D’autres formes de l’énergie

Le mouvement :

  • Un camion de 10 tonnes lancé à 100 km/h, possède 1 kWh d’énergie dans son mouvement. Quand il freine, cette énergie est transformée en chaleur dans les freins.

La chaleur :

  • avec 1 kWh de chaleur, on peut porter la température de 10 litres d’eau de 20 °C à 100 °C.
  • un corps contenant de la chaleur peut servir de source d’énergie  (thermique). Tout corps  de l’Univers et de la Terre en contient.  Même de la glace contient de l’énergie thermique. Seuls les corps qui sont à -273 °C (le zéro absolu de température) n’en ont pas, mais il n’y en a pas dans l’Univers : atteindre cette température est impossible.

La chimie :

  • 1 kWh c’est l’énergie moyenne que l’organisme extrait d’un repas. Seule une partie de l’énergie absorbée sous forme de nourriture peut être récupérée en travail des bras ou des jambes. Quand on fait un travail manuel, on a chaud, ce qui veut dire qu’on dissipe aussi de l’énergie en chaleur.

La lumière :

  • La lumière contient de l’énergie. Le Soleil nous apporte son énergie sous forme de lumière, ou plus généralement de rayonnement : rayonnement visible, infrarouge et ultraviolet : en moyenne 1 kWh vers midi,  sur 7 m2  et en une heure.

Aide mémoire :

1 kWh est obtenu  avec une petite quantité de matière si on est en chimie (combustion, nourriture), une grande quantité de matière si c’est par du mouvement (camion, eau, vent). La lumière du Soleil est entre les deux.

La chaleur aussi contient beaucoup d’énergie. Il est plus facile de créer de la chaleur à partir d’essence ou de mouvements que le contraire : on peut créer de la chaleur en bougeant, mais la chaleur ne nous fait pas bouger.

Quelle énergie durable pour demain ?

Il faut se rendre compte de la quantité d’énergie que l’on consomme ! Elle est devenue gigantesque, et cela impacte le climat. La situation est telle que nous allons devoir changer. Mais pas n’importe comment, sur plusieurs années ! Cela va demander de l’imagination ! Quelques chiffres pour comprendre.

 personnages Énergie, climat  le défi

Entre 1800 et 1900 la consommation mondiale d’énergie a été multipliée par 5. Entre 1900 et 2000 elle a été multipliée par 10. Elle ne cesse d’augmenter.

La consommation d’énergie, si elle était entièrement extraite du pétrole,  représenterait  une gigantesque piscine que l’on viderait  de son pétrole chaque année. Elle serait grande comme tout un département, avec 2,5 m de profondeur, et sa taille augmenterait chaque année car les besoins en énergie de la planète ne cessent d’augmenter : si on continuait à ce rythme la consommation en 2100 sera plus de 70 fois supérieure  : toutes les réserves de pétrole de charbon de gaz existant aujourd’hui seraient consommées en quelques années. Il faut donc évoluer.

Cette consommation d’énergie a aussi un impact sur le climat : le pétrole, le gaz naturel et le charbon, en brûlant, produisent du dioxyde de carbone (CO2) en telles quantités qu’il modifie le climat de la Terre.

L’énergie nous pose donc un défi pour les années à venir :
• réduire nos émissions de CO2
• utiliser d’autres sources d’énergie, durables

En 2050, en France, nous consommerons certainement moins d’énergie par personne : nos logements seront plus performants, nous nous déplacerons autrement, nous ferons plus attention à l’énergie … Malgré cette diminution, comment faire pour que le développement se poursuive, en France, en Europe, dans le monde ? C’est le défi qui est posé. Il est tout à fait abordable puisque, en ce moment, l’énergie est encore souvent gaspillée.

50000kwh Nous sommes énergivores !

En France, nous consommons 50 000 kWh par an et par habitant. Par jour et par personne, cela représente presque 150 kWh, c’est à dire 15 litres équivalent pétrole. Cela inclut la consommation des particuliers mais aussi celle de l’industrie, du bâtiment, des transports de marchandises, des hôpitaux …

A quoi sert cette énergie ? A transformer. Dès qu’une transformation intervient, elle utilise de l’énergie. Vous avez froid, vous avez besoin d’énergie pour allumer le chauffage. Vous avez faim, on a utilisé de l’énergie pour préparer un repas. Vous habitez un logement ? Il a fallu de l’énergie pour le construire. Vous utilisez de l’essence, de l’électricité, vous utilisez de l’énergie.

L’énergie est très peu chère par rapport aux services qu’elle rend. Par exemple, pour un prix moyen de l’énergie de 15 centimes le kWh, 150 kWh coûtent 22 €. Si on payait des travailleurs au SMIC pour fabriquer cette énergie, par exemple en pédalant sur des vélos reliés à une dynamo, au lieu de 22 € il faudrait payer plus de 30 000 € de salaires chaque jour !   Il faudrait couper du bois, faire du feu, faire des vêtements entièrement faits main, aller à pied ou en pousse pousse au collège,  fabriquer les meubles sans scie électrique, etc. Il faudrait un grand nombre de personnes dans les champs, pour remplacer les tracteurs. Un tracteur représente environ 1 000 paires de jambes !

