Les enjeux énergétiques du XXIème siècle

Les formes d'énergie

Qu'est-ce que l'énergie ?

Donner une définition de l'énergie est très difficile. On pourrait dire que l'énergie est ce qui permet la transformation d'un système : on peut alors mesurer les effets de cette transformation. On définira alors la variation d'une grandeur appelée "énergie" qui est indépendante de sa forme.

Prenons l'exemple d'une bougie :

Si celle-ci tombe dans de l'eau, elle acquiert de la vitesse et peut lors de sa chute modifier la surface de l'eau.

Si on allume la bougie, elle émet lors de sa combustion de la lumière et de la chaleur.

Il est alors possible de modéliser la bougie comme un réservoir d'énergie. Lors de la modification d'un état du système "bougie", de l'énergie est libérée et modifie l'environnement de la bougie.

Un des grand principe de la physique est que l'Univers contient une quantité d'énergie fixe. Il n'y a que des changements entre une forme d'énergie et une autre.

Les sources d'énergie utilisables sur Terre.

Sources d'énergie

Le soleil produit de l'énergie à partir de réactions de fusion nucléaire. Il émet dans l'espace une grande quantité de rayonnements électromagnétique et de particules. Un partie seulement de cette énergie atteint la Terre. Une partie est absorbée par l'atmosphère et le reste atteint la surface de la Terre. On l'estime la puissance d'irradiation à la surface de la Terre à environ 1000 watts par mètre carré.

Pour comparaison, la puissance de l'ensemble des réacteurs nucléaires en France est de l'ordre de 70 GW (gigawatt : milliards de watts) ce qui correspond à l'énergie solaire reçue par une surface de 70 km² soit un cercle de moins de 5 km de rayon !

Cette énergie peut être transformée soit en chaleur (solaire thermique) soit en électicité (solaire photovoltaïque).

C'est aussi cette énergie qui permet via la photosynthèse à la végétation de se développer créant ainsi des sources d'énergies secondaires (biomasses).

La Terre, lors de sa formation, a emmagasinée une énorme quantité d'énergie thermique. Depuis, elle se refroidit lentement mais elle est encore suffisamment chaude pour fournir de l'énergie thermique.

La croûte terrestre terrestre est formée, entre autres, d'élément radioactifs. C'est cette radioactivité naturelle qui est la principale source d'énergie géothermique en surface.

La combinaison entre l'énergie solaire et l'énergie géothermique est à la source des mouvements des masses d'eau et de masses d'air qui peuvent être utilisées comme sources d'énergie.

Les masses d'eau en mouvement, lors du cycle de l'eau, permettent de récupérer de l'énergie hydro-électrique (barrages, moulins..).

Les masses d'air en mouvement permettent de récupérer de l'énergie éolienne.

Energies renouvelables et non renouvelables

La plupart des formes d'énergies se présentent comme des flux. Elles sont disponibles en permanence à l'échelle humaine : ce sont des énergies renouvelables (en vert sur le graphique).

Les énergies non renouvelables sont des stocks d'énergie (en rouge sur le graphique) :

  • Qui se sont construits sur une longue période (plusieurs centaines de millions d'année) : Energies fossiles (pétrole, charbon et gaz). A titre de comparaison, l'homme moderne (nous !) est apparu sur Terre il y a environ 200 000 ans.

  • Qui s'épuisent inéluctablement comme les élément radioactifs (uranium) contenus dans la croûte terrestre.

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