Ressources, formes et conversions d’énergie

Une pile fait tourner le moteur d’un jouet. Elle contient au départ de l’énergie chimique ; pendant le fonctionnement, elle transfère de l’énergie électriquement au moteur. Le moteur met la roue en mouvement et transfère aussi de l’énergie à l’environnement, notamment thermiquement.

Pour décrire ce fonctionnement, sépare le réservoir, les transferts et le convertisseur. Un réservoir stocke de l’énergie ; un transfert la fait passer d’un système à un autre ; un convertisseur change les formes mises en jeu. Dire qu’une machine produit de l’énergie signifie dans ce contexte qu’elle rend disponible une forme utile en transformant de l’énergie reçue ou stockée. Elle ne crée pas l’énergie à partir de rien.

Voici sept formes rencontrées dans ce chapitre : pesanteur, pour un objet placé en hauteur ; cinétique, liée à un mouvement ; chimique, dans un combustible ou une pile ; thermique, notamment dans un corps chaud ; nucléaire, liée aux noyaux atomiques ; électrique, lors d’un transfert dans un circuit ; lumineuse, lors d’un transfert par la lumière. Les cinq premières peuvent décrire un stockage. Pour les circuits et la lumière étudiés ici, les deux dernières décrivent des transferts. Une pile ordinaire ne contient pas un stock de courant : son énergie stockée est chimique.

Une ressource n’est pas un appareil : le vent met en mouvement une éolienne ; le rayonnement du Soleil arrive sur un panneau ; l’eau en hauteur peut descendre dans une installation hydraulique. Ces ressources se renouvellent à l’échelle humaine, mais leur disponibilité varie. Pétrole, charbon et uranium proviennent de stocks qui ne se reconstituent pas au rythme des prélèvements humains. Le bois peut se renouveler si la croissance et la gestion forestière permettent de remplacer les prélèvements.

Le dihydrogène fabriqué sert à transporter et stocker de l’énergie. Pour évaluer son caractère renouvelable et son impact, il faut connaître les ressources et procédés de sa production : le seul nom « hydrogène » ne répond pas à cette question.

Pour la pile et le moteur, dessine des cases nommées pile, moteur, roue et environnement. Indique le stock chimique dans la pile, le transfert électrique vers le moteur, puis la mise en mouvement de la roue. Ajoute les transferts thermiques vers l’environnement. Ne dessine pas uniquement l’effet utile : les autres transferts expliquent pourquoi toute l’énergie reçue ne devient pas mouvement de la roue.

Pour comparer deux solutions de chauffage, prépare un tableau : ressource ; renouvellement ; émissions pendant l’utilisation ; fabrication et transport ; déchets ; document consulté. La combustion du charbon émet du CO₂. Le chauffage au bois émet aussi des gaz et des particules : son renouvellement ne signifie pas absence d’émissions. Une installation nucléaire demande notamment une gestion des déchets radioactifs ; une installation hydraulique peut modifier des milieux aquatiques. On compare des effets précis, pas seulement des étiquettes comme « propre ».

La figure suit un montage pile–moteur–roue. La case de gauche nomme la pile et l’énergie chimique qu’elle contient. La flèche vers le moteur représente le transfert électrique. La flèche vers la roue représente l’action mécanique qui la met en mouvement ; l’énergie cinétique de la roue augmente pendant sa mise en mouvement.

Les deux flèches inférieures rappellent les transferts thermiques vers l’environnement. Leur largeur est illustrative : aucune quantité d’énergie n’est mesurée ici. La figure est une chaîne énergétique, pas un schéma de câblage électrique. Pour construire le montage, il faut un circuit fermé adapté, expliqué dans le cours d’électricité.