Suis l’énergie : la chaîne énergétique

L'essentiel

Transférer l'énergie, c'est la faire passer d'un objet à un autre sans changer sa forme (une casserole chaude chauffe l'eau : c'est thermique des deux côtés). Convertir l'énergie, c'est la faire changer de forme (une lampe transforme l'énergie électrique en lumière). On dessine une chaîne énergétique avec des flèches : d'où vient l'énergie, ce qui la convertit, ce qui sort.

Une partie sort presque toujours en chaleur.

Comprendre

Suivre l'énergie, c'est repérer d'où elle vient, comment elle change et où elle va. Une source d'énergie est ce qui la fournit : le Soleil, le vent, un combustible, une pile, les aliments. À partir de là, deux mécanismes bien différents interviennent.

Un transfert d'énergie fait passer l'énergie d'un objet à un autre sans qu'elle change de forme : une plaque chauffante cède de l'énergie thermique à la casserole, puis la casserole à l'eau — de l'énergie thermique passe d'un corps à l'autre, elle reste thermique. Une conversion d'énergie, au contraire, transforme une forme d'énergie en une autre au sein d'un convertisseur : une lampe convertit l'énergie électrique en énergie lumineuse, un moteur convertit l'énergie électrique en énergie cinétique, une plante convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique. Pour décrire clairement une situation, on trace une chaîne énergétique : une suite de flèches qui part d'un réservoir (l'énergie stockée au départ), traverse un ou plusieurs convertisseurs, et aboutit à l'énergie utile (la forme que l'on veut obtenir).

Par exemple, pour un vélo équipé d'une dynamo qui allume un phare : énergie chimique (les muscles du cycliste) → énergie cinétique (les jambes, la roue) → [dynamo] → énergie électrique → [lampe] → énergie lumineuse. À chaque conversion, une partie de l'énergie est dégradée en chaleur qui se disperse dans l'environnement : la chaleur est donc presque toujours une sortie de la chaîne, en plus de la forme utile. Bien construire une chaîne énergétique, avec ses flèches et cette sortie thermique, prépare le bilan et la conservation de l'énergie.

Le cours

Pour analyser une situation énergétique, on distingue le transfert et la conversion. Lors d'un transfert, l'énergie passe d'un objet à un autre en gardant la même forme (un radiateur cède de l'énergie thermique à l'air de la pièce). Lors d'une conversion, l'énergie change de forme dans un convertisseur (un haut-parleur convertit l'énergie électrique en énergie sonore).

On résume l'ensemble par une chaîne énergétique fléchée, qui part d'un réservoir d'énergie stockée, passe par un ou plusieurs convertisseurs et se termine par l'énergie utile recherchée. Par exemple, un sèche-cheveux : énergie électrique → [résistance et moteur] → énergie thermique (l'air chaud, utile) + énergie cinétique (le souffle) + énergie sonore + chaleur dispersée. À chaque étape, une partie de l'énergie est convertie en chaleur qui se disperse dans l'air : cette énergie thermique dissipée figure presque toujours comme sortie de la chaîne, à côté de la forme utile.

Représenter une chaîne complète, sans oublier la sortie thermique, est la clé pour comprendre ensuite la conservation de l'énergie et le rendement.

Les erreurs fréquentes

Un transfert et une conversion d'énergie, c'est la même chose.

Un transfert fait passer l'énergie d'un objet à un autre en gardant la même forme ; une conversion change la forme de l'énergie dans un convertisseur.

Dans une chaîne énergétique, toute l'énergie de départ se retrouve sous la forme utile.

Une partie est presque toujours dégradée en chaleur, qui se disperse dans l'environnement : on la fait figurer comme sortie de la chaîne, à côté de l'énergie utile.

Tu maîtrises la notion si…

• Distinguer un transfert d'énergie (même forme, d'un objet à un autre) d'une conversion d'énergie (changement de forme dans un convertisseur).
• Construire la chaîne énergétique fléchée d'une situation : réservoir → convertisseur(s) → énergie utile.
• Faire figurer la chaleur dissipée comme sortie presque systématique de la chaîne énergétique.

Vérifie que tu as compris

1. Une casserole chaude chauffe l'eau qu'elle contient : l'énergie thermique passe de la casserole à l'eau sans changer de forme. Comment appelle-t-on ce phénomène ?

   Réponse un transfert d'énergie

   Quand l'énergie passe d'un objet à un autre en gardant la même forme (ici thermique des deux côtés), c'est un transfert. Une conversion, au contraire, ferait changer la forme de l'énergie.

2. Une plante utilise la lumière du Soleil pour fabriquer sa matière : elle transforme l'énergie lumineuse en énergie chimique. Ce changement de forme s'appelle…

   Réponse une conversion d'énergie

   L'énergie change de forme (lumineuse → chimique) : c'est une conversion. Un transfert, au contraire, ferait passer l'énergie d'un objet à un autre sans changer sa forme.

3. Dans presque toutes les chaînes énergétiques, une partie de l'énergie ressort sous une forme non voulue. Laquelle, le plus souvent ?

   Réponse de la chaleur dispersée dans l'environnement

   À chaque conversion, une partie de l'énergie est dégradée en chaleur qui se disperse dans l'environnement : on la fait figurer comme une sortie de la chaîne énergétique, à côté de l'énergie utile.