Transferts et conversions

L’énergie, à une échelle globale se conserve. Cependant, elle ne se convertit pas forcément en énergie utile.

En effet, une lampe va recevoir de l’énergie électrique et la convertir en énergie lumineuse. Cependant, elle va également chauffer et perdre de l’énergie sous forme d’énergie thermique.

Un autre exemple est celui du moteur qui transforme de l’énergie chimique (combustion du carburant) en énergie cinétique (pour faire tourner les roues) qui constitue l’énergie utile. Il va également chauffer et donc perdre de l’énergie sous forme d’énergie thermique. Cette perte systématique d’énergie thermique s’appelle l’Effet Joule.

Pour simplifier les comparaisons de fonctionnement des sources et des convertisseurs, il est intéressant de raisonner non pas en quantité d’énergie, mais en puissance. Il est possible de mesurer ou calculer des puissances pour toutes les formes d’énergie.

La puissance est la quantité d’énergie produite ou consommée par unité de temps. Elle s’exprime en watt (W).

Sur les appareils électro-ménagers, il est possible de voir une valeur en watt. Il s’agit de la puissance nominale de l’appareil, c'est-à-dire sa puissance optimale de fonctionnement.

Pour rappel, il existe 3 modes de transferts thermiques :

• La conduction : la chaleur se propage de proches en proches
• La convection : la chaleur se propage avec le déplacement d’un fluide (liquide ou gaz, comme le vent par exemple)
• Le rayonnement : un rayonnement électromagnétique va se propager puis atteindre une matière qui va l’absorber et le convertir en énergie thermique.

Les panneaux solaires sont capables de transformer l’énergie rayonnante du soleil en électricité. Ainsi un rayonnement produit par une source d’énergie transporte de l’énergie.

De même, tout objet ou personne produisant de la chaleur rayonne. Les rayonnements sont d’autant plus importants que la source a une température élevée. La seule manière de ne pas rayonner est d’avoir une température se situant au 0 absolu.

Il existe différents types de rayonnement, dont certains sont visibles à l’œil nu : ce sont les rayons visibles soit les couleurs que nous percevons. Les rayonnements impliqués dans les transferts thermiques sont des infra-rouges.

Les rayons impliqués dans le transfert d’énergie thermique sont eux des rayons de type infra-rouges :

• produire de la chaleur revient à émettre des rayons infra rouges ;
• recevoir de la chaleur revient à absorber des rayons infra rouges.

Ainsi, étudier les échanges thermiques de la Terre et le réchauffement climatique revient à étudier le bilan radiatif de la Terre.

• Le Soleil envoie une certaine puissance sous forme de rayonnement infra-rouge à la Terre.
• La Terre, ayant une température au-dessus du zéro absolu, émet elle-même des rayonnements infra-rouges.
• Les gaz présents dans l’atmosphère restituent une partie de ces rayons dans l’univers mais en absorbent une autre partie et les diffusent dans toutes les directions.

Sans gaz à effet de serre, la température de la Terre serait de -18 °C et elle serait inhabitable. Ce phénomène est donc nécessaire. Cependant, si l’atmosphère est trop chargée de ces gaz, les rayonnements seront moins dissipés dans l’univers et contribueront à augmenter la température moyenne de notre planète, qui se situe à 15°C dans notre équilibre actuel.