1. RAPPELS
SUR L'ÉNERGIE
1.1. QU'EST-CE QUE C'EST L'ÉNERGIE
?
Faculté d'un corps de fournir du travail. L'énergie
s'exprime en joule ou en kilowattheure.
1.2. SOURCES D'ÉNERGIES
FONDAMENTALES
Il existe seulement trois sources d'énergies fondamentales
:
- les réactions nucléaires,
- la gravitation universelle,
- les réactions chimiques.
1.3. FORMES D'UTILISATION DES
ÉNERGIES
Pour les besoins de l'Homme, on recense cinq formes principales
d'utilisation des énergies :
- l'énergie musculaire
- l'énergie calorifique,
- l'énergie mécanique,
- l'énergie électrique,
- l'énergie chimique.
1.3.1. Énergie
musculaire
L'énergie musculaire est tellement fondamentale qu'elle
est totalement oubliée. Pourtant, directement pour chacun
de nous, elle couvre :
- les gestes et les mouvements,
- les déplacements (marcher, courir, faire du vélo,
etc.),
- le travail manuel,
- en liaison directe avec le cerveau, le contrôle et la
commande des outils et des systèmes industriels,
etc. etc., y compris tous les actes quotidiens ou périodiques
qui contribuent au maintien de l'existence de l'humanité
!!!
Mais l'Homme a su capter pour ses besoins cette énergie
musculaire fournie par les animaux : cheval, bœuf, chameau,
éléphant, etc.
1.3.2. Énergie
calorifique
D'abord limitée à la cuisson des aliments, leur
conservation et pour son chauffage l'Homme l'a rapidement développée
pour :
- la fonderie des métaux,
- la forge,
- la distillation,
- etc., etc.
1.3.3. Énergie
mécanique
Elle est à la base de :
- la voile, les moulins à vent et à eau,
- les ressorts et les contrepoids des mouvements d'horlogerie,
- l'arc,
- etc.,
mais les énergies mécaniques modernes prennent naissance
dans l'utilisation des autres formes d'énergies (thermique,
électrique).
1.3.4. Énergie
électrique
La plus récente des formes d'énergies utilisées
quotidiennement par chacun de nous :
- éclairage et chauffage,
- électromagnétisme (électroaimants, moteurs),
- communications : vidéo, télécommunication,
informatique, contrôle/commande, etc.
- arc électrique (soudure),
- le métro, le TGV,
- etc.
1.3.5. Énergie
chimique
Mal connue, elle est pourtant partout :
- le feu,
- les explosions (moteur, dynamite, etc.),
- l'effet voltaïque (les piles),
- piles à combustible,
- etc.
Il ne s'agit là que d'un petit exercice qui se veut simplement
démonstratif. Il appartient à chacun de vous de
compléter ces énumérations en fonction de
son expérience ou de son inspiration.
En fait les choses sont un tout petit peu plus compliquées.
Des étapes nombreuses et parfois très complexes
peuvent être nécessaires pour passer de la source
d'énergie fondamentale à la forme sous laquelle
elle va être utilisée par l'Homme, pour ses besoins.
1.3.6. Exemple de l'hydroélectricité
L'électricité produite par les turbines des barrages
provient d'une suite très particulière de phénomènes
:
1 - cette forme d'énergie prend sa source fondamentale
dans les réactions de fusion nucléaire du soleil,
2 - les rayonnements émis par ces réactions nucléaires
atteignent les hautes couches de l'atmosphère qui laissent
principalement passer les infrarouges, le spectre des rayons visibles
et les ultraviolets,
3 - ces rayons ont une action climatique aux effets multiples
: évaporation en surface des océans, variations
de pressions créant les vents qui emportent les nuages,
refroidissement des masses d'air au contact des reliefs montagneux,
déclenchement des précipitations,
4 - les eaux de ruissellement sont collectées en fond de
vallée par des barrages édifiés par l'Homme,
5 - la chute d'eau actionne des turbines en pied de barrage, produisant
l'électricité.
On constate que l'énergie fondamentale de la réaction
nucléaire du soleil produit de l'énergie calorifique,
transformée en énergie mécanique puis en
énergie électrique. Mais la chute d'eau est provoquée
par la pesanteur créée par la source fondamentale
de la gravitation universelle.Au résultat, l'énergie
hydroélectrique est extrêmement précieuse,
elle représente 18 % de la production d'électricité
en France, mais seulement 6 % dans le Monde.
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2. RÉSUMÉ
SUR LES SOURCES D'ÉNERGIE
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SOURCES D'ÉNERGIES FONDAMENTALES
Réactions nucléaires |
Gravitation universelle |
Réactions chimiques |
FORMES PRINCIPALES D'UTILISATION DE L'ÉNERGIE
Énergie
musculaire |
Énergie calorifique |
Énergie mécanique |
Énergie électrique |
Énergie chimique |
- les gestes et les mouvements,
- les déplacements (marcher, courir, faire du vélo,
etc.),
- le travail manuel,
- avec le cerveau, le contrôle et la commande des outils
et des systèmes industriels,
- etc.
