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« Énergie » : différence entre les versions

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==Travail et chaleur==
{{Semi-protection}}
[[Image:Lightning over Oradea Romania 2.jpg|thumb|200px|La [[foudre]] frappant au-dessus d'Oradea en Roumanie]]
Dans le sens commun l''''énergie''' désigne tout ce qui permet d'effectuer un [[Travail d'une force|travail]],
fabriquer de la [[chaleur]], de la [[lumière]], de produire un [[Mouvement (mécanique)|mouvement]].


'''Le [[Travail d'une force|travail]] est un transfert ordonné d’[[énergie]] entre un [[système thermodynamique|système]] et le milieu extérieur.'''
En [[physique]], c'est une grandeur [[scalaire]], exprimée en ML{{exp|2}}T{{exp|-2}} ([[Joule]]s). L'énergie est la mesure unifiée des différentes formes de mouvement. On distingue d'une manière générale l'énergie cinétique, qui correspond à la mesure du mouvement des particules de matière, et l'énergie potentielle qui correspond à la mesure du mouvement des particules virtuelles assurant les interactions, c'est-à-dire à l'origine des forces. Ce sont les bosons médiateurs : le graviton pour la force gravitationnelle, le photon pour la force électromagnétique, les bosons W+, W- et Z0 pour l'interaction faible, et les gluons pour l'interaction forte.


*Considérons l’ensemble cylindre piston qui est à la base de l’obtention de travail mécanique par action de la chaleur. À l’échelle microscopique les chocs des particules de gaz sur le piston définissent la pression exercée sur celui-ci à l’échelle macroscopique. Chaque choc contribue au déplacement concerté avec les autres chocs, du piston dans la même direction. Il y a addition des forces induites par chaque choc et c’est pourquoi le transfert d’énergie est considéré comme ordonné.
Un apport important de la physique est la '''conservation de l'énergie''' dans les systèmes fermés. Ce principe empirique a été validé, bien après son invention, par le [[théorème de Noether]]. La loi de la conservation de l'énergie découle de l'homogénéité du temps. Elle énonce que le mouvement ne peut être créé et ne peut être annulé : il peut seulement passer d'une forme à une autre. Afin de donner une caractéristique quantitative des formes de mouvement qualitativement différentes considérées en physique, on introduit les formes d'énergie qui leur correspondent.


*Si l’on considère maintenant le travail électrique. Il est du au déplacement des électrons dans un conducteur sous l’influence d’un champ électrique. Ici encore l’ensemble des électrons se déplace dans la même direction et les effets s’additionnent au niveau macroscopique.
À ne pas confondre avec l'[[énergie libre]], qui s'utilise essentiellement dans le cas de [[transformation isochore|transformations isochores]].


{{Portail}}


'''La [[chaleur]] est un transfert désordonné d’énergie entre le système et le milieu extérieur'''.
== Historique ==
Le mot ''énergie'' vient du [[Latin vulgaire|bas latin]] ''energia'' qui vient lui-même du [[grec ancien|grec]] ''ἐνέργεια'' (''energeia'') qui signifie « force en action »<ref>[http://atilf.atilf.fr/dendien/scripts/tlfiv5/visusel.exe?12;s=1888470840;r=1;nat=;sol=1; Trésor de la langue française informatisée]</ref>, par opposition à ''δύναμις'' (''dynamis'') signifiant « force en puissance ».

Après avoir exploité sa propre [[Force (physique)|force]], puis celle des [[esclave]]s, des [[animal|animaux]] et de la [[nature]] (les [[vent]]s et les chutes d'[[eau]]), l'homme a appris à exploiter les énergies contenues dans la nature et capables de lui fournir une quantité croissante de [[travail]] mécanique par l'emploi de [[machine]]s : machines-[[outil]]s, chaudières et [[moteur]]s. L'énergie est alors fournie par un [[carburant]] ou [[énergie fossile]].

L'énergie est un concept ancien.
L’expérience humaine est que tout travail requiert de la force et produit de la [[chaleur]] ; que plus on « dépense » de force par quantité de temps, plus vite on peut faire un travail, et plus on s'échauffe.

Comme l'énergie est nécessaire à toute entreprise humaine, l'approvisionnement en énergie est devenu une des préoccupations majeures des [[Société (sciences sociales)|sociétés humaines]].

Un Grec de l'antiquité possédait en moyenne cinq esclaves. Un ménage moderne avec un [[compteur électrique]] de 6&nbsp;kW possède l'équivalent énergétique de 36&nbsp;esclaves.

==Énergétique==
[[Image:Energie.png|250px|right|Relation entre les différents types d'énergies]]

Dans les sociétés industrielles, l'activité humaine passe par la fourniture d'énergie électrique produite par des matières premières, principalement [[Houille|charbon]], [[gaz naturel]], [[pétrole]] et [[uranium]] ; on parle alors d'énergie fossile ; ces matières premières sont appelées par extension « énergies ». On parle aussi d'énergies renouvelables lorsque l'on utilise l'[[énergie solaire]], l'[[énergie éolienne]] ; l'[[énergie hydraulique]] des barrages est la plus importante des énergies renouvelables. (Voir aussi : [[politique énergétique]].)
L'énergie est un concept essentiel en [[physique]], qui se précise depuis le {{XIXe siècle}}.

On retrouve le concept d'énergie dans toutes les branches de la [[physique]] :
*en [[mécanique]] ;
*en [[thermodynamique]] ;
*en [[électromagnétisme]] ;
*en [[mécanique quantique]] ;
*mais aussi dans d'autres disciplines, en particulier en [[chimie]].

