#Thread Qu’est-ce que l’énergie ?

«Je n’ai plus d’énergie», «L’énergie renouvelable est celle du futur». Concept souvent usité mais relativement méconnu, l’énergie n’aura presque plus de secrets pour vous après cette série de tweets

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Dans la conscience populaire, le mot énergie renvoie à de nombreux mots. Certains d’entre eux évoquent ses différentes formes et d’autres renvoient à ses diverses sources : électricité, chaleur, puissance, vitesse, nucléaire, pétrole, charbon, gaz, renouvelable, solaire etc.

Si chacun de ces mots peut être associé à l’énergie, aucun d’entre eux ne dit pourtant ce que signifie réellement ce concept. Pour le commun des mortels, l’énergie se confond avec ses utilisations finales comme l’électricité qui arrive à la maison ou le carburant de la voiture.

Pendant plusieurs siècles, les scientifiques eux-mêmes ont eu beaucoup de mal à lui donner une définition recouvrant avec exactitude sa réalité physique. Mot d’origine grecque, l’énergie était définie par Aristote (384-322 avant JC) comme « une force en action ».

Au cours des siècles suivants, plusieurs physiciens ont approché sa définition correcte tout en la confondant avec d’autres concepts physiques comme le travail mécanique, la force ou la puissance.

Etienne Klein, physicien et philosophe français, reprenant Paul Valery, parle de cette époque d’approches conceptuelles et de définitions approximatives comme une période de « nettoyage de la situation verbale » autour du mot énergie.

Cette brume conceptuelle finit néanmoins par se dissiper définitivement en 1887 avec Max Planck (1858-1947), qui la définit en insistant sur sa propriété fondamentale, c’est-à-dire sa CONSERVATION AU COURS DU TEMPS. Notez cela, c’est très important.

Mais pour la plupart des humains, simples « Einstein du quotidien » et non physiciens, l’énergie est cette chose qui permet d’éclairer une salle, amplifier un son, cuire un repas, lever un conteneur, déplacer une voiture et ses passagers ou changer la température d’une pièce.

L’énergie, qu’elle soit chimique ou mécanique, calorifique ou électrique, nous permet en effet d’accélérer, découper, raboter, soulever, chauffer, refroidir, éclairer, transporter etc. En somme, «mesurer de l’énergie, c’est mesurer du changement» nous dit l’ingénieur JM Jancovici

L’énergie est donc une grandeur physique qui se conserve au cours du temps et qui mesure la capacité à changer l’état d’un système. Autrement dit, l’énergie nous permet de transformer le monde qui nous entoure et ce, en commençant par nos propres organismes.

Relisez ce tweet

C’est en effet grâce à l’énergie chimique contenue dans les aliments que nous mangeons que nous pouvons produire de la chaleur pour maintenir la température de notre corps à 37°C et que nous augmentons la taille de nos os et de nos muscles.
http://www.linternaute.com/science/biologie/pourquoi/06/aliments-energie/aliments-energie.shtml

C’est grâce à cette même énergie chimique que nous renouvelons les réserves de nos muscles pour pouvoir être actif, labourer un champ, soulever une brique, couper un arbre, cliquer sur le clavier de notre ordinateur ou, pour vous, tenir votre smartphone en ce moment

L’énergie chimique contenue dans les cellules musculaires d’une vache va lui permettre, lorsqu’elle se déplace, de fournir de l’énergie mécanique à un outil qui va labourer la terre.

Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. Qui a dit ça ?

De la même manière, l’énergie chimique contenue dans les liaisons carbone-hydrogène des hydrocarbures, peut être transformée en électricité ou en énergie mécanique. Il suffit pour cela de brûler le pétrole ou le charbon - c’est la combustion - pour rompre ces liaisons chimiques

La chaleur ainsi obtenue à partir d’un combustile est ensuite transformée en électricité grâce à un alternateur relié à une turbine entrainée par de la vapeur d’eau. Cette électricité qui arrive chez nous peut faire fonctionner un ventilateur ou un climatiseur.

L’énergie contenue dans la lumière solaire, lorsqu’elle tape la surface d’un panneau photovoltaïque, tout comme l’énergie chimique d’une batterie, permettent d’obtenir de l’électricité.

Ainsi, si le monde qui nous entoure a été profondément modifié par l’homme, c’est parce que celui-ci a exploité de l’énergie dans des formes de plus en plus concentrées.

Il ‘est d’abord appuyé sur l’énergie mécanique fournie par ses bras et les animaux domestiques, puis sur la force du vent et de l’eau avec les moulins, avant d’exploiter l’importante énergie chimique des hydrocarbures solides avec le charbon, puis liquides avec le pétrole.

