Questions et réponses sur l'énergie - 21 février 2006

 

"J'aimerais savoir ceci:

le bois peut-il fournir de l'énergie thermique, mécanique, électrique ou chimique?

Même question pour le vent, le courant d'un fleuve, le soleil, le generateur d'un vélo, la batterie d'une automobile, le ventilateur, le véhicule en mouvement, la pile et la lampe halogène... merci d'avance pour votre aide et votre site m'a déjà beaucoup aidé! "      Jessy G. 4ème

 

1 - Le bois est une réserve d'énergie chimique: il contient du carbone capable de réagir avec l'oxygène de l'air dans une combustion. Cette combustion dégage de la chaleur, donc on considère le bois comme une source d'énergie thermique.

Quelle est l'origine de cette énergie ? Toute sa vie, l'arbre a utilisé l'énergie lumineuse du soleil pour se construire, pour accumuler le carbone de l'air et en faire du bois. "Trois cents ans de soleil et de patience" disait Saint-Exupéry à propos d'un vieux chêne. Cette belle image nous fait comprendre que l'énergie est toujours là, stockée sous forme chimique, jusqu'à ce que l'on brûle le bois. Elle se transformera alors en énergie thermique. Un morceau de bois est de l'énergie en conserve. (Bien-sûr on ne récupère pas tout, une partie de l'énergie est perdue, c'est le problème du rendement énergétique.)

On peut utiliser le bois pour produire de l'énergie mécanique ou électrique, mais d'une manière indirecte: la chaleur du bois qui brûle peut actionner un mécanisme, faire tourner un moteur qui entraîne un générateur électrique. Il existait aussi des appareils gazogènes qui produisaient du gaz à partir du bois, ce gaz permettait de faire fonctionner les voitures ou les camions quand l'essence manquait pendant la guerre. C'est un exemple d'utilisation de l'énergie chimique du bois.

2 - Le vent a une origine thermique: c'est la chaleur du soleil qui crée des courants dans les masses d'air. Une masse d'air en mouvement contient de l'énergie mécanique, que l'on peut exploiter directement (sans transformation) avec une voile, une aile de moulin, une éolienne.

Le voilier utilise l'énergie mécanique du vent pour avancer, le moulin pour broyer du blé, l'éolienne pour pomper de l'eau (dans les fermes d'autrefois) ou pour produire de l'électricité (dans ce dernier cas il y a transformation d'énergie).

3 - Pour le courant d'un fleuve, c'est un peu la même chose: l'eau qui s'écoule possède une telle force qu'elle est capable d'actionner des moulins à eau ou des turbines. Là encore, c'est de l'énergie mécanique. Elle est liée à la chute des corps: le soleil a d'abord fait monter l'eau dans l'atmosphère par évaporation au dessus des forêts et des mers, eau qui est ensuite retombée en pluie ou en neige sur les reliefs. Cette eau placée en altitude n'a qu'une envie : redescendre au niveau de la mer. L'eau en altitude possède une énergie mécanique potentielle. On a même l'idée de la stocker dans le lac de retenue des barrages pour s'en servir petit à petit.

Le bois, le vent et la force de l'eau sont des énergies renouvelables.

4 - Le Soleil tire son énergie de réactions au niveau des noyaux des atomes, on parle d'énergie thermonucléaire. Pour nous il est une source d'énergie lumineuse et d'énergie thermique, et il est à l'origine de presque toutes les énergies disponibles sur Terre: vents, cours d'eau, bois, biomasse, vie organique, énergies fossiles (charbon, gaz, pétrole). En effet, ces dernières ont toutes trois une origine organique ; le charbon, le gaz et le pétrole sont des matières riches en carbone. Ce sont des réserves d'énergie chimique stockées il y a bien longtemps, elles sont le résultat de l'activité des êtres vivants. Le charbon correspond à l'humus des forêts ou des tourbières, débris végétaux accumulés sur plusieurs dizaines de mètres d'épaisseur et minéralisés au cours du temps. Le pétrole correspond à la minéralisation de débris organiques au fond des océans (plancton, organismes marins). Le charbon et le pétrole sont souvent accompagnés de poches de gaz. Ce sont des roches organiques.

Voilà pour les sources d'énergie: soleil, vent, eau, bois, énergies fossiles. On n'a pas parlé de la force musculaire.

5 - Les appareils
- Le générateur d'un vélo (la dynamo) est un petit appareil qui comporte un bobinage de cuivre et un aimant. Lorsque l'aimant tourne il produit du courant électrique dans le bobinage. On utilise ce courant pour allumer les lampes du vélo. Mais pour faire tourner la dynamo il faut fournir un effort, d'ailleurs plus il y a de lampes allumées et plus on doit forcer. On comprend que la dynamo ne fabrique pas de courant à partir de rien: elle transforme une partie de l'énergie mécanique fournie par le cycliste, en énergie électrique.

- La batterie d'une voiture ne produit rien, elle est une simple réserve. Avant de s'en servir il a fallu la charger (on ne s'en rend pas compte car on achète en général une batterie déjà chargée, et quand on roule la batterie se recharge en permanence). Une batterie sert à stocker de l'énergie électrique sous forme chimique par réaction entre le plomb et l'acide sulfurique. La batterie restitue de l'énergie électrique dès qu'on relie ses bornes à un appareil électrique comme les lampes de bord, le démarreur, le ventilateur, la climatisation. Il y a alors une transformation d'énergie chimique en électricité, comme dans les piles. La batterie se vide de son énergie, il faut alors la recharger. Il existe aussi des piles rechargeables qu'on appelle des accumulateurs.

- La pile produit de l'énergie électrique à partir des réactions chimiques entre des métaux et des acides ou d'autres produits. Une pile transforme de l'énergie chimique en électricité, elle n'est pas rechargeable.

- Le ventilateur d'une voiture est un moteur électrique (voir celui que nous utilisons à la page énergie.html); il transforme de l'énergie électrique en force mécanique (et aussi en chaleur par effet Joule). Les pales du ventilateur brassent l'air et produisent un flux.

- La voiture en mouvement possède-t-elle de l'énergie ? Oui, tout corps en mouvement possède une énergie qui est fonction de sa vitesse et de sa masse: on l'appelle énergie cinétique (énergie de mouvement). C'est le moteur qui permet de mettre la voiture en mouvement. Moteur et mouvement sont des mots de la même famille: un moteur, une motrice, la motricité, le mouvement, se mouvoir, moteur, motrice...

- La lampe halogène est un appareil qui consomme de l'électricité pour produire... de la chaleur. En chauffant le filament devient incandescent et se met à briller. Plus il est chaud, plus la lumière émise est blanche. (voir l'expérience sur le filament). La particularité des lampes halogènes est d'émettre une lumière proche de la lumière solaire. Les autres lampes à filament fonctionnent sur le même principe.

Comment produire de l'électricité ?

Dans l'état actuel des connaissances il existe 3 dispositifs principaux pour produire de l'électricité

- Les piles chimiques,

- Les piles solaires (piles photovoltataïques),

- Les générateurs (dynamo, alternateur, moteur à aimants),

Pour faire tourner un générateur, il existe quatre solutions:

- la force musculaire,

- la force du vent (éoliennes),

- la force de l'eau (turbines des barrages),

- la force d'un moteur thermique: turbine à vapeur (centrale thermique ou nucléaire), moteur à essence ou diesel.

 

Des recherches sont en cours pour produire de l'électricité directement avec de la chaleur.

 

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