COURS : ÉNERGIES - .COURS : ÉNERGIES . 1. DÉFINITION (wikipédia) L'énergie est, de manière

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  • COURS : NERGIES

    1. DFINITION (wikipdia) L'nergie est, de manire gnrale, la capacit de faire un travail, c'est--dire d'agir. Ce terme recouvre plusieurs ralits qui se recoupent partiellement :

    l'nergie au sens de la science physique est une mesure de la capacit d'un systme modifier un tat, produire un travail entranant un mouvement, un rayonnement lectromagntique ou de la chaleur ;

    au sens de l'cologie et de l'conomie, on appelle nergie une ressource nergtique naturelle (nergie olienne, nergie nuclaire, nergie solaire, gaz naturel, ptrole) ou son produit (lectricit), lorsqu'ils sont consomms par les socits humaines pour divers usages industriels et domestiques (transport, chauffage).

    Le soleil, le bois, le charbon, le ptrole, le gaz, les matriaux nuclaires, les rserves d'eau, le vent ... sont des sources d'nergie primaires.

    2. LES FORMES DNERGIE L'nergie peut se prsenter sous des formes trs diverses :

    l'nergie thermique ou calorifique ; l'nergie chimique ; l'nergie rayonnante ou lumineuse ; l'nergie nuclaire ; l'nergie lectrique ; l'nergie mcanique.

    Lnergie mcanique se prsente sous deux formes :

    cintique, si les corps sont en mouvement (l'eau qui tombe d'un barrage) ; potentielle, si l'nergie est en rserve (l'eau stocke derrire un barrage).

    3. UNITS DNERGIE L'nergie se note W ou E. Elle sexprime en Joules (J). Dans certains cas, on utilise d'autres units :

    llectronvolt : 1 eV = 1,6.10-19 J la calorie : 1 cal = 4,18 J la thermie : 1 Th = 1000000 cal la tonne quivalent ptrole : 1 TEP = 42 GJ le wattheure : 1 Wh = 3 600 J

    Quelques exemples :

    1,60210-7J Environ l'nergie cintique d'un moustique volant [CERN LHC website].

    1 J nergie requise pour soulever une petite pomme (102 g) d'un mtre, la surface de la Terre. (1J = 1N.m)

    90 J nergie cintique d'une balle de tennis (masse 58 g) lors d'un service 200 km/h.

    1 000 J nergie ncessaire un enfant (30 kg) pour monter un tage (un peu plus de trois mtres).

    4 186 J = 1 kcal nergie requise pour rchauffer un kilogramme d'eau d'un degr Celsius.

    8 640 J = 2,4 Wh nergie stocke dans une pile bton LR06 AA rechargeable (1,2V 2000mAh).

    600 000 J nergie d'une voiture de 1000 kg la vitesse de 125 km/h.

    4,18107 J = 11,6 kWh

    nergie pour rchauffer un cumulus de 200 litres (lever la temprature de 200 litres d'eau de 15 65 degrs Celsius).

    1,5109 J nergie moyenne d'un clair.

    1,6109 J nergie d'un rservoir dessence de 45 litres.

    1,81010 J = 5000 kWh

    Objectif de consommation annuelle d'nergie pour un btiment de basse consommation, en France, de 100 m2 (50 kWh/m/an).

    4,261020 J nergie consomme dans le monde en une anne (2001).

    6.21020 J nergie totale du Soleil qui atteint la Terre en une heure.

    4. TRANSFORMATIONS DE LNERGIE Lnergie se conserve : elle ne peut tre cre ou supprime, elle peut tre transforme. Dans toute transformation, l'nergie se conserve en quantit (lnergie aprs transformation est gale celle avant transformation). Exemple : un moteur lectrique absorbe de l'nergie lectrique et produit de l'nergie mcanique (rotation) et de l'nergie thermique (frottements et chauffement des fils). On peut crire la relation : Dans cet exemple, seule l'nergie mcanique produite par le moteur est utile Eu. La chaleur qui apparat est une perte Ep. L'nergie lectrique consomme par le moteur est l'nergie absorbe Ea. On peut crire la relation de lnergie utile Eu en fonction de Ea et Ep :

    B1. IDENTIFIER ET CARACTRISER LES GRANDEURS AGISSANT SUR UN SYSTME page 1 / 3

  • COURS : NERGIES

    Le diagramme suivant indique les transformations qui permettent de passer dune forme dnergie une autre. 5. DE LEXTRACTION LUTILISATION DE LNERGIE 5.1. CHANE DUTILISATION DES NERGIES L'nergie peut tre mcanique, lectrique, thermique, hydraulique, chimique, rayonnante ou nuclaire. On distingue les sources d'nergies renouvelables et non renouvelables. Une fois produite, lnergie est achemine par un vecteur nergtique jusqu son utilisation : lectricit, fluide caloporteur (eau, air, vapeur). Lnergie peut tre transforme, stocke, transporte. Lagriculture, le rsidentiel et le tertiaire, lindustrie sont de gros consommateurs dnergie.

    Toutes les productions dnergie peuvent tre reprsentes selon le modle suivant :

    5.2. DFINITIONS Lnergie secondaire est une nergie obtenue aprs transformation dune source dnergie primaire. Llectricit est une nergie secondaire. Lnergie finale est lnergie livre aux consommateurs aprs transport et distribution pour tre convertie en nergie utile (carburants la pompe, lectricit). Lnergie utile est lnergie dont dispose le consommateur aprs la conversion par ses quipements (lumire, chaleur, force motrice). Dans cette chane nergtique, les pertes sont prsentes tous niveaux. Un des enjeux essentiels est damliorer le rendement. Aussi, plusieurs actions sont possibles :

    amliorer le taux dextraction des nergies primaires (aujourdhui, les cadences de puisage imposes ncessitent une injection massive deau dans les gisements, le ptrole ainsi extrait est utilisable 35% cause du mlange avec leau) ;

    amliorer lefficacit des procds qui utilisent les nergies secondaires (un moteur lectrique possde un rendement autour de 90% alors quun moteur thermique avoisine les 45%).

