Rappel des connaissances de base en énergie
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Rappel des connaissances de base en énergie
AUX ENSEIGNANT-E-S BENEFICIAIRES DES ANIMATIONS ENERGIE -NOVEMBRE 2011 - Rappel des connaissances de base en énergie Contenu : A. Les 6 formes d'énergie et les principes fondamentaux B. Unités pour mesurer l'énergie C. Correspondances D. Energies renouvelables et non-renouvelables E. Exemples d'économies générées par les énergies renouvelables F. Rendement G. Efficacité énergétique A. Les 6 formes d'énergie et les principes fondamentaux Formes Nucléaire Chimique Électrique Thermique (chaleur) Mécanique Rayonnante Origine Forces du noyau atomique Forces entre les atomes Déplacement des électrons Agitation des molécules/atomes Déplacement d'une masse Emission d'ondes électromagnétiques Principe de conservation de l'énergie dans un système fermé, la quantité d'énergie est constante: l'énergie ne peut ni être amplifiée ou réduite, elle peut seulement se transformer d'une forme vers une autre Principe de dissipation de l'énergie lors de transformations énergétiques, une partie de l'énergie se dissipe obligatoirement sous forme de chaleur: notion d'entropie L'énergie peut se manifester de différentes manières : sous forme libérée, comme l'émission de lumière (énergie rayonnante), le déplacement d'un objet (mécanique), la chaleur d'un feu de bois (thermique) sous forme stockée, comme la nourriture ou le pétrole (énergie chimique), l'uranium (nucléaire) ou un lac de retenue d'un barrage (énergie mécanique) sous forme de transfert, comme l'électricité principalement B. Unités pour mesurer l'énergie Comme l'énergie existe sous différentes formes, il existe de nombreuses unités différentes selon le type d'énergie : pour l'électricité : pour la nourriture : pour le pétrole : mesures scientifiques : kiloWatt heure (kWh) calorie (cal) tonnes-équivalent pétrole (TEP) Joule (J) Il y a des équivalences entre chacune de ces unités : Joule (J) MJ (106 J) kWh Joule (J) 6 MJ (10 J) 1 -6 1'000'000 TEP (tonnes-équivalent pétrole) Calories (cal) -6 -12 0.2389 10 0.278 x 10 23.8 10 1 0.278 23.8 x 10 3.6 1 8.55 x 10 0.8598 x 10 11.7 x 10 1 10 -6 6 6 0.239 x 10 (= 10 ) kWh 3.6 x 10 TEP 4.2 10 42'000 4.186 4.19 x 10 Calories (cal) 6 10 -5 3 -6 -6 1.163 x 10 -10 10 6 10 1 Exemples: 1 kWh = 3.6 MJ 3 1 TEP = 11.7 x 10 kWh 1 J = 0.2389 cal La puissance est l'intensité énergétique correspondant à la quantité d'énergie délivrée en 1 seconde: 1 Watt = 1 Joule par seconde = 1 (J/s) C. Correspondances • 200 g de chocolat noir • 1 sèche-cheveux de 1800 W utilisé durant 39 min. • 10 mètres cube d'eau chutant de 42 m • 92 ml d'essence • une voiture de 1 tonne roulant à 160 km/h correspondent à la même quantité d'énergie !!! (soit 1 kWh) D. Energies renouvelables et non-renouvelables Il existe sur Terre différentes sources d'énergies qu'on peut séparer entre celles qui se renouvellent et celles qui s'épuisent, à l'échelle temporelle de la vie humaine. Les principales énergies renouvelables sont : − solaire − éolienne (vent) − hydraulique (eau qui coule) − biomasse (bois, nourriture, biogaz, etc.) ATTENTION ! cette dernière peut être exploitée de manière non durable, et donc nonrenouvelable ; par exemple, si on effectue une coupe rase en forêt, le bois ne pourra pas se renouveler. Les principales énergies non-renouvelables sont : − pétrole (essence, diesel, mazout, kerozène, etc.) − gaz naturel (gaz de ville, propane/butane) − charbon (houille, lignite, anthracite) − uranium (combustible nucléaire) Les 3 premières représentent les énergies fossiles soit celles qui ont été formées à partir de matière organique fossilisée. Ce processus a nécessité plusieurs millions d'années. E. Exemples d'économies générées par les énergies renouvelables: Chaque mètre carré de capteur solaire thermique permet d'économiser 30 à 70 l de mazout chaque année. L'installation de panneaux photovoltaïques sur 16'000 toits (moins de 2% de la surface bâtie) en Suisse permettrait de remplacer la centrale nucléaire de Mühleberg. F. Rendement Le rendement est une notion technique. Le rendement d'une installation (moteur, usine nucléaire, installations hydro-électriques) est le rapport entre l'énergie fournie par l'installation et l'énergie amenée au système: R= E sortante ∗100 qui ne peut jamais être supérieur à 100% en raison du 2e principe présenté au point A. E entrante Installations Rendement moyen Moteurs thermiques (voitures) 10 % Moteurs électriques 80 % Centrales nucléaires 30 % Usines hydro-électriques 95 % Corps humain (biologique) 40 % à 60 % Solaire thermique 60 % Solaire photovoltaïque (polycristallin) 15 % Eoliennes 30 % G. Efficacité énergétique L'efficacité énergétiques est liée au besoin fourni par un système: c'est le rapport entre l'énergie nécessaire pour répondre à un certain service: exemples pour l'éclairage: exemples pour l'habitation: E= lumen Watt E= kWh m2 luminosité fournie par nb de Watt énergie nécessaire par surface habitée Pour informer de l'efficacité, il existe des étiquettes énergie « Display »