A partir de l’énergie que l’on trouve dans l’environnement ( dans le vent, le pétrole, un arbre mort …) on utilise un système pour obtenir ce qui va vraiment servir : de l’essence, du fioul, du bois de cheminée, de l’électricité. Une part importante de toute l’énergie produite (30%) est perdue dans les conversions de l’énergie quand on fabrique de l’électricité : les centrales électriques produisent de l’électricité, mais surtout de la chaleur. Cette chaleur n’est pas toujours utilisée. Une petite partie est aussi perdue dans les transport de l’énergie. Améliorer la transformation de la chaleur en électricité ferait gagner beaucoup d’énergie.

sources Nos sources d’énergie, de l’huile de coude au nucléaire et aux renouvelables

Personne ne crée l’énergie que l’on utilise : on l’extrait de « sources d’énergies » que l’on trouve dans notre environnement.

groupe_moulinAvant 1750, l’énergie disponible pour tous les travaux était uniquement celle des bras,  des  animaux, des moulins à vent et des moulins à eau. Pour se déplacer, il y avait les chevaux et les mulets. Pour se chauffer, et faire cuire les aliments, on se servait du bois.
groupe_barrilsLe charbon, puis le pétrole et gaz ont permis la révolution industrielle, avec des machines pour remplacer la force animale. Ils ont donné la richesse que connaissent maintenant les pays développés (un agriculteur par exemple réalise beaucoup plus de travail avec un tracteur que s’il utilisait sa seule force physique).

Aujourd’hui, dans les pays développés, les machines travaillent pour nous. Elles fonctionnent si on les alimente en carburant ou en électricité. Elles en usent de grandes quantités car l’énergie ne coûte pas cher : un kWh électrique aujourd’hui coûte  environ 0,13 € en France, et 0,25 € en Allemagne. Avec 0,13 € on peut fournir autant d’énergie à une scie (à moteur),  que 2 bucherons pendant une journée entière avec leurs bras !

Plus récemment (depuis 40 à 50 ans), une nouvelle source d’énergie a commencé à être exploitée : l’énergie nucléaire. Elle possède une grande concentration en énergie, puisque 1 gramme de matière fissile contient environ 23 000 kWh alors que 1 gramme de pétrole n’en contient que 0,012 kWh. Elle est utilisée pour fournir de l’électricité.

Connues et utilisées depuis longtemps, les énergies renouvelables (éolienne, hydraulique, bois) reviennent en force. Elles sont à l’inverse 1 million de fois moins concentrées que le pétrole, mais présentent des avantages incomparables : elles n’émettent pas de CO2, elle peuvent être utilisées au plus près du lieu de consommation, ce qui évite des pertes dans  le transport. De plus elles sont abondantes en France et en Europe, elles peuvent donc limiter notre dépendance énergétique vis à vis du pétrole, du gaz et de l’uranium. Mais les utiliser massivement nécessite recherches et adaptations.

esperance_de_vie Énergie et espérance de vie

Grâce à l’énergie, les conditions de vie se sont améliorées progressivement en France  entrainant une augmentation spectaculaire de l’espérance de vie : de moins de 30 ans avant la révolution, elle a atteint 50 ans en 1900, et elle dépasse maintenant 80 ans !

La disponibilité de l’énergie a permis celle de l’alimentation, la croissance des villes, les progrès de la médecine, la disparition des épidémies, de la mortalité des enfants.  Aujourd’hui la production agricole n’est plus un problème, elle est assurée par des machines pilotées par un nombre réduit d’agriculteurs ; au service de la santé on trouve des hôpitaux et toute une industrie du médicament ; en hiver les logements sont chauffés, et refroidis en été ; le travail est devenu, en général, beaucoup moins pénible.

Dans d’autres pays où les habitants n’ont pas accès à l’énergie et donc au développement1, l’espérance de vie est de 40 ou 50 ans, comme en France il y a 2 siècles.

1kwh Différentes façons d’obtenir 1 kWh

Les sources d’énergie que nous utilisons sont indiquées par des pictogrammes. Personne ne crée de l’énergie, on l’extrait de notre environnement, d’endroits où elle est plus abondante qu’ailleurs et facilement transformable pour notre usage : charbon, pétrole, vent, chute d’eau, …

picto_essencepicto_charbonpicto_gazpicto_bois

  • On peut extraire 1kWh  d’énergie sous forme de chaleur, de
    • 10 centilitres de pétrole
    • 70 grammes de gaz,
    • 140 g de charbon
    • 200 grammes bois bien sec.

    Pétrole, charbon, gaz, bois sec sont des sources d’énergie que nous trouvons dans notre environnement : elles peuvent fournir de l’énergie, sous forme de chaleur, par exemple.  A l’origine de cette énergie : les réactions chimiques qui transforment la matière : après avoir brulé du bois, il reste un tas de cendres,  et on a émis du dioxyde de carbone et d’autres gaz (NO2, etc. ).