== Approche vulgarisée ==
=== Une unité « universelle » ===
L'énergie est un concept créé par les humains pour quantifier les interactions entre des phénomènes très différents ; c'est un peu une monnaie d'échange commune entre les phénomènes physiques. Ces échanges sont contrôlés par les lois et principes de la [[thermodynamique]]. L'unité officielle de l'énergie est le [[Joule]].

Lorsqu'un phénomène entraîne un autre phénomène, l'intensité du second dépend de l'intensité du premier. Par exemple, les réactions chimiques dans les muscles d'un cycliste lui permettent de provoquer le déplacement du vélo. L'intensité de ce déplacement (c'est-à-dire la vitesse) dépend de l'intensité des réactions chimiques des muscles du cycliste, qui peuvent être quantifiées (la quantité de sucre « brûlée » par la [[respiration]], le [[métabolisme]] du muscle).

Prenons un exemple plus complexe. Un [[moteur à explosion]] fonctionne grâce à une réaction chimique : la [[combustion]] (ou « explosion ») qui a lieu à l'intérieur d'un cylindre. La réaction du [[combustible]] (l'essence) avec le [[comburant]] (l'oxygène de l'air) produit du gaz avec émission de chaleur et de lumière, ce qui se traduit par une augmentation de la température et de la pression dans le cylindre ; la différence de pression entre ce gaz et l'atmosphère de l'autre côté du piston déplace ce dernier, qui va, à travers une transmission mécanique, faire tourner les roues ainsi qu'un [[alternateur]] qui va produire de l'électricité. Au passage, il y aura des [[frottement]]s mécaniques qui produiront un échauffement et une usure.

On a donc un réarrangement des molécules (rupture et recréation de [[liaison chimique|liaisons chimiques]]) qui provoque une augmentation de la quantité de mouvement des molécules (ce qui se traduit par une augmentation de la température du gaz et donc une augmentation de sa pression). Ce dernier provoque le mouvement d'un solide (le piston), qui va entraîner un système de transmission, et pouvoir ainsi d'une part faire tourner un axe, qui peut être par exemple relié aux roues d'une voiture ou bien à un alternateur. L'entraînement de la pièce mobile de cet alternateur va faire tourner un aimant qui, par induction au sein d'une bobine, va provoquer un déplacement d'électrons (courant électrique).

Le concept d'énergie va permettre de calculer l'intensité des différents phénomènes (par exemple la vitesse de la voiture et la quantité d'électricité produite par l'alternateur) en fonction de l'intensité du phénomène initial (la quantité de gaz et la chaleur produite par la réaction chimique de combustion).

; Remarques

* Dans les applications grand public, et notamment dans le domaine de la [[nutrition]], on exprime fréquemment l'énergie en [[calorie]]s ; la calorie est en toute rigueur l'énergie qu'il faut fournir pour faire chauffer un gramme d'eau de un [[degré Celsius]], mais les nutritionnistes nomment par simplification « calorie » ce que les physiciens nomment « kilocalorie ».
* En électricité, on utilise le [[watt-heure]] (Wh), énergie consommée pendant une heure par un appareil ayant une [[puissance (physique)|puissance]] d'un [[watt]], ou encore son multiple le kilowattheure (kWh) qui vaut {{formatnum:1000}}&nbsp;Wh. Celui-ci n'est pas très éloigné du travail que peut effectuer un cheval en une heure (736&nbsp;Wh par convention) excepté en termes de coût, car il revient en France en 2005 à 7&nbsp;centimes d'euro.
* Pour des raisons [[thermodynamique]]s ([[second principe de la thermodynamique|second principe]]), toute transformation énergétique réelle est irréversible, ce qui veut dire qu'en inversant l'opération (exemple : retransformer en mouvement via un moteur électrique l'énergie produite par la dynamo d'un vélo) on ne retrouve pas la quantité l'énergie consommée au départ. Cela est lié aux pertes.

=== L'énergie et la révolution industrielle ===
Le concept d'énergie est fondamental pour l'étude des phénomènes de transformation (comme la [[chimie]] et la [[métallurgie]]) et de [[transmission du mouvement|transmission mécanique]], qui sont la base de la [[révolution industrielle]]. Le concept physique d'énergie est donc logiquement né au {{XIXe siècle}}.

En [[1686]], [[Leibniz]] montre que la quantité m·v{{2}}, appelée « force vive », se conserve.
En [[1788]], [[Joseph-Louis Lagrange|Lagrange]] montre l'invariance de la somme de deux quantités, que l'on appellera plus tard « [[énergie cinétique]] » et « [[énergie potentielle]] ».

Au {{XIXe siècle}}, on parvient par une série d'expériences à mettre en évidence des constats ou ''lois'' :
* on constate que la chute d'un poids donné d'une même hauteur produit toujours le même échauffement (calorimétrie) ;
* et si la vitesse finale n'est pas nulle, la hausse de température est moindre, comme si seulement une partie de la chute était convertie en vitesse et le reste en chaleur ;
* de même un échauffement pourra produire une dilatation, une augmentation de pression, qui elle-même permettra de « travailler » par exemple en déplaçant une masse ;
et le total est toujours conservé : ainsi naît le concept scientifique d'énergie, « chose » encore indéterminée mais dont on postule une propriété :
: l'énergie se conserve dans tous les phénomènes, devenant tour à tour, chaleur, pression, vitesse, hauteur, etc.

