L'énergie

INTRODUCTION

L'énergie est la capacité d'un système à produire un travail1, entraînant un mouvement ou produisant par exemple de la lumière, de la chaleur ou de l’électricité. C'est une grandeur physique qui caractérise l'état d'un système et qui est d'une manière globale conservée au cours des transformations. L'énergie s'exprime en joules (dans le système international d'unités) ou souvent en kilowatt-heure (kW•h ou kWh).

Outre l'énergie au sens de la science physique, le terme « énergie » est aussi utilisé dans les domaines technologique, économique et écologique, pour évoquer les ressources énergétiques, leur consommation, leur développement, leur épuisement, leur impact écologique. Les principales ressources énergétiques sont les énergies fossiles (le gaz naturel, le charbon, le pétrole), l’énergie hydroélectrique, l’énergie éolienne, l’énergie nucléaire, l’énergie solaire, l'énergie géothermique.

Les activités économiques telles que les productions industrielles, le transport, le chauffage des bâtiments, l'utilisation d'appareils électriques divers, sont consommatrices de beaucoup d'énergie ; l'efficacité énergétique, la dépendance énergétique, la sécurité énergétique et le prix de l’énergie y sont des préoccupations majeures.

Une sensibilisation accrue aux effets du réchauffement climatique a conduit ces dernières années à un débat mondial sur la maîtrise des émissions de gaz à effet de serre et à des actions pour leur réduction. Cela conduit à envisager des transformations des modes de consommation énergétique (transition énergétique), pas seulement en raison des contraintes liées à l'épuisement de l'offre, mais aussi à cause des problèmes posés par les déchets, l'extraction des énergies fossiles, ou certains scénarios géopolitiques.

I. Étymologie et définition

L’énergie est un concept qui remonte à l'Antiquité.

Le mot français « énergie » vient du latin vulgaire energia, lui-même issu du grec ancien ἐνέργεια / enérgeia. Ce terme grec originel signifie « force en action », par opposition à δύναμις / dýnamis signifiant « force en puissance »2 ; Aristote a utilisé ce terme « au sens strict d'opération parfaite »3, pour désigner la réalité effective en opposition à la réalité possible4.

Après avoir exploité sa propre force et celle des animaux, l’homme a appris à exploiter les énergies contenues dans la nature (d’abord les vents, énergie éolienne et les chutes d’eau, énergie hydraulique) et capables de lui fournir une quantité croissante de travail mécanique par l’emploi de machines : machines-outils, chaudières et moteurs. L’énergie est alors fournie par un carburant (liquide ou gazeux, issu d'énergie fossile ou non).

L’expérience humaine a montré que tout travail requiert une force et produit de la chaleur ; que plus on « dépense » d’énergie par quantité de temps, plus vite on fait un travail, et plus on s’échauffe.

Comme l’énergie est nécessaire à toute entreprise humaine, l’approvisionnement en sources d'énergie utilisables est devenu une des préoccupations majeures des sociétés humaines.

À noter qu'au sens de la physique, il n'y a pas de sources d'énergie, ni d'énergies renouvelables, ni de pertes d'énergie car l'énergie ne peut ni se créer ni disparaître (premier principe de la thermodynamique, Lavoisier, Anaxagore…).

La problématique de l'énergie repose donc sur celle de sa transformation. Celle-ci peut s'opérer de plusieurs façons : l'énergie interne d'un système change de forme (transformation de son énergie potentielle en énergie cinétique par exemple) ou bien un système transmet son énergie à un autre (par exemple, la transformation de l'essence en chaleur puis en énergie cinétique...).

Les questions du stockage et du transport de l'énergie sont aussi très importantes pour les activités humaines notamment pour compenser le caractère intermittent de la production des énergies renouvelables.

II. Typologie

1. Formes d'énergie en physique mécanique

La physique mécanique, considère deux manifestations pour l’énergie :

l’énergie cinétique d’une masse en mouvement ;

l’énergie potentielle des forces d'interaction s’exerçant entre des systèmes.

Lorsque deux systèmes interagissent, ils échangent de l'énergie. Au cours de l'interaction, la somme des variations d'énergie dans le premier système est l'opposée de la somme des variations d'énergie dans le second : il y a conservation de l'énergie. Par exemple, un ballon qui chute librement dans l'atmosphère terrestre va transformer son énergie de pesanteur en chaleur, transmise à l'air, via les forces de frottement dues à la force électromagnétique. Il y a conversion de l'énergie potentielle de la force de gravitation du ballon en énergie cinétique puis en énergie cinétique des molécules de l'air (chaleur).

2. Sources d'énergie

On qualifie également l’énergie selon la source d’où elle est extraite ou le moyen par lequel elle est acheminée: les énergies fossiles, l’énergie nucléaire, l’énergie de masse, l’énergie solaire, l’énergie électrique, l’énergie chimique, l’énergie thermique, l'énergie d’origine biomassique (biomasse sèche, biomasse humide et biocarburants) ;

Il existe des sources d'énergie restant inchangées qu'on les exploite ou non : on les nomme par convention énergies renouvelables.

III. Approche transversale

1. Une grandeur « universelle »

Cette section ne cite pas suffisamment ses sources. Pour l'améliorer, ajouter en note des références vérifiables ou les modèles {{Référence nécessaire}} ou {{Référence souhaitée}} sur les passages nécessitant une source.

Si le terme d’énergie s’est précisé dans le cadre des sciences physiques depuis le XVIIIe, il garde toutefois plusieurs sens différents, fort d’une histoire dont on trouve trace dès l'antiquité5,6. Le terme est utilisé dans de nombreux domaines dont la philosophie, l’économie, la nutrition la

...