    • picto_barrage On peut aussi extraire 1 kWh de la vitesse d’une quantité importante de matière.  Par exemple 360  kilogrammes d’eau qui dévalent 1 000 mètres de hauteur, ont  une énergie de mouvement2 de 1kWh. Les chutes d’eau sont des sources d’énergie.
      Transformer cette énergie de mouvement en chaleur n’est ni facile ni intéressant. On peut plutôt la transformer en électricité et la transporter dans les habitations par des fils électriques. A l’origine de cette énergie : le mouvement de l’eau vers le bas provoqué par l’attraction de la Terre.
    • picto_pelleLes  muscles peuvent fournir de l’énergie. Avec une pelle servant à envoyer des pelletées de terre à 1,60 m de haut, il faut 100 heures de travail avec les bras pour fournir 1 kWh ! Les bras sont un plus efficaces quand il s’agit de tourner une manivelle. Les jambes sont encore un peu plus efficaces.  A l’origine de cette énergie : les réactions biochimiques dans le corps qui créent le mouvement des muscles. Pour en savoir plus sur l’énergie musculaire, cliquer ici.
    • La lumière contient de l’énergie. C’est par la lumière que la Terre reçoit toute son énergie du Soleil. Une grande partie est convertie en chaleur. (Pour en savoir plus sur les formes que peut prendre l’énergie, cliquer ici.)
    • 1 kWh, c’est aussi à peu près ce que fournit un repas à l’organisme. A l’origine de cette énergie : les réactions chimiques de digestion.  (Pour en savoir plus sur l’énergie de la nourriture, cliquer ici)

appareilsÉnergie, quels appareils consomment le plus ?

groupe_appareilsSur le poster sont représentés certains appareils qui consomment de l’énergie, quand on les utilise : un radiateur électrique,  un réfrigérateur, un congélateur, un ordinateur portable, un smartphone, un écran de télévision, un chargeur, tous ces objets se branchent sur une prise et consomment de l’électricité dès qu’on les allume. Envoyer un mail, discuter sur Facebook, allumer une lampe, faire couler de l’eau, prendre un bus, écouter de la musique demandent aussi de l’énergie.

Voici quelques exemples de consommation électrique d’une famille de 4 personnes :

appareil durée approximative d’utilisation par an nombre de kWh utilisés
Un réfrigérateur moyen environ 380 kWh par an pour un réfrigérateur moyen.  380 kWh
Un radiateur électrique qui a une étiquette de 1 kW utilise 1 kWh par heure quand il chauffe sans s’arrêter. Mais il ne consomme rien s’il est à l’arrêt. S’il fonctionne pendant 10 heures sans interruption, il consomme 10 kWh. Sur 100 jours de froid, il consomme 1000 kWh  1000 kWh  fois le nombre de radiateurs allumés
Un micro-onde  800 W, quand on l’utilise à pleine puissance pendant 10 minutes par jour  50 kWh par an
Plaques électriques 1 kW pendant la préparation des repas 2 plaques pendant 15 minutes par jour soit 0,5 kWh par jour 180 kWh par an
Une machine à laver le linge  de 2 kW Une heure par jour,  consomme en moyenne 1,5 kWh par jour 550 kWh par an
Un sèche cheveux de 1000 watt pendant 20 minutes par jour : 0,33 kWh/j, tous les 3 jours  40 kWh par an
multimédia d’une famille  pc de bureau avec l’adsl, tablette, portable, TV …  1 000 kWh paran

En France, 47% de l’énergie produite est utilisée par les ménages pour leur usage domestique La consommation d’une résidence principale se répartit en moyenne de la manière suivante : 63% pour le chauffage, 12% pour la production d’eau chaude sanitaire, 19% pour des besoins spécifiques en électricité comme l’éclairage ou le réfrigérateur, et 7% pour la cuisson des aliments. Pour faire des économies d’énergie,  le plus simple est de baisser la température d’un logement : la baisser  de 1°C au voisinage de 20°C permet de diminuer la consommation de 7%.  Dès lors, se contenter de 19°C dans les pièces où l’on vit et de 16°C dans les chambres, plutôt que de 21 ou 22°C dans toute la maison permet de belles économies si on n’y est pas dans la journée.

Un grand nombre d’appareils numériques envahit les foyers. Pour une famille de 4 personnes la consommation électrique pour le numérique est d’environ 1000 kWh/an. (voir le détail ici). Enfin le système de veille des appareils multimédia( TV, ordinateur, imprimante, … ) consomme de l’énergie pour rien.

postit Notes et Références

  1. imaginons une personne d’un pays pauvre qui souhaite améliorer ses conditions de vie. Par exemple amener l’eau courante chez lui, ou traiter les eaux usées,  ou acheter un réfrigérateur, un téléphone, une lampe. Tout ceci consommera de l’énergie. Pour y arriver,  il va vouloir développer une activité économique, et donc vouloir  commencer à consommer de l’énergie. Le prix de l’énergie, qui est chère dans ces pays, est un obstacle au développement []
  2. énergie de mouvement, appelée énergie cinétique []