Ainsi, grâce à l'énergie, on peut mettre en relation des observations aussi différentes qu'un mouvement, une rotation, une température, la couleur d'un corps ou d'une lumière, une consommation de sucre ou de charbon, une usure, etc.

Il apparaît également que si l'énergie se conserve et se transforme, certaines transformations sont faciles ou réversibles et d'autres non.

Par exemple, il est facile de transformer de la hauteur de chute en échauffement, et on peut le faire intégralement, en revanche l'inverse est difficile (il faut des appareils complexes) et une partie de l'« énergie » devra être diffusée et donc perdue. Cette observation sera à la base de l'idée d'[[entropie]].

À partir du concept de conservation de l'énergie (en quantité), on pourra regarder d'un œil différent des systèmes complexes (notamment biologiques et chimiques) qui violent apparemment cette loi, et on parviendra, moyennant de nouveaux progrès scientifiques, à toujours valider le postulat ou principe de conservation de l'énergie.

=== Énergie et ésotérisme ===
L'énergie est donc « quelque chose » qui se conserve. Cependant, cette notion de « quelque chose » est assez floue et assez bien illustrée par la boutade :

: principe −1 de la thermodynamique : l'énergie existe, la preuve, c'est qu'on la paie
(référence aux [[principes de la thermodynamique]]).

Cette notion floue a laissé l'image dans de nombreux esprits d'une sorte de fluide qui passerait d'un objet à l'autre au cours des transformations, réminiscence du concept de [[phlogistique]] (un « fluide immatériel » censé véhiculer la chaleur)<ref>L'inadéquation de ce concept a été montrée par des machines à frottement, montrant qu'on pouvait tirer de la matière autant de phlogistique qu'on le désirait sans qu'elle se modifie en quoi que ce soit</ref>. Cette vision, dite « substantialiste » a longtemps été sous-jacente par exemple dans les théories de la chaleur (concept de « [[chaleur-substance]] » ou [[calorique]]), jusqu'au milieu du {{XIXe siècle}}. On la retrouve d'ailleurs dans la terminologie moderne de « [[capacité calorifique]] », « [[chaleur latente]]», etc.

Faute d'un vocabulaire plus approprié, le terme « énergie » revient fréquemment dans les discours [[pseudo-science|pseudo-scientifiques]] (avec les [[onde]]s). On entend ainsi parler d'énergie « pure » (alors que l'énergie ne fait que décrire l'état de quelque chose d'autre), ou d'une « énergie encore inconnue »…

La différence entre les « énergies » du discours [[pseudo-science|pseudo-scientifique]] se situe au niveau de la définition : en physique, l'énergie est une grandeur précisément définie, quantifiable et mesurable. Ceci implique que l'on puisse être capable de ''mesurer'' précisément l'énergie (cinétique, potentielle…) ou ses variations, au moins du point de vue théorique. Ceci n'est pas le cas des pseudo-énergies telle que « l'énergie psychokinétique » ou « cosmique » qui ne sont pas vérifiables ni réfutables, leur existence ne pouvant être prouvée et donc non scientifiques.

Ainsi lorsque l'on parle « d'[[énergie cinétique]] » d'un corps, celle-ci peut être précisément définie, pour un corps considéré comme ponctuel<ref> C'est-à-dire dont les dimensions spatiales peuvent être considérées comme faibles devant une longueur caractéristique de la situation envisagée. Ainsi la Terre (rayon ''R{{ind|T}}''&nbsp;≈&nbsp;{{formatnum:6400}}&nbsp;km) peut être considérée comme ponctuelle pour l'étude de son mouvement de révolution autour du soleil (rayon de l'orbite 'R''&nbsp;≈&nbsp;1,5×10{{exp|8}}&nbsp;k, périmètre de l'ordre de 10{{exp|9}}&nbsp;km). Cette approximation ne sera évidemment pas valable si l'on considère le mouvement de rotation propre de la Terre...</ref>, et en [[mécanique classique]] par la formule : <math>E_{k}=\frac{1}{2}mv^{2}\,</math>, <math>v\,</math> étant la vitesse du corps dans le [[référentiel]] d'étude du mouvement. La quantité est donc clairement définie, avec un domaine de validité précis (ici ''v''&nbsp;≪&nbsp;''c'' et hors domaine quantique, corps ponctuel). Aucune formule (ni à travers aucun fait) ne donnera jamais l'expression, même approximative, de « l'énergie psychokinétique » dans les croyances de l'ésotérisme…

Seule la mathématisation du concept d'énergie permet d'éviter les confusions et les contradictions inhérentes à l'ancienne vision substantialiste et holistique. Ainsi l'énergie en général ne peut être définie : ce n'est autre qu'une grandeur physique, numérique, associée à une situation concrète (par exemple, le mouvement d'un corps pour l'[[énergie cinétique]], une interaction pour une forme d'[[énergie potentielle]], etc.). C'est par le nombre que la notion d'énergie atteint un degré d'objectivité adéquat en physique moderne.

La confusion est en partie entretenue par des simplifications de langage, où par commodité on énonce parfois que :
* une onde '''est''' un transport d'énergie sans transport de matière ;<br /> — ou bien —
* la masse '''est''' une forme d'énergie : <math>E = m\mathrm{c}^2</math> ;

alors que des formulations plus précises (mais parfois plus longues) seraient :
* une onde propage une perturbation, dont l'intensité peut s'exprimer comme une énergie, sans transporter de matière ;<br /> — et —
* la masse peut se transformer en [[photon]]s (désintégration), en [[liaison nucléaire]] (la masse du [[noyau atomique]] est inférieure à la somme des masses des [[nucléon]]s pris individuellement), des photons peuvent se transformer en masse (transformation d'un photon [[rayon gamma|gamma]] en paire [[électron]]-[[positron]]) ; l'intensité de la masse et peut donc comme tous ces phénomène s'exprimer sous la forme d'une énergie<ref>Sachant que la relation [[E=mc²|''E''&nbsp;=&nbsp;''m''·c{{2}}]] est vraie pour les seules particules et systèmes dotés de masse, quand ils sont au repos, et non pour les photons (voir à leur sujet : ''[[Impulsion]]'').</ref>.