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- cuisson des aliments,
- leur conservation
- chauffage
- fonderie,
- forge,
- cimenterie,
- la distillation,
- etc. |
- voile,
- moulins à vent et à eau,
- ressorts et contrepoids des mouvements d'horlogerie,
- l'arc,
- etc. |
- éclairage,
- chauffage, froid
- électroaimants,
- moteurs,
- audio, vidéo-
- télécommuni-
cations,
- informatique,
- contrôle/cde,
- arc électrique (soudure),
etc. |
- feu
- explosions (moteurs)
- piles électriques
- piles à combustible
- etc. |
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3. PRINCIPAUX
MÉCANISMES ÉNERGÉTIQUES
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Là encore il s'agit
d'exercices démonstratifs qui n'ont certes pas la prétention
d'être exhaustifs, mais seulement de faire voir la complexité
des mécanismes qui, depuis les sources fondamentales, conduisent
à disposer de l'énergie directement exploitable.
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4. ÉNERGIE ET PROGRÈS
La consommation d'énergie
est caractéristique du niveau de développement d'un
groupe de population, parmi les 6 milliards d'habitants de la terre
: - 80 % de l'énergie est
consommée par 20 % de la population mondiale (Amérique
de Nord, Europe Unie, Japon) offrant une espérance de vie
de 75 ans pour les hommes et 83 ans pour les femmes,
- 19 % de l'énergie est consommée
par 60 % de la population, avec une espérance de vie à
peine supérieure à 53 ans (Amérique du Sud,
Europe centrale, Moyen Orient, Asie de l'Est),
- le 1 % restant est consommé par
20 % de la population, essentiellement pour cuire quelques aliments,
avec une espérance de vie inférieure à 40
ans (Afrique Équatoriale, Inde, etc.).
On constate que :
• le taux de mortalité infantile
croît lorsque la puissance moyenne par habitant reste inférieure
à 500 W (elle passe de 2,2/1000 dans les pays développés
à plus de 150/1000 pour les pays à très faibles
consommations),
• l’espérance de vie chute
brusquement lorsque la puissance moyenne est inférieure
à 180 W par habitant (elle descend à 36,5 ans pour
les très faibles consommations)
En France, la consommation d'énergie a été
multipliée par un facteur dix en cent ans et quinze en
170 ans où elle est passée de 0,3 tep par personne
en 1830 à 1,5 tep en 1920 pour atteindre actuellement 4,5
tep.
Les émissions de CO2 dues à
l'énergie en 1998 sont de 102 000 tonnes de carbone par
an pour la France :
- 1,7 % des émissions mondiales,
- 12 % des émissions de l'Union Européenne
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5. CONSOMMATION DANS LE MONDE
L'énergie totale consommée
dans le monde atteint 8 milliards de tonnes d'équivalent
pétrole (8 Gtep). Les énergies renouvelables (essentiellement
l'hydroélectricité) ne représentent que 7 %,
le nucléaire 6 % et les énergies fossiles plus de
85 % (charbon, pétrole, gaz). La
consommation électrique annuelle mondiale est de 12 000
milliards de wattheure (12 000 TWh), ce qui correspond à
une puissance moyenne consommée : Pmoy = 230 watts par
habitant (alors que pour la France Pmoy = 940 watts par habitant).
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6. CONSOMMATION EN
FRANCE
La consommation nationale d'énergie
primaire en 2000 est de 258 Mtep/an :
- 2,6 % de la consommation primaire mondiale,
- 18 % de la consommation primaire de l'Union Européenne
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ENRt =
ÉNERGIEs renouvelables thermiques Source : Observatoire
de l'énergie - 2001
tep = tonne équivalent
pétrole |
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ENRt =
ÉNERGIEs renouvelables thermiques Source : Observatoire
de l'énergie - 2001
tep = tonne équivalent
pétrole |
alors que la production nationale d'énergie
primaire en 2000 est de 126 Mtep/an :
- 1,3 % de la production primaire mondiale,
- 17 % de la production primaire de l'Union Européenne
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Situation
de l'énergie en France en 2000
Pétrole
- 13 raffineries
- 19,8 Mt de brut
Nucléaire
- 20 sites
- 58 tranches
Gaz naturel
- 9,61 milliards de m3 consommés
Charbon
- Houille 22 Mt
- Lignite14 Mt
Renouvelables
- Hydraulique 16 Mtep
- Eolien 0.2 Mtep
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ENRt = ÉNERGIEs
renouvelables thermiques Source : Observatoire
de l'énergie - 2001 |
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On
constate que pour le charbon, le pétrole et le gaz la France
est quasi totalement dépendante de ses importations. Alors
que pour l'électricité primaire, grâce au
nucléaire et à l'hydraulique elle est nettement
exportatrice
(14 millions de tep).
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L'agriculture qui ne représente
que 3 % du total n'apparaît pas à cause de l'échelle
des courbes. Sur trente ans,
la sidérurgie décroît, les autres usages,
la branche énergie et l'industrie sont quasiment stables,
alors que les transports et le résidentiel plus le tertiaire
sont en nette augmentation
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ENRt
= ÉNERGIEs renouvelables thermiques Source
: Observatoire de l'énergie - 2001 |
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Source : Observatoire de l'énergie
- 2001 |
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