Fiche de cours

Représenter une chaine énergétique

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Objectifs

Connaitre la différence entre source d'énergie renouvelable et source d'énergie non renouvelable.
Connaitre les différentes formes d'énergie.
Représenter une chaine énergétique : identifier les transferts et les conversions énergétiques.

Niveau préconisé : 3^e

Points clés

Les différentes sources d'énergie peuvent être renouvelables (eau, vent, soleil, etc.) ou non renouvelables (pétrole, charbon, gaz, uranium).
Les différentes formes d'énergie sont principalement l'énergie thermique, l'énergie chimique, l'énergie de mouvement (énergie cinétique), l'énergie lumineuse ou l'énergie électrique.
Une chaine énergétique est une représentation des différentes formes d'énergie qui sont converties en d'autres formes d'énergie.
Pour représenter une chaine énergétique les consignes sont les suivantes :
- Les sources d'énergie concernées sont placées dans des cercles.
- Des flèches relient les sources d'énergies ou les appareils entre eux.
- Les formes d'énergie sont indiquées sur les flèches ou dans des rectangles.

Pour bien comprendre

Les sources et formes d'énergie

Une chaine énergétique représente l'ensemble des transformations entre la source d'énergie jusqu'à l'énergie utile.

Sa représentation comprend :

des réservoirs qui contiennent l'énergie ;
des convertisseurs qui transforment l'énergie ;
des transferts d'énergie qui lient ces différentes formes d'énergie.

1. La nature des énergies

a. Les différentes sources d'énergie

Les sources d'énergie sont différents éléments dont on peut tirer ou extraire de l'énergie pour l'utiliser ou la stocker, ou à partir desquels on peut en fabriquer.

Exemples
Le pétrole fournit de l'énergie fossile, le bois fournit de l'énergie biomasse, le vent fournit de l'énergie éolienne, le Soleil fournit de l'énergie solaire, l'uranium fournit de l'énergie nucléaire, l'eau fournit de l'énergie hydraulique, etc.

Les sources d'énergie qui existent dans la nature sont qualifiées de sources primaires. Parmi elles, on distingue les énergies renouvelables des sources d'énergie non renouvelables.

Les sources d'énergie renouvelables dépendent des éléments que la nature renouvelle en permanence, elles sont donc théoriquement toujours disponibles.

Exemple
L'énergie éolienne permet de fabriquer de l'électricité grâce à la force du vent.

Les sources d'énergie non renouvelables sont, à l'inverse, des sources d'énergie qui ne se renouvellent pas assez rapidement pour être considérées comme inépuisables à l'échelle de l'humanité, ou qui ne se renouvellent pas du tout.

On trouve notamment parmi les énergies non renouvelables les énergies fossiles qui sont des énergies produites à partir des roches obtenues par la fossilisation des êtres vivants (pétrole, charbon et gaz naturel).

Exemples : l'énergie nucléaire, l'énergie fossile.

b. Les différentes formes d'énergie

L'énergie peut exister sous différentes formes. On distingue les énergies primaires des énergies secondaires.

Une énergie primaire est une forme d'énergie qui existe dans la nature avant toute conversion.

Exemple : l'énergie solaire.

Une énergie secondaire est une forme d'énergie qui provient de la conversion d'une énergie primaire.

Exemple : l'énergie électrique.

Remarque
Le tableau suivant récapitule la nature des énergies possibles.

Sources d'énergie

Énergie primaire

Énergie secondaire

Sources d'énergie renouvelables :

Le soleil
Le vent
L'eau
Les matières organiques
Les marées et les courants marins

Sources d'énergie non renouvelables :

Le pétrole
Le gaz naturel
Le charbon
L'uranium

Énergies renouvelables :

Énergie solaire
Énergie éolienne
Énergie hydraulique
Énergie biomasse (obtenue grâce aux matières organiques)
Énergie marémotrice (obtenue grâce à la marée)

Énergies non renouvelables :

Énergie fossile
Énergie chimique
Énergie nucléaire

Énergies :

Énergie électrique
Énergie thermique
Énergie mécanique
Énergie rayonnante

2. Les convertisseurs d'énergie

Dans tous les cas, les différentes formes d'énergie possibles sont transformées en d'autres formes d'énergie. Elles sont alors converties.
Un convertisseur agit ainsi sur une énergie pour la transformer en une autre énergie.