On ne peut donc pas séparer la notion d'énergie de la forme sous laquelle elle est stockée.

=== Énergie et arts martiaux ===

Dans beaucoup d'arts martiaux il est question d'énergie (ou de ''[[Qi (spiritualité)|qi]]''). Cependant, il faut plutôt y voir une métaphore de la volonté ou l'entraînement des pratiquants, qui n'a aucun rapport avec le terme scientifique ''énergie'' qui est une grandeur physique quantifiable et mesurable. Le ''[[Qi (spiritualité)|qi]]'' est un concept spirituel, c'est un mot chinois qui a pour traduction « esprit », « vapeur », « exhalaison », « fluide », « influx », « énergie ». Le concept indien qui s'en rapproche est le [[prana]].
Le qi peut aussi être appelé chakra ou énergie spirituelle.

== Énergie en sciences physiques ==

C'est une grandeur en ML{{exp|2}}T{{exp|−2}} (Joules).

En physique, l'énergie est une manière d'exprimer l'intensité des phénomènes ; c'est de fait une quantité mesurable, et qui s'exprime de manière différente selon les transformations que subit un système ([[réaction chimique]], choc, mouvement, [[réaction nucléaire]] etc.). L'énergie se définissant de manière différente selon les phénomènes, on peut de fait définir diverses « formes d'énergie » (voir plus loin).

Par ailleurs, d'après la loi de causalité, un phénomène a une cause ; c'est la variation d'intensité du phénomène-cause qui provoque la variation de l'intensité du phénomène-effet. Si les intensités des phénomènes cause et effet sont exprimées sous la forme d'une énergie, on voit alors que l'énergie se conserve (voir ci-après).

L'unité du [[système international]] pour mesurer l'énergie est le [[joule (unité)|joule]] ('''J''').

Certaines activités utilisent d'autres unités, notamment l'[[électron-volt]] (1&nbsp;eV&nbsp;=&nbsp;1,602·10{{exp|−19}}&nbsp;J), le [[kilowattheure]] (1&nbsp;kWh&nbsp;=&nbsp;3,6 &nbsp;MJ), la calorie (4,18&nbsp;J), la Calorie (alimentaire : {{formatnum:4180}}&nbsp;J ; notez le C capitale), et le kilogramme en physique relativiste.

La thermodynamique est la discipline qui étudie les transformations de l'énergie qui font intervenir l'énergie thermique. Le [[premier principe de la thermodynamique|premier principe]] affirme que l'énergie se conserve, le [[second principe de la thermodynamique|second principe]] impose des limitations au rendement de la transformation de l'énergie thermique en énergie mécanique, électrique ou autre.

=== Énergie, puissance et force ===

Le mot « énergie » provient du mot grec signifiant « travail ». Mais le mot « travail » est aussi utilisé en physique pour désigner l'énergie fournie par l'action d'une [[Force (physique)|force]].

En physique, force et énergie sont deux manières différentes de modéliser les phénomènes. Par exemple, on pourra traiter la chute d'un objet soit :
* avec les forces : en appliquant les [[lois du mouvement de Newton]], en écrivant que l'accélération est proportionnelle à la force et inversement proportionnelle à la masse ;
* ou avec les énergies : en formulant que la diminution de l'[[énergie potentielle gravitationnelle|énergie potentielle gravité]] est égale à l'augmentation de l'[[énergie cinétique]].

Le travail désigne donc l'énergie d'un phénomène qui peut aussi être modélisé par une force, c'est-à-dire un phénomène qui provoque une action dirigée dans une direction.

Cependant, certains phénomènes ont une action désordonnée, chaotique ; par exemple, l'agitation des molécules d'un gaz au repos (sans vent), ou bien l'agitation des atomes d'un solide. Cette agitation désordonnée provoque la sensation de « chaud », et elle est mesurée par un paramètre appelé [[température]]. L'énergie liée à cette agitation désordonnée est appelée [[énergie thermique]].

=== Rendement ===

L'énergie « libérée » par un phénomène se disperse entre plusieurs autres phénomènes.

Ainsi, dans une flamme (réaction chimique), une partie de l'énergie dégagée devient chaleur, une autre lumière, une autre fraction est stockée dans des molécules complexes, etc.

On nomme [[rendement]] le quotient entre l'énergie ayant la forme qui nous intéresse et l'énergie dépensée pour l'obtenir.

Dans le cas d'un moteur, par exemple, ce qui nous intéresse est le [[Mouvement (mécanique)|mouvement]] mécanique produit. Le reste de l'énergie est au mieux considéré comme perdu (cas de ce qui part en chaleur dans les gaz d'échappement), au pire nuisible (cas de ce qui part en travail d'usure physique ou chimique du moteur).

Un moteur idéal, qui convertirait toute l'énergie de combustion de l'essence en mouvement mécanique du véhicule, aurait un rendement de 1 (ou de 100&nbsp;%). En réalité celui-ci est aux alentours de 25&nbsp;% seulement pour un moteur 4 temps, et un peu plus pour les turbines, en particulier industrielles.

