloire ;

  $\circ$ La conversion d'énergie se fait de l'énergie électrique à l'énergie thermique.

• Remarque : à ce stade, il ne sera demandé que de réaliser expérimentalement un dispositif de conversion d’énergie et en rendre compte par la représentation d’une chaîne énergétique.

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. Pour ce faire, ce paragraphe fournit des informations relatives à l’utilisation de différentes sources d'énergie pour caractériser leurs conséquences sur l’environnement.

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).

• 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, les gaz à effet de serre, 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 gaz à effet de serre.

• Pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et l'utilisation d'énergies fossiles, une piste serait d'avoir recours aux énergies dites renouvelables en tant que substituts, notamment : la géothermie (liée à la chaleur libérée par la Terre), l'énergie hydraulique (liée à l'eau), l'énergie solaire (liée au Soleil, qu'elle soit thermique ou rayonnante) et l'énergie éolienne (liée au vent).

• 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 gaz à effet de serre une fois la centrale nucléaire mise en fonctionnement : on peut donc consensuellement parler d'énergie décarbonée.

• En France, le 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 =}