Journée EDD 28 mars 2012 Lycée clément ADER Tournant en Brie Notions sur l’énergie Samuel VIOLLIN IA-IPR STI Créteil

l’énergie, c’est quoi ?: Lorsque l’on dit d’une personne qu’elle est énergique…on qualifie sa capacité à « faire bouger les choses », à agir sur son environnement. Cette définition reste valable en physique L’énergie apparaît comme la capacité que possède un système à produire un effet sur son environnement, à en modifier une grandeur physique . L’unité pour quantifier l’énergie est le Joule

l’énergie, c’est quoi ?: Il faut de l’énergie pour modifier une grandeur physique liée à un système Par exemple, il faut de l’énergie pour : modifier la température de l’eau dans une casserole, modifier la vitesse d’un mobile, modifier le courant dans un circuit électrique, modifier l’aimantation dans un barreau de fer, etc. En fonction de la nature de la grandeur physique modifiée, on parle de différentes formes d’énergie. C’est toujours la même unité, le Joule

Forme d’énergie: MOTEUR W1 W2 Convertir W3 W1=W2+W3 On qualifie la forme d’énergie en fonction de la grandeur physique modifiée Energie électrique : mesurée par une tension ou un courant Energie magnétique: mesurée par le champ B Energie thermique : mesurée par une température Energie mécanique: mesurée par une vitesse, une force, un couple énergie rayonnante: mesurée par l’intensité de l’émission Energie mécanique Energie électrique MOTEUR W1 W2 On peut passer d’une forme d’énergie à une autre forme d’énergie grâce à un convertisseur , par exemple : Convertir Energie thermique W3 W1=W2+W3 L’énergie ne se perd pas. Elle se transforme 4

l’énergie, c’est quoi ?: La grandeur physique modifiée est un indicateur de l’énergie que possède un système Mais pour quantifier l’énergie d’un système, il faut également tenir compte de ses propriétés intrinsèques Pour l’air sec, il faut apporter une énergie de 1005 Joules pour modifier de 1 degré une masse de 1kg Pour l’eau, il faut apporter une énergie de 4185 Joules pour modifier de 1 degré 1 kg d’eau 5

Exemple de modification d’un état physique L’énergie thermique générée par la combustion de l’essence est convertie en énergie cinétique par le moteur et en pertes sous forme de chaleur Apport d’énergie Changement d’état la vitesse augmente Masse de la voiture 800 kg Vitesse initiale nulle Energie cinétique nulle Masse de la voiture 800 kg Vitesse finale 10 m/s Energie cinétique 40 kJ Masse du Camion 32 000 kg Vitesse initiale nulle Energie cinétique nulle Masse du Camion 32 000 kg Vitesse finale 10 m/s Energie cinétique finale 1600 kJ

D’où vient l’énergie ? On obtient l’énergie à partir de sources d’énergie primaire: C’est l'ensemble des produits énergétiques non transformés. Ce sont d’une part : les produits fossiles comme le pétrole brut, les schistes bitumineux, le gaz naturel, les combustibles minéraux solides, et l'énergie tirée de la fission de l'uranium , et d’autre part : les sources d’énergie renouvelable comme la biomasse, le rayonnement solaire, l'énergie hydraulique, l'énergie du vent, la géothermie (à partir d’une proposition INSEE) 7

D’où vient l’énergie ? On obtient l’énergie à partir de transformations de sources d’énergie primaire: Après transformation de la Source d’énergie primaire on obtient de l’énergie secondaire en Joules Bruleur Source d’énergie primaire Pétrole Transformer par combustion Énergie secondaire sous forme de chaleur Alimentation du procédé par injection Joules Pertes Déchets sous forme de gaz et de suies et de chaleur Source d’énergie primaire kilogrammes 8

Système de transformation Utiliser l’énergie pour le procédé l’énergie: de la source à l’usage A chaque étape du procédé énergétique, il y a des pertes. Il faut en tenir compte dans la réflexion globale sur l’énergie Source d’Énergie primaire Énergie secondaire Énergie finale Convertisseur Convertir Source d’énergie Primaire Pétrole Brut Transformer Pertes Système de transformation Transporter Procédé Utiliser l’énergie pour le procédé Réseau Joules Matières Énergie utile Pétrole Réseau électrique bouilloire Obtention du thé Centrale thermique 9

Notion de puissance: On dit de quelqu’un qu’il est puissant, s’il est capable de modifier RAPIDEMENT son environnement On retrouve cela pour les systèmes. On mesure la puissance d’un système par sa capacité à fournir rapidement de l’énergie. Puissance = Variation d’énergie Variation de temps Watt seconde Joule Variation d’énergie =Puissance x Variation de temps L’énergie se mesure également en Watt.heure (égal à 3600 Joules) ou ses multiples, KW.h, MW.h, GW.h Une tranche de centrale nucléaire à une puissance d’environ 1 GW

La puissance d’un système Le camion et la voiture roule ensemble. Pendant le même temps le moteur du camion a apporté plus d’énergie, il est plus puissant. Masse de la voiture 800 kg Vitesse initiale nulle Energie cinétique nulle Masse de la voiture 800 kg Vitesse finale 10m/s Energie cinétique 40 kJ Masse du Camion 32 000 kg Vitesse initiale nulle Energie cinétique nulle Masse du Camion 32 000 kg Vitesse finale 10m/s Energie cinétique finale 1600 kJ

Notion de TEP, tonne équivalent pétrole L’unité d’énergie est le Joule. Dans l’usage commun, des unités pratiques sont utilisées en rapport avec l’usage par exemple le kW.h Pour comparer l’énergie fournie par différentes sources d’énergie on les ramène souvent à l’énergie obtenue par la combustion d’une tonne de pétrole. On obtient une unité d’équivalence baptisée « tonne équivalent pétrole », la « tep » Nature de combustible Énergie dégagée par la combustion d'une tonne, en Giga Joules 1 tonne de ce combustible vaut, en tonne équivalent pétrole (en tep) Pétrole brut, gazole 42 1,000 Essence 44 1,048 Charbon 26 0,619 GPL 46 1,095 1 MW.h électrique d’origine géothermique = 0,860 tep 1 MW.h électrique d’origine nucléaire= 0,260 tep