    5.3. EXEMPLE DE CHANE DE PRODUCTION, TRANSPORT ET DISTRIBUTION

    DU VECTEUR NERGTIQUE LECTRICIT Plus du tiers de lnergie primaire est convertie en nergie lectrique. L'lectricit est donc un vecteur nergtique essentiel qui facilite l'exploitation industrielle des sources d'nergie primaire. Elle permet le transport de grandes quantits d'nergie facilement utilisables pour des usages industriels ou domestiques : dplacer une charge, fournir de la lumire et de la chaleur, etc.

    B1. IDENTIFIER ET CARACTRISER LES GRANDEURS AGISSANT SUR UN SYSTME page 2 / 3

  • COURS : NERGIES

    5.4. RENDEMENT NERGTIQUE Le rendement (ta) est le rapport entre l'nergie utile Eu et l'nergie absorbe Ea : Le rendement est sans unit et toujours infrieur ou gal 1.

    5.5. RELATION NERGIE PUISSANCE La puissance se note P et sexprime en watt (W). La puissance d'une machine est l'nergie qu'elle fournit par seconde : Avec : P : puissance lectrique en W

    E : nergie lectrique en J t : temps en s

    On peut aussi exprimer lnergie en fonction de la puissance et du temps :

    Si t est en heure, E s'exprime alors en wattheure (Wh).

    6. EXEMPLE DAPPLICATION : POMPE EAU SOLAIRE Les pompes eau solaires sont des pompes fonctionnant grce un moteur lectrique dont lnergie provient de cellules photovoltaques disposes sur des panneaux solaires et captant lnergie lumineuse du soleil. Ces pompes sont souvent relies directement un rservoir alimentant un mini rseau deau ou des bornes fontaines.

    Complter le tableau suivant en indiquant pour chacun des lments cits sil sagit : dun rservoir dnergie ; dun dispositif de transformation dnergie (prciser la transformation ralise).

    lment de linstallation Rle

    Panneaux photovoltaques Moteur dentrainement de la

    pompe

    Pompe

    Rservoir deau

    Pompe centrifuge

    Systme de pompage

    B1. IDENTIFIER ET CARACTRISER LES GRANDEURS AGISSANT SUR UN SYSTME page 3 / 3

    1. dfinition (wikipdia) l'nergie au sens de la science physique est une mesure de la capacit d'un systme modifier un tat, produire un travail entranant un mouvement, un rayonnement lectromagntique ou de la chaleur ; au sens de l'cologie et de l'conomie, on appelle nergie une ressource nergtique naturelle (nergie olienne, nergie nuclaire, nergie solaire, gaz naturel, ptrole) ou son produit (lectricit), lorsqu'ils sont consomms par les socits huma...

    Environ l'nergie cintique d'un moustique volant [CERN LHC website].1,60210-7Jnergie requise pour soulever une petite pomme (102 g) d'un mtre, la surface de la Terre. (1J = 1N.m)1 Jnergie cintique d'une balle de tennis (masse 58 g) lors d'un service 200 km/h.90 Jnergie ncessaire un enfant (30 kg) pour monter un tage (un peu plus de trois mtres).1 000 Jnergie requise pour rchauffer un kilogramme d'eau d'un degr Celsius.4 186 J = 1 kcalnergie stocke dans une pile bton LR06 AA rechargeable (1,2V 2000mAh).8 640 J = 2,4 Whnergie d'une voiture de 1000 kg la vitesse de 125 km/h.600 000 Jnergie pour rchauffer un cumulus de 200 litres (lever la temprature de 200 litres d'eau de 15 65 degrs Celsius).4,18107 J =11,6kWhnergie moyenne d'un clair.1,5109 Jnergie d'un rservoir dessence de 45 litres.1,6109 JObjectif de consommation annuelle d'nergie pour un btiment de basse consommation, en France, de 100 m2 (50 kWh/m/an).1,81010 J =5000 kWhnergie consomme dans le monde en une anne (2001).4,261020 J2. les formes dnergie l'nergie thermique ou calorifique ; l'nergie chimique ; l'nergie rayonnante ou lumineuse ; l'nergie nuclaire ; l'nergie lectrique ; l'nergie mcanique.Lnergie mcanique se prsente sous deux formes : cintique, si les corps sont en mouvement (l'eau qui tombe d'un barrage) ; potentielle, si l'nergie est en rserve (l'eau stocke derrire un barrage).

    nergie totale du Soleil qui atteint la Terre en une heure.6.21020 J3. units dnergieL'nergie se note W ou E. Elle sexprime en Joules (J).Dans certains cas, on utilise d'autres units : llectronvolt : 1 eV = 1,6.10-19 J la calorie : 1 cal = 4,18 J la thermie : 1 Th = 1000000 cal la tonne quivalent ptrole : 1 TEP = 42 GJ le wattheure : 1 Wh = 3 600 J

    4. Transformations de lnergieLnergie se conserve : elle ne peut tre cre ou supprime, elle peut tre transforme. Dans toute transformation, l'nergie se conserve en quantit (lnergie aprs transformation est gale celle avant transformation).

    5. De lextraction lutilisation de ln