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L’énergie est la capacité de modifier un état ou de produire un changement.
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Le joule |(\text{J})| est l’unité de mesure de l’énergie.
L’énergie peut se manifester de manière naturelle ou artificielle. Elle intervient dans nos gestes quotidiens les plus anodins. Ne pouvant être créée ni détruite, l’énergie ne peut qu’être transformée d’une forme à une autre ou transférée d’un milieu à un autre.
Comme l’indique la loi de la conservation de l’énergie, rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme.
Le tableau suivant présente les différentes formes d’énergie et des exemples de ressources énergétiques qui y sont associées.
| Forme d’énergie | Description | Ressources énergétiques associées à cette forme d’énergie |
|---|---|---|
| Énergie chimique | Énergie contenue dans les liens chimiques entre les atomes des molécules d’une substance | Pétrole, charbon, gaz naturel (combustibles fossiles) Biogaz (biomasse) |
| Énergie mécanique | Énergie contenue dans les objets en raison de leur mouvement, de leur position ou de leur déformation | Mouvement des eaux (énergie hydraulique) Mouvement des masses d’air (énergie éolienne) |
| Énergie rayonnante | Énergie transportée par une onde électromagnétique | Soleil (énergie solaire) |
| Énergie thermique | Énergie contenue dans une substance en raison de l’agitation de ses particules | Chaleur interne de la Terre (énergie géothermique) |
| Énergie nucléaire | Énergie contenue dans le noyau des atomes en raison des liaisons entre les protons et les neutrons | Uranium (énergie nucléaire) |
Lors de l’analyse d’un objet technique ou d’un système technologique, l’identification des formes et des transformations d’énergie permet de mieux comprendre son fonctionnement.
Certains manuels décrivent l'énergie électrique comme une forme d'énergie distincte. Dans cette fiche, l’énergie électrique est incluse dans l'énergie mécanique puisqu'elle est associée au mouvement des électrons.
L’énergie chimique est contenue dans les liens chimiques entre les atomes d’une substance.
Lors de la transformation chimique d’une substance, les liaisons entre les atomes des réactifs sont brisées pour former de nouvelles substances, les produits. Lorsque la réaction libère de l’énergie, une partie de l’énergie chimique des réactifs est libérée sous une autre forme, généralement thermique et/ou rayonnante, mais aussi sous forme mécanique (ondes sonores ou énergie électrique).
Les aliments, le charbon et les biogaz sont des exemples de substances qui contiennent de l’énergie chimique accessible.
Les aliments que l’on consomme sont constitués de nombreuses substances, dont les glucides, les protéines et le lipides. Les liens chimiques de ces nutriments contiennent l’énergie chimique dont nos cellules ont besoin.
Timolina, Shutterstock.com
Le charbon provient de l’enfouissement de matières végétales. Les liens chimiques du charbon contiennent l’énergie nécessaire pour qu’il soit utilisé comme combustible.
Patty Chan, Shutterstock.com
Certains biogaz proviennent de la méthanisation des bouses de vaches. Les liens chimiques de ces gaz contiennent l’énergie nécessaire pour qu’ils soient utilisés comme combustibles.
Fabian Faber, Shutterstock.com
Une centrale thermique est un système technologique complexe où l’on transforme l’énergie chimique du charbon ou du gaz naturel (combustible fossile) en électricité afin de répondre aux besoins des activités humaines.
L’exploitation de l’énergie chimique des combustibles fossiles n’est pas sans impacts sur l’environnement.
Lovely Bird, Shutterstock.com
Dans une pile aux ions de lithium, les liens chimiques du lithium-graphite |(\text{LiC}_6)| et d’un oxyde de cobalt |(\text{CoO}_2)| sont brisés par une réaction d’oxydoréduction. Cette réaction libère des ions positifs |(\text{Li}^+)| et des électrons |(\text{e}^-).| Les ions positifs de lithium |(\text{Li}^+)| se déplacent en passant par un séparateur poreux et les électrons |(\text{e}^-)| se déplacent en sens inverse. Ce mouvement d’électrons génère un courant électrique.
Par ce processus, l’énergie chimique est transformée en énergie électrique.
L’énergie mécanique est associée au mouvement, à la position ou à la déformation d’un objet.
Lorsque la forme, la position ou le mouvement d’un objet est modifié, son énergie mécanique a tendance à se transférer à un autre objet ou à se transformer en une autre forme d’énergie.
Les situations suivantes sont des manifestations de l’énergie mécanique.
Le mouvement d’une voiture est associé à de l’énergie mécanique. Celle-ci varie en fonction de la vitesse de la voiture.
irin-k, Shutterstock.com
Une personne qui se tient sur un plongeon est associée à de l’énergie mécanique. Celle-ci varie en fonction de la position de la personne par rapport au sol.
sirtravelalot, Shutterstock.com
Les sauts d’un enfant sur un trampoline sont associés à de l’énergie mécanique puisque l’enfant est en mouvement de haut en bas.