Remarque
Lors de ce processus, l'énergie ne se crée pas et ne disparait pas, elle se convertit.

Exemple
L'énergie solaire est convertie en énergie électrique par un convertisseur : le panneau photovoltaïque.

Chaine énergétique d'un panneau photovoltaïque

3. Les transferts d'énergie

Lorsque l'énergie d'un corps est transmise à d'autres corps, on parle de transfert d'énergie.

Il existe trois principaux transferts d'énergie :

Le transfert thermique

Le transfert thermique correspond à un transfert d'énergie entre deux corps. Il a lieu à chaque fois qu'il y a contact entre deux corps qui ont des températures différentes.

Exemple
Lorsqu'on plonge un glaçon dans un verre d'eau, il y a un transfert thermique entre l'eau contenue dans le verre et le glaçon : l'eau cède de la chaleur à la glace.

Le transfert par rayonnement

Le transfert par rayonnement correspond à un transfert d'énergie sous forme de rayonnement. Il intervient à chaque fois que l'on est en présence de lumière.

Exemple
Si on laisse une bouteille d'eau au soleil, la température de l'eau contenue dans la bouteille augmente : l'eau reçoit de l'énergie sous forme de rayonnement.

Le transfert d'énergie par le travail électrique ou mécanique

Un travail mécanique est effectué sur un objet lorsqu'on le déplace en lui appliquant une force. Il y a un travail électrique lorsque l'échange est un courant électrique.

Exemples

Lorsqu'une personne pousse une voiture sur quelques mètres, il y a un travail mécanique effectué par la personne.
Lorsqu'on allume une lampe de poche, il y a un travail électrique entre la pile et la lampe.

4. Représenter une chaine énergétique

Une énergie peut être convertie en une autre.

Exemple
Quand on pédale sur un vélo, l'énergie musculaire produit de l'énergie de mouvement (les roues tournent) qui elle-même produit de l'énergie électrique pour faire fonctionner la lampe du vélo (grâce à une dynamo).

Un système énergétique est un groupe d'appareils fonctionnant ensemble. Pour représenter un tel système, on utilise une chaine énergétique.

Il faut ainsi identifier les éléments de stockage, de conversion et de transfert de l'énergie du système énergétique, en précisant ses formes.

On utilise des symboles pour représenter les différents éléments d'une chaine énergétique :

Éléments	Définition	Symbole	Exemples
Réservoir d'énergie	Dispositif qui emmagasine de l'énergie et qui permet son utilisation en temps voulu.		Sources d'énergie thermique, nucléaire, solaire, mécanique, chimique, etc.
Convertisseur	Dispositif qui permet de passer d'une forme d'énergie à une autre.		Pile, moteur électrique ou thermique, chauffe-eau, etc.
Transfert d'énergie	Transmission d'énergie d'un corps à un autre, mise en évidence par une flèche.		Énergie électrique, mécanique, rayonnante, etc.

Exemple : La chaine énergétique d'une brosse à dents électrique.

La pile à l'intérieur de la brosse à dents électrique est le réservoir d'énergie.
La pile fournit un travail électrique au moteur. Le travail électrique est par définition l'énergie transférée de la pile au moteur par le courant électrique.
Le moteur est le convertisseur : il convertit le travail électrique (énergie reçue par le courant électrique) en travail mécanique et en chaleur.
Le travail mécanique est l'énergie transférée à la brosse à dents afin qu'elle se mette en mouvement et la chaleur est dissipée dans l'environnement.

La représentation de la chaine énergétique de la brosse à dents électrique est :

Chaine énergétique d'une brosse à dents électrique

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