Synthèse des énergies

Définition de l'énergie

L’énergie est une grandeur physique modélisant la capacité d'un système à produire un effet. Elle peut être mécanique, électrique, thermique, hydraulique, chimique ou nucléaire. Elle s’exprime en Joule $\rm (J)$.

L’énergie représente la puissance mobilisée sur une période donnée :

$\rm E = P . t$ $\rm 1~Joule = 1~Watt.seconde$

La puissance est donc un débit d’énergie qui s’exprime en Watt (W) :

$\rm P = \dfrac{E} {t}$

Les unités équivalentes

$\rm 1~Wh = 3~600~J$
$\rm 1~tep = 42\cdot 10^9~J = 42~GJ$ tep : tonne d’équivalent pétrole
$\rm 1~tep = 11,628\cdot 10^6~Wh$ $\rm = 11,628~MWh$

Les différentes appellations des énergies

• Énergie primaire : correspond à l’ensemble des énergies brutes trouvées dans la nature.
  Exemple : uranium, pétrole, vent, ensoleillement, chute d’eau, etc.
• Énergie secondaire : correspond à l’énergie obtenue par transformation d’une énergie primaire.
• Exemple : électricité après transformation par une centrale hydro-électrique.
• Énergie finale : correspond à l’énergie obtenue après transport et distribution.
  Exemple : énergie électrique devant votre maison.
• Énergie utile : procure le service énergétique recherché pour l’utilisateur final (personne ou système).
  Exemple : intensité lumineuse d’une lampe, couper l’herbe avec votre tondeuse à essence, vous chauffer à l’aide du gaz de ville.
• Énergie absorbée : désigne l’énergie consommée par un système. L’énergie peut être primaire, secondaire ou finale.
  Exemple : l’énergie absorbée par une centrale photovoltaïque est une énergie primaire : l’énergie solaire.

Pertes, distribution et rendement énergétique

Le bilan énergétique est une loi physique. « Rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme » (Lavoisier).

$\rm \sum E_{entrante} = \sum E_{sortante}$
$\rm \sum P_{entrante} = \sum P_{sortante}$

Lors des transports ou des transformations, il y a des pertes d’énergies. Elles sont le plus souvent dues aux pertes sous forme de chaleur (frottement, effet joules et mauvaise isolation entre autres).

Les pertes sont présentes à tous niveaux lors des transformations énergétiques, même durant l’utilisation d’un appareil à la maison. Il y a bien une transformation d’énergie !

Le rendement est le rapport entre l’énergie utile et l’énergie d’entrée (absorbée). Les pertes font diminuer le rendement d’un système car une différence apparait entre énergie utile et énergie absorbée.

$\rm \eta =\dfrac{ E_{utile}} {E_{absorbée}}$

Un des enjeux essentiels est d’améliorer le rendement afin de minimiser les pollutions et de ne pas détériorer notre environnement. Le but recherché est donc de réduire les pertes.

Calcul d’énergies et de puissances

PUISSANCE = Grandeur d’effort $\times$ Grandeur de flux

Les pertes par effet Joule (dans le domaine électrique) sont produites par des résistances électriques. La puissance perdue sous forme de chaleur se calcule grâce à la résistance (en $\rm Ohm$) et à l’intensité $\rm (A)$ :

$\rm P_{pertes} = R \times I^2$

Les énergies mécaniques internes

• L’énergie cinétique : énergie de mouvement stockée.
  $\rm E_c = \dfrac{1}{2} m.v^2$
  Exemple : l'énergie stockée par le cycliste roulant à vive allure.
• L’énergie potentielle de pesanteur : énergie stockée dépendant de son altitude.
  $\rm E_{pp} = m.g.\Delta h$
  Exemple : l’énergie stockée par une pièce tombant de la tour Eiffel.
• L’énergie potentielle élastique : énergie stockée en fonction de la déformation.
  $\mathrm{E_c} = \dfrac{1}{2} k.x^2$
  Exemple : l’énergie stockée lors de la compression d’un ressort.