Le rendement réel est bien sûr toujours inférieur à 1.

Dans certain cas, il peut apparaître un « rendement » apparent supérieur à 1 :
*une [[pompe à chaleur]] (ou un climatiseur inversé) donne couramment 3 fois plus de chaleur qu'on lui a injecté d'énergie électrique. C'est simplement parce qu'au lieu de dissiper cette énergie en chaleur par [[effet Joule]], il est allé chercher des calories à l'extérieur (fût-ce dans une eau à 2°C, ce qui fait tout de même encore 275,15&nbsp;[[kelvin]]s). Le rendement énergétique est en fait égal à 1 (par définition, puisque l'énergie se conserve), et l'on préfère nommer ''coefficient de performance'' le rapport des calories mises à disposition par la pompe à chaleur à celui qu'aurait assuré le seul effet Joule.

* Un autre cas de rendement apparent supérieur à 1 provient d'une sous-estimation de l'énergie injectée pour des raisons historiques. Ainsi, les chaudières ont traditionnellement pour référence l'énergie « PCI » (Pouvoir Calorifique Inférieur) du combustible, qui suppose une combustion ne produisant que des gaz. Les chaudières à condensation, capables de récupérer l'énergie thermique de la transformation de la vapeur d'eau en liquide, ont pu ainsi afficher des rendements apparents supérieurs à 1.

=== Loi de conservation ===

'''L'énergie est une quantité qui [[loi de conservation|se conserve]].'''

La notion de conservation est relativement simple à comprendre.

Si on met dans un volume quelque chose et que l'on ferme bien la boîte, l'on s'attend à y retrouver, lorsqu’on l’ouvrira ultérieurement, ce qu'on y a mis. Ceci en physique s'appelle un principe de conservation ; la boîte est l'ensemble des phénomènes considérés. Si on ne retrouve pas tout, c'est que une partie a pu sortir sous une forme ou une autre ou même que ce qui manque (ou est en plus) a changé de forme et qu’on ne s'en est pas rendu compte. On a en fait « oublié de mettre un élément dans la boîte », on a négligé d'inclure un phénomène dans le système.

Ce principe est tellement fort en physique qu’à chaque fois qu'il a paru ne pas être vérifié cela a conduit à des découvertes importantes. Chaque fois qu'il a semblé que l'énergie n'était pas conservée, il s'agissait en fait de sa transformation en une nouvelle forme. Par exemple, la radioactivité a un temps été interprétée comme la réémission de quelque chose qui était reçu de l'extérieur et l'explication est venue de l'équivalence masse énergie.

L'énergie dans un volume est donc d'office conservée, par principe, et si elle diminue dans le volume, c'est qu'une partie en est sortie... ou qu'elle s'est transformée en quelque chose qu'il nous faut identifier : chaleur, masse, rayonnement, etc. La perte d'énergie, même minime, est fréquemment due à sa transformation en [[énergie thermique]].

On est tenté d'écrire :
: « L'énergie se transforme d'une forme en une autre, mais ne disparaît jamais. »
La formulation exacte serait :
: « Lorsque l'intensité d'un phénomène varie, cela ne peut se faire que par la variation d'un autre phénomène ; la somme des énergies représentant l'intensité de ces phénomènes est une constante. »

Dans les processus [[radioactivité|radioactif]]s, le mouvement de la particule éjectée, ou l'impulsion du photon créé, provient de la disparition de la masse ; on écrit souvent par un raccourci que « l'[[énergie de masse]] se transforme en [[énergie cinétique]] ».

L'énergie d'une [[réaction]] [[chimique]] correspond à une variation de masse trop infime pour être mesurable, ce qui a fait croire un temps à la [[conservation de la masse]] dans les réactions chimiques. De fait, on considère toujours actuellement que la masse se conserve lors d'une réaction chimique, mais l'on sait que c'est une approximation.

Un résultat majeur de la physique théorique se basant sur le [[mécanique lagrangienne|formalisme lagrangien]], le [[théorème de Noether]], montre que le fait que l'énergie se conserve est équivalent à la symétrie de translation dans le temps des équations de la physique.

Cette quantité est composée d'éléments divers (énergie thermique, énergie [[cinétique]], énergie de masse, etc.), qui s'échangent dans un jeu qui est toujours à sommes nulles. Le [[théorème de Noether]] montre que cette caractéristique est équivalente à la symétrie des équations physiques par rapport à une translation dans le temps ou l'espace.

La conservation de la masse peut être vue comme une forme de conservation de l'énergie. C'est là le sens du <math>E = mc^2</math> d'Einstein.

=== Formes d'énergie ===

En pratique, on distingue souvent différentes « formes » d'énergie. Toutefois, il faut être conscient que l'énergie sert à mesurer l'intensité d'un phénomène, cette division n'est qu'une manière de faire correspondre l'énergie au phénomène qu'elle mesure. Par ailleurs, cette distinction n'a rien d'absolu, mais dépend uniquement de la position de l'observateur : le principe de relativité s'applique aussi à l'énergie, de sorte que le même phénomène pourra être analysé en terme d'énergie « cinétique », « électromagnétique », ou « potentielle »...