Sans énergie, il n’y a ni électricité, ni machines, ni voitures, ni ordinateurs, ni internet, ni industrie, ni extraction de ressources naturelles, ni agriculture intensive, ni transport d’hommes ou de marchandises sur de longues distances : il n’y a pas d’activité économique.

Sans énergie, il n’y a pas de vie non plus. L’énergie solaire, issue de la fusion nucléaire au sein de notre étoile, a permis de créer l’existence exceptionnelle d’eau liquide sur Terre entrainant la prolifération des molécules du vivant.

La vie s’est complexifiée toujours grâce à l’énergie : celle des fonds marins ou du soleil qui a permis le développement des algues photosynthétiques. Ces algues et leur production d’oxygène ont permis l’explosion de la vie animale océanique et terrestre y a 500 millions d’années

L’énergie est le socle de la vie et de l’économie. Elle est contenue dans diverses sources et passe d’une forme à une autre, d’un objet à un autre, d’une région à une autre. Lorsqu’elle provient d’une source diffuse (le vent, le soleil, les marées),on dit qu’elle est déconcentrée

Ce sont ces sources d’énergie déconcentrées et intermittentes, en plus de sa propre force et celle des animaux domestiques, que l’homme a utilisé pendant des millions d’années pour sa subsistance, de son apparition sur Terre jusqu’à la moitié du XIXe siècle.

Ainsi, jusqu’à très récemment, l’humanité vivait quasi- exclusivement grâce aux énergies renouvelables et son principal défi, au cours de ce XXIe siècle, sera de remettre les énergies renouvelables au cœur de ses activités.

En effet, l’énergie calorifique, avec la maitrise du feu remontant probablement à Homo Erectus il y a 400 000 ans, a toujours été réservée à des usages non industriels comme la cuisson domestique.

Puis son utilisation systématique et hégémonique a été entrainée par la découverte de la machine à vapeur et des lois de la thermodynamique au XIXe siècle. Depuis 1850, date « révolution thermo-industrielle »l’humanité a opté pour l’utilisation massive du charbon puis du pétrole

Le pétrole : miracle physique et socle de la modernité

Notre monde moderne est énergie, et le pétrole en est le pilier central. Pour s’en convaincre, examinons de plus près l’un de ses emblèmes : la voiture. A chaque étape de la vie de cette machine, de l’énergie intervient.

En effet pour construire les composants d’une voiture, il faut des métaux qui sont extraits du sous-sol avec d’énormes camions (cf photo) fonctionnant au gasoil, un dérivé du pétrole. Ensuite ces métaux sont purifiés grâce à d’importantes quantités d’énergie.

Pour assembler ces composants, il faut également de l’énergie, souvent de l’électricité produite grâce au charbon. Enfin, pour faire fonctionner la voiture, il faut aussi que de l’énergie, sous forme de gasoil ou d’essence dérivé du pétrole, brûle dans un moteur (voir schéma)

Or lorsque l’on dit d’un moteur qu’il a une puissance de 100 chevaux2, cela signifie qu’il peut fournir une énergie mécanique équivalente à 100 chevaux tirant tous dans le même sens pendant une période donnée.

Chose impressionnante quand on sait que ce moteur n’a besoin que de qq litres de carburant pour déplacer une voiture pesant plus d’une tonne. Cette prouesse est due avant tout à l’exceptionnelle concentration d’énergie chimique dans les hydrocarbures liquides.

Ainsi, avec les rendements des moteurs thermiques, 1L de pétrole produit 10 kilowattheures (kWh) d’énergie calorifique et 3 kWh d’énergie mécanique. En comparaison, un maçon soulevant des briques pdt une journée produira au maximum 0,05 kWh mécanique pour un salaire de 2500 FCFA.

Ainsi, l’énergie mécanique produite par un maçon coûte environ 64000 FCFA/kWh alors qu’un litre de pétrole, coûtant environ 240 FCFA hors taxes diverses, permet de fournir 3 kWh d’énergie mécanique, soit 80 FCFA/kWh.

La conclusion est qu’un KWh d’énergie mécanique produit par le pétrole est 800 fois moins cher que celui produit par un maçon sénégalais. Ceci est le fruit de millions d’années de processus naturels qui ont petit à petit accumulé l’énergie chimique dans le pétrole.

Le pétrole est ainsi un composé qui agit comme une « batterie » naturelle concentrant beaucoup d’énergie chimique. C’est cela qui fait du pétrole un miracle physique et le socle de toute la production industrielle de l’Homme au cours du XXe siècle.

