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 »