Les formes d'énergie classiquement considérées sont :
* [[énergie cinétique]] : l'énergie associée au mouvement d'un corps ou d'une particule ; cela comprend également l'[[énergie électromagnétique]] transportée par les [[photon]]s ([[lumière]], [[onde radio|ondes radio]], [[rayons X]] et [[rayon gamma|γ]]...) ou par des particules chargées ([[énergie électrique]]) ;
* [[énergie thermique]] : l'énergie cinétique d'un ensemble au repos ;
* on peut dire que les autres types d'énergie sont des [[énergie potentielle|énergies potentielles]] : moyennant un petit changement, possible sans travail, un système instable se transforme en un système plus stable, avec dégagement de la différence d'énergie entre les deux systèmes (le plus stable ayant une énergie moindre) ;
** [[énergie potentielle mécanique]] (énergie potentielle de gravité ou énergie potentielle élastique) qui forme avec l'[[énergie cinétique]] ce qu'on appelle l'[[énergie mécanique]] ;
** [[potentiel chimique|énergie potentielle chimique]] ;
** [[énergie potentielle électromagnétique]] ([[énergie potentielle électrostatique]] ou [[énergie potentielle magnétostatique|magnétostatique ]]): position instable d'une ou plusieurs particule(s) chargée(s) dans un [[champ électromagnétique]], par exemple l'énergie stockée dans un condensateur ou dans une bobine électrique ;
** [[chaleur latente]] ;
** [[énergie libre]].

Dans la [[théorie de la relativité]], [[Albert Einstein|Einstein]] établit l'existence de deux formes d'énergie seulement :
* [[énergie cinétique]], due à la masse et à la vitesse relative du corps ;
* [[énergie de masse]] : masse et énergie au repos sont équivalentes (le fameux ''E''= ''mc''²). Cette forme d'énergie inclut toutes les formes d'énergies précédentes dans la vision classique : un apport d'énergie « classique » – telle que la tension d'un arc – augmente la masse du système de façon généralement infime, sauf dans le cadre des réactions nucléaires. Par exemple, lors de [[fission nucléaire]], la masse totale de [[matière]] diminue légèrement. La masse « manquante », immatérielle, est sous forme d'énergie cinétique des particules ou énergie thermique. Dans les centrales nucléaires, cette énergie thermique est ensuite récupérée pour la [[production d'électricité]].

L'énergie non-consommée ou économisée (on parle alors de Négawatt) peut aussi être considérée comme des gisements énergétiques. La valorisation de tels gisements est souvent très rentable et plus créatrice d'emplois que la recherche de nouvelles ressources.
*La chaleur est un transfert d’agitation thermique. L’agitation des particules se propage au gré des chocs dans toutes les directions, de façon désordonnée. C’est pour cette raison que l’on ne peut jamais transformer intégralement de l’énergie calorifique en travail alors que l’inverse est possible ( ex: travail électrique transformé en chaleur par effet joule dans un radiateur électrique ). '''On dit encore que la chaleur est une forme dégradée de l’énergie.'''
**[[énergie fatale]] : c'est l'énergie inéluctablement présente ou piégée dans un processus ou un produit, qui parfois et pour partie peut être facilement récupérée et valorisée ;
Comment se transmet la chaleur ? Le système le plus chaud, c’est-à-dire celui dont les particules sont statistiquement les plus agitées, va transmettre son agitation thermique au gré des chocs plus ou moins énergétiques, au milieu extérieur ou au système statistiquement le moins agité, c’est-à-dire le plus froid. Cette constatation intuitive est formalisée par le [[second principe de la thermodynamique]].
Exemple : La France produisait dans les années 2000 plus de 25&nbsp;millions de t/an de déchets ménagers dont 40&nbsp;%, suite à des retards dans la mise en place du recyclage étaient encore traités par incinération. Le pouvoir calorifique de ces déchets est une forme d'énergie fatale.
Sans récupération (récupération de chaleur, méthane, hydrogène et/ou électricité, etc., éventuellement avec co-ou tri-génération, cette énergie serait perdue dans l'environnement (dans les décharges) ou rejetée dans l'atmosphère.
La combustion de déchets peut produire de la vapeur qui peut alimenter des serres, des usines ou un réseau urbain de chaleur. La méthanisation des déchets organiques peut produire de substantielles quantités de méthane, et un compost valorisable en agriculture.

=== Énergie et puissance ===

L'énergie dépensée pour créer un phénomène mesure l'ampleur du phénomène final. Cette énergie est fournie par un autre phénomène, appelé « phénomène moteur ».

Certains phénomènes moteurs vont faire le travail rapidement, d'autres plus lentement ; par exemple, un manutentionnaire gringalet mettra longtemps avant de monter des parpaings un par un en haut de l'échafaudage, alors qu'un manutentionnaire musclé en portera plusieurs à la fois et sera plus rapide (en revanche, le résultat final sera exactement le même).

Cette capacité à mobiliser beaucoup d'énergie en un temps donné est appelée puissance du phénomène moteur :
:la puissance est l'énergie fournie par un phénomène divisée par la durée du phénomène, ''P''&nbsp;=&nbsp;''dE''/''dt''.
La puissance se mesure en [[watt]]s (1&nbsp;W&nbsp;=&nbsp;1&nbsp;J/s)

''Voir l'article détaillé [[Puissance (physique)|Puissance]].''

== Transferts thermiques ==
Les [[transferts thermiques]] font partie d'un domaine de la thermodynamique appelé ''thermodynamique irréversible'', c'est-à-dire, pour simplifier, que le phénomène ne peut pas revenir en arrière.

L'énergie transférée se présente essentiellement sous forme de chaleur qui va obligatoirement d'une zone chaude vers une zone froide. Ce transfert de chaleur peut être accompagné d'un transfert de masse. Ce phénomène se présente sous trois formes différentes :
* [[Conduction thermique|conduction]] ;
* [[convection]] ;
* [[rayonnement]].
Chacun de ces trois modes est prépondérant dans son univers de prédilection : la conduction dans les solides, la convection dans les fluides (liquides, gaz), le rayonnement dans le vide (où c'est le seul mode possible).

