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Tout est énergie

Depuis Einstein, on sait que toute masse représente de l’énergie…

Il existe en tout et pour tout dans l’univers quatre forces fondamentales dont la « domestication » est source d’énergie :

· La gravitation, qui fait que deux corps s’attirent mutuellement, même à très grande distance. Ceci concerne les planètes, les étoiles, les galaxies, mais aussi, tout simplement la pomme qui tombe de l’arbre, attirée par la Terre, et qui a donné à Newton sa géniale intuition de la gravitation.
· L’interaction électromagnétique est liée aux mouvements des charges électriques. Cette interaction est à l’origine de la force électrique et de la force magnétique. Elle produit également de l’énergie lors de réactions chimiques, dont une des plus connues est la combustion.
· L’interaction faible est une des forces qui lient protons et neutrons au sein du noyau des atomes. Des noyaux lourds, comme celui de l’uranium 235, peuvent se briser en libérant l’énergie qui les soudait (fission nucléaire) ou, comme celui de l’hydrogène « lourd » (deutérium ou tritium), se réunir en libérant de l’énergie (fusion).
· L’interaction forte est la force qui lie les composants du noyau des atomes. Cent mille fois plus importante que l’interaction faible, elle est sans doute inaccessible.

Potentielle, électrique, chimique, nucléaire…

Toutes les sources d’énergie que nous utilisons au quotidien dérivent de ces forces universelles :

· L’énergie dite « potentielle » d’une chute d’eau (moulin, barrage hydroélectrique), ou celle qu’il faut mobiliser pour soulever une masse, est liée à la force gravitationnelle.
· L’ampoule qui s’allume lorsque son filament est porté à incandescence par l’électricité qui le traverse (la lumière est due à l’échauffement lié à la résistance qu’offrent les atomes de tungstène à la circulation des électrons) est une manifestation de l’énergie électrique. La force de répulsion magnétique qui permet au train expérimental Maglev de flotter en l’air pour se déplacer sans frottement sur des rails jusqu’à 552 km/h est produite par des électro-aimants.
· En brûlant du gaz naturel (méthane), nous produisons la réaction : CH4 + 2 O2 à 2 H2O + CO2 + énergie. Une réaction analogue a lieu avec tous les composés hydrocarbonés contenus dans le propane, le butane, le bois…
· L’énergie métabolique qui maintient la température de notre corps à 37 °C et l’énergie musculaire que nous déployons proviennent également d’une combustion, dont le combustible est le glucose issu de la décompositions des différents sucres que nous consommons, suivant la réaction : C6H12O6 + 6 O2 à 6 CO2 + 6 H2O + énergie. Nous absorbons l’oxygène et rejetons le gaz carbonique et la vapeur d’eau par la respiration.
· L’astre solaire nous éclaire et nous chauffe grâce à la réaction de fusion nucléaire qui s’opère en son sein en produisant un rayonnement qui se disperse dans l’espace. Les atomes d’hydrogène qui le composent subissent les effets de l’attraction gravitationnelle jusqu’à se fusionner en atomes d’hélium et en dégageant une énergie stupéfiante, portant le cœur du soleil à plusieurs millions de degrés.

Conversions

A partir de ces différentes formes d’énergie, de nombreuses conversions peuvent s’opérer :

· Le frottement d’une main sur l’autre produit de la chaleur. L’énergie mécanique est convertie en énergie thermique.
· La dynamo d’un vélo, qui produit de la lumière, illustre la conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique puis lumineuse.
· Un barrage hydroélectrique transforme de l’énergie potentielle (chute) en énergie mécanique (turbine), puis en énergie électrique (alternateur).
· La combustion du fuel dans une centrale thermique ou la réaction de fission produite dans une centrale nucléaire traduisent la transformation d’énergie chimique ou nucléaire en chaleur (production de vapeur), puis en énergie mécanique (turbine), puis en électricité (alternateur). L’énergie électrique pourra alors être reconvertie à son tour en énergie lumineuse (ampoule), mécanique (moulin à café), thermique (plaques de cuisson, cuisinière à induction électromagnétique).
· Dans une pile, l’énergie chimique est convertie en énergie électrique.
· Dans le corps d’un ver luisant, l’énergie métabolique, donc chimique, peut se convertir en lumière (bio- ou chimioluminescence)
· La toison des moutons et certains sous-vêtements convertissent électricité statique en chaleur (triboélectricité).

A noter : il y a toujours des pertes lors de la conversion d’une énergie dans une autre. Autrement dit, le rendement est toujours inférieur à 100 %.

Le soleil partout

Le soleil offre les formes de conversion de l’énergie les plus inattendues :

· L’équateur recevant bien plus d’énergie solaire que les pôles, les masses d’air ont des températures des pressions très différentes, ce qui induit des… courants d’air, autrement dit du vent. Le vent est lui-même à l’origine de la houle et des vagues.
· En provoquant l’évaporation des eaux de surface, et donc la pluie, le soleil alimente la circulation par gravité de l’eau en torrents, rivières et fleuves.
· L’attraction gravitationnelle du soleil, conjuguée à de la lune, est à l’origine des marées à fort coefficient, les plus efficaces pour les usines marémotrices et moulins à marée.
· Serres et chauffe-eau solaires récupèrent directement l’énergie thermique (rayonnement infrarouge) rayonnée par le soleil.
· Les cellules photovoltaïques (semi-conducteurs photosensibles), comme les cellules électriques photorésistantes des anciens appareils photographiques, convertissent l’énergie solaire en électricité.
· Grâce à la chlorophylle contenue dans les feuilles vertes, l’énergie lumineuse est convertie en biomasse (chaînes carbonées de la cellulose, de la lignine, de l’amidon, des sucres…). Cette biomasse a été convertie, dans un passé géologique lointain, en charbon ou en pétrole, combustibles « fossiles ». Aujourd’hui, elle est la matière première des « biocarburants » (huile de colza, éthanol…) et du bois de feu..