Entre les sauts, la toile du trampoline s’étire, puis reprend sa forme initiale. La déformation élastique du trampoline est aussi associée à de l’énergie mécanique.
Martin Novak, Shutterstock.com
L’énergie électrique est une énergie mécanique. Elle est associée au mouvement des électrons.
Dans un contexte de transformation de l’énergie, on considère que l’énergie électrique est une forme d’énergie distincte de l’énergie mécanique.
PhotoAdventure Studio, Shutterstock.com
L’énergie hydraulique est une énergie mécanique. Elle est associée au mouvement des masses d’eau.
SorbyPhoto, Shutterstock.com
L’énergie éolienne est une énergie mécanique. Elle est associée au mouvement des masses d’air.
Jesus Keller, Shutterstock.com
Une centrale hydroélectrique est un système technologique complexe où l’énergie mécanique associée au mouvement de l’eau (énergie hydraulique) est transformée en électricité afin de répondre aux besoins des activités humaines.
L’exploitation de l’énergie hydraulique n’est pas sans impacts sur l’environnement.
Simon J. Ouellet, Shutterstock.com
L’énergie potentielle gravitationnelle et l’énergie cinétique sont également des types d’énergie mécanique. Il s’agit de notions abordées en 4e secondaire dans le volet sciences et technologies de l’environnement (STE). L’énergie mécanique est abordée plus en détail en physique de 5e secondaire.
L’énergie rayonnante est transportée par les ondes du spectre électromagnétique.
Les ondes électromagnétiques, qu’elles proviennent du Soleil ou d’un four à microondes, transportent de l’énergie rayonnante. Le spectre électromagnétique présente et classe l’ensemble des ondes électromagnétiques en fonction de l’énergie qu’elles transportent.
Les ondes qui se trouvent à droite du spectre électromagnétique transportent plus d’énergie rayonnante que les ondes qui se trouvent à gauche. Par exemple, les rayons X transportent une grande quantité d’énergie rayonnante par rapport aux ondes radio qui en transportent très peu.
Les situations suivantes sont des manifestations de l’énergie rayonnante.
La brulure de la peau au soleil est une réponse du corps à l’énergie rayonnante transportée par les rayons ultraviolets émis par le Soleil.
La radiographie utilise l’énergie rayonnante des rayons X pour créer une image des os.
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Le four à microondes utilise l’énergie rayonnante des microondes pour réchauffer la nourriture.
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Les diodes électroluminescentes (DEL) émettent de l’énergie rayonnante sous forme de lumière visible pour éclairer une pièce.
LariBat, Shutterstock.com
Un panneau photovoltaïque est un système technologique où l’énergie rayonnante du Soleil est transformée en électricité pour répondre aux besoins des activités humaines.
L’exploitation de l’énergie solaire n’est pas sans impacts sur l’environnement.
Diyana Dimitrova, Shutterstock.com
L’énergie thermique est associée à l’agitation des particules d’une substance.
L’énergie thermique d’une substance varie en fonction de la température, de la quantité et de la nature des particules.
Selon le modèle particulaire, les particules de matière sont continuellement en mouvement. Lorsqu’une substance reçoit de la chaleur, ses particules s’agitent davantage, ce qui augmente l’énergie thermique de la substance.
Les situations suivantes sont des manifestations de l’énergie thermique.
Le changement de phase de l’eau liquide à la vapeur d’eau est dû à un apport d’énergie thermique, ce qui fait augmenter l’agitation des particules d’eau.
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Pour initier la combustion d’une chandelle, il faut un apport suffisant en énergie thermique.
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Une centrale géothermique est un système technologique complexe où l’énergie thermique du manteau de la Terre est transformée en électricité pour répondre aux besoins des activités humaines.
Dans certains cas, la géothermie ne transforme pas l’énergie thermique. La chaleur du sol est plutôt transférée et utilisée directement comme source de chauffage pour les bâtiments.
L’exploitation de l’énergie thermique du sol n’est pas sans impacts sur l’environnement.
Gudella, Shutterstock.com
Pour valider ta compréhension à propos de l'énergie thermique de façon interactive, consulte la MiniRécup suivante :
En transformant les noyaux des atomes, l’énergie nucléaire est transformée sous d’autres formes et en très grande quantité, généralement sous forme thermique et rayonnante.
Les situations suivantes sont des manifestations de l’énergie nucléaire.
La formation des étoiles semblables au Soleil provient de la fusion nucléaire. Les atomes d’hydrogène se combinent pour former des atomes d’hélium.
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L’énergie nucléaire contenue dans l’uranium est transformée par la fission nucléaire de ses atomes. Une énorme quantité d’énergie thermique est libérée par cette réaction nucléaire.
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Une centrale nucléaire est un système technologique complexe où l’énergie nucléaire de l’uranium est transformée en électricité pour répondre aux besoins des activités humaines.
L’exploitation de l’énergie nucléaire de l’uranium n’est pas sans impacts sur l’environnement.