===La conduction===
Se produit dans un solide, un liquide ou un gaz.

===La convection===
Se produit dans un fluide (liquide ou gaz) avec un mouvement de la matière, qu'il soit naturel ou forcé.

===Le rayonnement===
Se produit sans l’intermédiaire de la matière et peut donc se réaliser dans le vide.

=== Chaleur sensible / latente ===
== Approvisionnement en énergie ==

Les sources d'énergies utilisées par l'homme sont :

*[[énergie fossile|les énergies d’origine fossile]] (gaz, pétrole, charbon) dans les voitures, les avions, les centrales thermiques... ;
*[[énergie nucléaire|l'énergie d’origine nucléaire]] obtenue par [[fission nucléaire]] (la [[fusion nucléaire]] n'étant pas envisageable dans un avenir prévisible à court terme) ;
*[[biomasse|l'énergie d’origine biomassique]] (biomasse sèche, biomasse humide et biocarburants) ;
*[[énergie hydroélectrique|l'énergie d’origine hydraulique]] des fleuves, barrages et conduites forcées, renouvelable ;
*[[énergie éolienne|l'énergie d’origine éolienne]] ;
*[[énergie solaire|l'énergie d’origine solaire]] (conversion de l'énergie lumineuse en chaleur ou en électricité) ;
*[[énergie géothermique|l'énergie d’origine géothermique]] ;
*[[énergie marémotrice|l'énergie d’origine marémotrice]] ;
*[[Énergie maréthermique|l'énergie d’origine maréthermique]].
[[énergie musculaire|l'énergie d’origine musculaire]] (convertion de sucres et/ou lipides et/ou amidons en chaleur et en mouvement) ;

== Quelques chiffres intéressants ==

En 1960, 50&nbsp;% de l'électricité produite en France venait de sources renouvelables (hydroélectricité). Le doublement de la consommation était prévu tous les dix ans (loi vérifiée depuis le début du siècle), et ce bon rapport ne pouvait être maintenu, tous les sites favorables étant équipés.

La relève fut assurée par le nucléaire qui fournit aujourd'hui 80% de l'électricité. La régularité du ''doublement en 10&nbsp;ans'' a pris fin au moment du [[choc pétrolier]] de [[1973]].

L'Allemagne a fait récemment grimper sa production d'électricité éolienne de 38&nbsp;% par an pendant deux années consécutives. Elle contribue pour 10&nbsp;% de ses besoins.

Pour fixer les idées, les moteurs réunis de la fusée [[Saturne V]] dans les années 1960 consommaient à eux seuls pendant les quelques minutes de leur combustion une énergie équivalente à un millième de ce qui était brûlé en pétrole sur la planète pendant le même temps. (source : ''L'économie de l'énergie'', Yves Manguy, Dunod)

Le prix du pétrole est en ''septembre 2004'' voisin de 50&nbsp;dollars le baril. Il reste à environ 50&nbsp;dollars en mars 2005. Des experts ont fait savoir le [[7 juin]] [[2004]] que ce prix ne pourrait se maintenir de façon viable et qu'à court terme une montée à '''180 dollars le baril''' serait probable. L'augmentation des cours de 25&nbsp;% entre juin et septembre 2004 attire à nouveau l'attention sur leur communication de l'époque :

{{Wikilien|image=Oil drop.png|35px|texte=La catégorie '''[[:Catégorie:Pétrole|Pétrole]]''' développe d'autres articles sur la ''[[Pic pétrolier|problématique pétrolière]]''|couleur_fond=B2B2B2}}

* [http://news.bbc.co.uk/1/hi/business/3777413.stm Quadruplement des cours à court terme signalé en juin 2004] ([[BBC]])

* Consommation d'énergie de quelques pays industrialisés, d'après les chiffres de ''L'état du monde 2004'', Paris, La Découverte, 2003 : on observe que les pays à climat froid ([[Scandinavie]]) et les pays immenses ([[États-Unis d'Amérique|États-Unis]], [[Canada]], [[Australie]]) consomment le plus d'énergie.

{{entête tableau charte}}
|+ Consommation d'énergie de quelques pays
!pays
!TEP par habitant <br />et par an
|-----
|Islande
|12,246
|-----
|Luxembourg
|8,409
|-
|Canada
|8,156
|-----
|États-Unis
|8,148
|-
|Finlande
|6,409
|-----
|Belgique
|5,776
|-
|Australie
|5,740
|-----
|Norvège
|5,704
|-
|Suède
|5,354
|}
Selon le site du [[Commissariat à l'énergie atomique|CEA]], un parc de 4&nbsp;réacteurs à [[fusion nucléaire|fusion]] du type [[ITER]] pour une fourniture en continu de 4×{{formatnum:1500}}&nbsp;MW ({{formatnum:600000}}&nbsp;personnes) occuperait 1&nbsp;km{{2}} : http://www-drfc.cea.fr/ , sous réserve que la technologie soit un jour maîtrisée.

