Formes d’énergie : ce qu’un constituant reçoit et fournit

Un objet technique ne fabrique pas d’énergie : il en reçoit (d’une prise, d’une pile, d’une batterie, d’un mouvement) et la fournit sous une autre forme. Chaque constituant qui change la forme de l’énergie réalise une conversion d’énergie.

Le programme de technologie retient cinq formes d’énergie :

• l’énergie électrique, apportée par le courant (prise, pile, batterie) ;
• l’énergie cinétique, l’énergie d’un objet en mouvement (une roue qui tourne, une vitre qui monte) ;
• l’énergie potentielle, l’énergie qu’un objet possède du fait de sa position, par exemple en hauteur ;
• l’énergie thermique, la chaleur ;
• l’énergie lumineuse, la lumière.

Pour décrire un constituant, on répond à deux questions : sous quelle forme reçoit-il l’énergie ? et sous quelle forme la fournit-il ? Par exemple, le moteur d’un tapis roulant reçoit de l’énergie électrique et fournit de l’énergie cinétique : le tapis se met à avancer.

Un constituant fournit souvent plusieurs formes d’énergie. Une lampe fournit de la lumière, mais elle chauffe aussi un peu. Un moteur fournit un mouvement, mais il tiédit après un long usage.

On distingue donc :

• l’énergie utile : celle pour laquelle on a placé le constituant dans l’objet (la lumière pour une lampe, le mouvement pour un moteur, la chaleur pour un radiateur) ;
• l’énergie perdue : celle qui est fournie en plus, sans servir à l’usage voulu (la chaleur d’une lampe ou d’un moteur).

La même forme d’énergie peut être utile ou perdue. La chaleur est une perte pour une lampe, mais c’est l’effet recherché pour un radiateur.

Moteur et génératrice font le chemin inverse. Le moteur reçoit de l’énergie électrique et fournit un mouvement. La génératrice reçoit un mouvement et fournit de l’énergie électrique.

Dans la chaîne d’énergie, la batterie assure la fonction « stocker », pas la fonction « convertir ». Elle garde l’énergie (sous forme chimique) et la restitue sous forme électrique aux autres constituants. Les constituants de la fonction « convertir » sont le moteur, la lampe, le radiateur, la génératrice. L’énergie chimique ne fait pas partie des cinq formes du programme de technologie : ton cours de physique-chimie en parle.

Pour trouver l’énergie utile, pose-toi la question : à quoi sert ce constituant dans l’objet ? Faire bouger, chauffer, éclairer ou produire du courant ?

En classe, on construit la maquette d’un moulin à eau (objet fictif) : l’eau qui tombe fait tourner une roue à aubes, la roue entraîne une petite génératrice, et la génératrice alimente une LED. Suivons l’énergie, constituant par constituant.

1. La roue à aubes. L’eau la fait tourner : elle apporte de l’énergie cinétique (un mouvement).

2. La génératrice. Elle est entraînée par la roue. Elle reçoit un mouvement, donc de l’énergie cinétique, et fournit de l’énergie électrique au circuit. Énergie utile : électrique.

3. La LED. Elle reçoit l’énergie électrique produite par la génératrice et fournit de l’énergie lumineuse : c’est l’énergie utile, puisqu’on veut éclairer. Elle fournit aussi un peu d’énergie thermique : c’est une perte.

Bilan des conversions : rotation de la roue → énergie cinétique → génératrice → énergie électrique → LED → énergie lumineuse (utile) et énergie thermique (perdue).

Contrôle : la génératrice fait l’inverse d’un moteur (mouvement vers électricité) ; la LED, comme toute lampe, perd un peu d’énergie sous forme de chaleur.

Ce qu’il faut lire dans ce tableau : l’énergie thermique apparaît partout, mais elle n’est utile que pour le radiateur ; ailleurs, c’est une perte. Le moteur et la génératrice occupent deux lignes symétriques : ce que l’un reçoit, l’autre le fournit.