Toute la recherche scientifique et les nouvelles machines n’ont servi qu’à améliorer les rendements énergétiques car c’est bien le pétrole qui constitue le socle du « développement » industriel avec l’explosion des transports maritimes et routiers.
Plus de pétrole = Plus de PIB

Au Sénégal, la consommation moyenne d’énergie par Sénégalais en 2016 était d’environ 0.30 tonnes équivalent pétrole (tep).

La (tep) est une unité qui permet de comparer des énergies en prenant comme référence celle d’une tonne de pétrole. 1 tep = 7,3 barils de pétrole = 11 630 kWh d’énergie thermique. Une tonne de bois vaut 0.32 tep et fournit donc 3 fois moins de chaleur qu’une tonne de pétrole.

Après cette précision sur la Tep, revenons sur notre chiffre clé : un Sénégalais consommait 0,30 tep en 2016. Ce qui équivaut à environ 1000 kWh d’énergie mécanique. Rappel : un maçon produit au maximum 0,05 kWh d’énergie mécanique par jour avec ses bras.

Cela signifie qu’en consommant 1000 kWh d’énergie mécanique/an pour ses besoins en énergie (électricité, cuisson, transport, manutention, production industrielle, agricole), chaque Sénégalais, du bébé au retraité, dispose de l’équivalent de 55 maçons travaillant pour lui 24h/24.

Ces « esclaves énergétiques » virtuels et infatigables, s’ils existaient, auraient dû tourner des manivelles pour générer de l’électricité, pousser nos voitures, récolter légumes, ventiler un fourneau pour la cuisson, soulever des blocs de béton pour construire des bâtiments etc.

Dans notre quotidien, ces « esclaves énergétiques » infatigables sont les machines (voitures, turbines, tracteurs, grues) et leur « nourriture » s’appelle charbon, essence, gasoil, fioul lourd, gaz butane etc.

C’est donc grâce aux sources carbonées, le charbon d’abord (en noir) et le pétrole ensuite (en rouge), que l’homme a pu disposer d’une énergie abondante et extrêmement bon marché comparée au coût de l’énergie produite par la force humaine ou celle des animaux.

C’est cela qui lui a permis de démultiplier sa capacité d’action et de transformation du monde, de s’affranchir de la nécessité de se concentrer sur l’agriculture de subsistance pour se consacrer au développement scientifique, technique et économique.

Le monde a radicalement changé aux XIXe et XXe siècles avec l’utilisation massive du charbon et du pétrole. Il s’est particulièrement accéléré sous l’impulsion de ce liquide précieux qui a fluidifié comme jamais les échanges de marchandises et d’informations.

En effet, grâce au pétrole le monde a connu l’essor de l’industrie de la voiture, l’explosion du commerce international, le développement de l’agriculture intensive et son corollaire qu’est l’accroissement démographique à l’échelle mondiale.

Depuis 1950, l’uranium, un concentré d’énergie nucléaire, est utilisé pour produire de l’électricité. Mais à la différence des hydrocarbures, l’uranium utilisé dans les centrales nucléaires nécessite un traitement complexe et qui peut être dangereux s’il n’est pas maitrisé.

Cela, rajouté au risque militaire d’utilisation des déchets nucléaires comme le plutonium, ralentit naturellement le développement du nucléaire qui n’émet pourtant pas de CO2 et permettrait de lutter contre le réchauffement climatique s’il se développait en Chine notamment.

Le nucléaire a également contre lui les dangers sanitaires liés à la radioactivité de ses déchets et aux accidents nucléaires comme ceux de Tchernobyl en Ukraine en 1986 ou de Fukushima au Japon en 2011. https://fr.wikipedia.org/wiki/Accident_nucléaire_de_Fukushima

Et comme pour le charbon et un peu le gaz naturel, il ne requiert que des techniques rudimentaires pour être exploité : de la combustion et un moteur. Cette facilité d’exploitation font des sources d’énergie carbonées les champions incontestés parmi les sources d’énergie.

Les sources d’énergie

L’énergie se conserve au cours du temps. Ainsi, on NE PEUT PAS PRODUIRE de l’énergie mais seulement l’extraire d’une source où elle est sous une forme donnée pOUR l’utiliser ou la transformer en une autre forme d’énergie (électricité, chaleur, énergie méca)

Cette transformation d’une forme à une autre s’accompagne d’une dégradation irréversible de la qualité de l’énergie qui finit par se dissiper sous forme non utile souvent qualifiée de «pertes». L’une d’elles, qu’on a tous apprise à l’école, est «l’effet joule»

Cette dégradation naturelle s’explique par la seconde loi de la thermodynamique: la loi de l’entropie. Pas besoin d’entrer dans les détails cette loi physique découverte au XIXe siècle avec notamment un apport décisif de l’ingénieur et physicien français Sadi Carnot (1796-1832)

Pour trouver l’énergie, il faut aller la prélever dans la nature où elle est contenue dans diverses sources. Ces sources, formées sans intervention humaine et qui peuvent être directement prélevées moyennant quelques investissements, sont ce que l’on appelle l’énergie primaire.