== Notes et références ==
{{Références | colonnes = 2}}

==Voir aussi==
{{Autres projets|
commons=Category:Energy|
wikt=énergie| <!--Wiktionnaire-->
v=| <!--Wikiversité-->
b=Énergie mécanique et travail| <!--Wikilivre-->
s=| <!--Wikisource-->
q=| <!--Wikiquote-->
n=Catégorie:Énergie| <!--Wikinews-->
}}

===Liens internes===
<div style='-moz-column-count:2; -moz-column-gap:10px;'>
* [[Consommation d'énergie]]
* [[Craquage de l'eau]]
* [[Énergie primaire]]
* [[Énergie renouvelable]]
* [[Énergie nucléaire]]
* [[Pic pétrolier]]
* [[Politique énergétique]]
* [[Production d'électricité]]
* [[Débat sur l'énergie nucléaire]]
* [[Énergie grise]]
* [[Energie-Cités]]
</div>


'''En conclusion'''
=== Liens externes ===
<div style='-moz-column-count:2; -moz-column-gap:10px;'>
* {{fr}} [http://www.x-environnement.org/jr/JR04/index.htm Énergie et environnement] Numéro de [[la Jaune et la Rouge]] (septembre [[2004]]) consacré à l'énergie et à l'environnement
* {{fr}} [http://www.greenpeace.org/france_fr/multimedia/download/1/359529/0/Eole_ou_Pluton_VF.pdftarget= Greenpeace : Eole ou pluton étude comparative entre le nucléaire et l'énergie éolienne]
* {{fr}} [http://www.energies-du-soleil.fr.tc Tout savoir sur la photosynthèse et le photovoltaïsme]
* {{fr}} [http://www.inrp.fr/lamap/?Page_Id=4&DomainScienceType_Id=7&ThemeType_Id=17 La main à la pâte, modules pédagogiques]
* {{fr}} [http://www.energies-alternatives.ca/index.html Énergies renouvelables : comment les utiliser]
*{{fr}} [http://www.display-campaign.org/ Campagne européenne Display pour l'amélioration de l'efficacité énergétique des bâtiments municipaux]
*{{fr}} [http://www.energie-cites.eu Energie-Cités, l'association d'autorités locales européennes pour une politique énergétique locale durable]
* {{en}} [http://www.linux-host.org/energy/ Encyclopedie de l'énergie]
</div>


Le travail et la chaleur ne sont pas des [[Fonction d'état, variable d'état, équation d'état|fonctions d’état]]. Leur quantité mise en jeu au cours d’une transformation dépend de la façon dont on procède.
{{Multi bandeau|portail Énergie|portail Électricité et Électronique|portail physique}}


[[Catégorie:Énergie|*]]
[[Catégorie:Grandeur physique|E]]


{{multi bandeau|portail physique|portail chimie}}
[[af:Energie]]
[[catégorie:thermodynamique]]
[[an:Enerchía]]
[[catégorie:thermochimie]]
[[ar:طاقة]]
[[bg:Енергия]]
[[bn:শক্তি]]
[[br:Energiezh]]
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[[en:Energy]]
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[[es:Energía (física)]]
[[et:Energia]]
[[eu:Energia]]
[[fi:Energia]]
[[gl:Enerxía]]
[[he:אנרגיה]]
[[hr:Energija]]
[[ht:Enèji]]
[[hu:Energia]]
[[ia:Energia]]
[[id:Energi]]
[[io:Energio]]
[[is:Orka]]
[[it:Energia]]
[[ja:エネルギー]]
[[ko:에너지]]
[[ku:Wize]]
[[la:Energia]]
[[lb:Energie]]
[[ln:Molungé]]
[[lt:Energija]]
[[lv:Enerģija]]
[[mk:Енергија]]
[[ms:Tenaga]]
[[nah:Teōtl]]
[[nds:Energie]]
[[nl:Energie]]
[[nn:Energi]]
[[no:Energi]]
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[[zh:能量]]
[[zh-min-nan:Lêng-liōng]]
[[zh-yue:能量]]

Version du 26 avril 2007 à 02:02

Travail et chaleur

Le travail est un transfert ordonné d’énergie entre un système et le milieu extérieur.

  • Considérons l’ensemble cylindre piston qui est à la base de l’obtention de travail mécanique par action de la chaleur. À l’échelle microscopique les chocs des particules de gaz sur le piston définissent la pression exercée sur celui-ci à l’échelle macroscopique. Chaque choc contribue au déplacement concerté avec les autres chocs, du piston dans la même direction. Il y a addition des forces induites par chaque choc et c’est pourquoi le transfert d’énergie est considéré comme ordonné.
  • Si l’on considère maintenant le travail électrique. Il est du au déplacement des électrons dans un conducteur sous l’influence d’un champ électrique. Ici encore l’ensemble des électrons se déplace dans la même direction et les effets s’additionnent au niveau macroscopique.


La chaleur est un transfert désordonné d’énergie entre le système et le milieu extérieur.

  • La chaleur est un transfert d’agitation thermique. L’agitation des particules se propage au gré des chocs dans toutes les directions, de façon désordonnée. C’est pour cette raison que l’on ne peut jamais transformer intégralement de l’énergie calorifique en travail alors que l’inverse est possible ( ex: travail électrique transformé en chaleur par effet joule dans un radiateur électrique ). On dit encore que la chaleur est une forme dégradée de l’énergie.

Comment se transmet la chaleur ? Le système le plus chaud, c’est-à-dire celui dont les particules sont statistiquement les plus agitées, va transmettre son agitation thermique au gré des chocs plus ou moins énergétiques, au milieu extérieur ou au système statistiquement le moins agité, c’est-à-dire le plus froid. Cette constatation intuitive est formalisée par le second principe de la thermodynamique.

En conclusion

Le travail et la chaleur ne sont pas des fonctions d’état. Leur quantité mise en jeu au cours d’une transformation dépend de la façon dont on procède.


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