Ainsi le pétrole est une énergie primaire, le gaz et le charbon aussi, tout comme l’uranium. Ils constituent le sous-groupe des sources fossiles d’énergie primaire, plus connues sous le vocable d’« énergies fossiles ».

Le terme «fossile», emprunté à la paléontologie, renvoie à l’idée que ces sources d’énergie primaire ont été formées à des époques géologiques très anciennes (plusieurs dizaines de millions d’années) grâce à des processus naturels qui se déroulent sur plusieurs millions d’années

Ainsi, les énergies fossiles même si elles continuent à se former à des rythmes imperceptibles pour nous, sont des sources non renouvelables. Cela signifie qu’à l’échelle d’une vie humaine, il est impossible d’assister à la formation naturelle de pétrole, de gaz ou d’uranium.

Pour nous, le stock des énergies fossiles que nous exploitons est donné en quantités finies : un gisement de pétrole, une fois qu’il est exploité, ne se renouvelle pas spontanément contrairement à l’eau qui s’accumule dans un barrage hydroélectrique.

Ce caractère fini des énergies fossiles a une implication physique : leur production est vouée à passer par un maximum avant de décliner de manière irréversible sur le long terme.

A côté de ces sources fossiles épuisables et non renouvelables, il y a des sources d’énergie primaire que l’on qualifie de «renouvelables». En effet les processus naturels qui les forment peuvent se répéter, se renouveler, plusieurs fois par jour, dans une année, par décennie etc

Ces sources, communément appelées « énergies renouvelables », sont constituées par l’énergie biochimique qui se renouvelle dans notre corps lorsque nous mangeons mais aussi par le bois (la biomasse) que nous fournissent les arbres qui repoussent au bout de quelques années.

Il s’agit également de l’énergie mécanique fournie quotidiennement par les marées, les fleuves et le vent. La plus emblématique de ces sources renouvelables d’énergie primaire reste l’énergie solaire qui nous arrive quotidiennement du ciel.

Une autre source d’énergie renouvelable est la chaleur interne de la terre qui s’échappe en permanence du sous-sol en certains endroits comme les geysers. Nos amis islandais connaissent bien ce phénomène.

Qu’elles soient fossiles ou renouvelables, les sources d’énergie primaire permettent de fournir de l’énergie dite secondaire grâce à des dispositifs techniques simples (moulin/vent, fourneau/charbon ) ou plus complexes (pâles éoliennes, panneau photovoltaïque, centrale nucléaire)

L’électricité et la chaleur sont par exemple des formes d’énergie secondaire qui jouent souvent un rôle de vecteur énergétique, en permettant de transporter l’énergie sur des distances variables.

Les carburants comme l’essence, le gasoil, le kérosène - tous dérivés du pétrole par raffinage - sont également des formes d’énergie secondaire. Le passage de l’énergie primaire à l’énergie secondaire se fait toujours avec des « pertes » comme nous l’évoquions plus haut.

Cela signifie qu’en brûlant du bois pour en tirer la chaleur qui fera bouillir la sauce de votre marmite, vous ne récupérez, de sous forme de chaleur, qu’une partie de l’énergie contenue dans le bois que vous venez de brûler. L’autre partie se dissipe sous forme de chaleur.

Bien souvent, l’énergie secondaire doit elle aussi être transformée pour être utilisable sous forme de lumière, d’énergie mécanique ou d’air frais émis par le climatiseur d’un bureau.

Cette transformation de l’énergie secondaire en énergie finale parvenant au consommateur s’effectue avec des dispositifs où les pertes sont inévitables. Ainsi, quand vous mettez 10L d’essence dans le moteur de votre voiture, 6 de ces 10L ne servent pas à faire avancer le véhicule

Cette énergie contenue dans les six litres est « perdue » essentiellement sous forme de chaleur. C’est ce qui explique que le capot de votre voiture est chaud quand vous conduisez.

#EndOfThread

Merci d’avoir lu ce long thread sur l’énergie. N’hésitez pas à le relire quand vous pourrez. Excellente année 2021 à tous et toutes and spread some positive...energy