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√Čnergie

L'√©nergie est un concept reli√© √† ceux d'action, de force et de dur√©e : la mise en Ňďuvre d'une action n√©cessite de maintenir une certaine force pendant une dur√©e suffisante, pour vaincre les inerties et r√©sistances qui s'opposent √† ce changement. L'√©nergie qui aura √©t√© n√©cessaire pour accomplir finalement l'action envisag√©e rend compte √† la fois de la force et de la dur√©e pendant laquelle elle aura √©t√© exerc√©e.

Le sens premier est celui d'une vertu morale : l'√©nergie morale et physique que l'homme doit mettre en Ňďuvre pour accomplir un travail donn√©, mais l'√©nergie est aussi √©tudi√©e en physique, et en √©conomie, pour √©voquer notamment la production, la distribution et la consommation d'√©nergie, les enjeux environnementaux associ√©s, ainsi que la question des ressources √©nerg√©tiques, renouvelables ou non.

√Čtymologie et d√©finitions

L'énergie est un concept qui remonte à l'Antiquité.

Le mot fran√ßais ¬ę √©nergie ¬Ľ vient du latin vulgaire energia, lui-m√™me issu du grec ancien ŠľźőĹő≠ŌĀő≥őĶőĻőĪ / en√©rgeia. Ce terme grec originel signifie ¬ę force en action ¬Ľ, par opposition √† őīŌćőĹőĪőľőĻŌā / d√Ĺnamis signifiant ¬ę force en puissance ¬Ľ[1] ; Aristote a utilis√© ce terme ¬ę au sens strict d'op√©ration parfaite ¬Ľ[2], pour d√©signer la r√©alit√© effective en opposition √† la r√©alit√© possible[3].

Après avoir exploité sa propre force et celle des animaux, l'homme a appris à exploiter les énergies contenues dans la nature (d’abord les vents, énergie éolienne et les chutes d'eau, énergie hydraulique) et capables de lui fournir une capacité croissante de travail mécanique par l’emploi de machines : machines-outils, chaudières et moteurs. L'énergie est alors fournie par un carburant (solide, liquide ou gazeux, issu d'énergie fossile ou non).

Si le terme d'√©nergie s'est pr√©cis√© dans le cadre des sciences physiques depuis le XVIIIe si√®cle, il garde toutefois plusieurs sens diff√©rents, fort d'une histoire dont on trouve trace d√®s l'Antiquit√©[4] - [5]. Le terme est utilis√© dans de nombreux domaines dont la philosophie, l'√©conomie, la nutrition, la spiritualit√©, voire l'√©sot√©risme, o√Ļ il se rapporte √† des notions vari√©es, et √† des concepts divergents en fonction des √©poques, des lieux et des auteurs.

L'√©nergie est un concept qui intervient lors des transformations entre ph√©nom√®nes physiques diff√©rents[6] - [7]. Ces transformations sont contr√īl√©es par les lois et principes de la thermodynamique. L'unit√© de l'√©nergie d√©finie par le Bureau international des poids et mesures (BIPM) dans le Syst√®me international (SI) est le joule.

Physique

L'énergie est un concept essentiel en physique, qui se précise depuis le XIXe siècle[8].

On retrouve le concept d'énergie dans toutes les branches de la physique : mécanique, thermodynamique, électromagnétisme, mécanique quantique mais aussi dans d'autres disciplines telles que la chimie.

En science physique, l'√©nergie, mesur√©e en joules dans le syst√®me international[9], est une mesure de la capacit√© d'un syst√®me √† modifier un √©tat, √† produire un travail entra√ģnant un mouvement, un rayonnement √©lectromagn√©tique ou de la chaleur.

Le travail est ainsi un transfert ordonné d'énergie entre un système et le milieu extérieur, tandis que la chaleur est un transfert désordonné d'énergie entre le système et le milieu extérieur.

Les transformations de l'énergie qui font intervenir l'énergie thermique sont étudiées par la thermodynamique :

  • le premier principe affirme que globalement l'√©nergie se conserve. L'√©nergie ne peut ni se cr√©er ni se d√©truire mais uniquement se transformer d'une forme √† une autre (principe de Lavoisier) ou √™tre √©chang√©e d'un syst√®me √† un autre (principe de Carnot) ;
  • le second principe impose des limitations au rendement de la transformation de l'√©nergie thermique en une autre √©nergie (m√©canique, √©lectrique ou autre). La conversion d'√©nergie d'une forme √† une autre n'est en g√©n√©ral pas compl√®te : une partie est d√©grad√©e sous forme d'√©nergie cin√©tique d√©sordonn√©e. Le rendement est alors le quotient de l'√©nergie obtenue sous la forme d√©sir√©e par celle fournie √† l'entr√©e du convertisseur.

En pratique, on distingue souvent diff√©rentes ¬ę formes ¬Ľ d'√©nergie, telles que :

√Čconomie de l'√©nergie

L'économie de l'énergie concerne l'approvisionnement des acteurs économiques en énergie. Elle regroupe ainsi, d'une part, l'activité de l'ensemble des entreprises qui exploitent les sources d'énergie, la produisent, la transforment, la distribuent et la commercialisent, et d'autre part la consommation qui en est faite. Cette économie comprend ainsi la production et la distribution d'électricité, la production de produits pétroliers par raffinage, celle de gaz naturel et de chaleur de réseau.

En √©conomie, on parle de ¬ę production ¬Ľ d'√©nergie pour d√©signer sa transformation en une forme utilisable ensuite pour r√©aliser certaines t√Ęches, et de ¬ę consommation ¬Ľ lorsque cette √©nergie est utilis√©e. Au sens de la physique, l'√©nergie n'est toutefois ni cr√©√©e ni d√©truite au cours de ces processus ; elle est seulement transform√©e et transf√©r√©e[10].

L'utilisation de l'énergie permet de satisfaire des besoins humains appartenant in fine à trois grandes catégories que sont :

  1. la production de chaleur ou de froid ;
  2. la mobilité ;
  3. les usages spécifiques de l'électricité (transmission et traitement d'informations, éclairage, moteurs dans l'industrie, etc.).

Cette répartition est illustrée par les scénarios énergétiques sous forme de diagramme de Sankey[11].

L'√©conomie de l'√©nergie est fortement li√©e aux politiques √©nerg√©tiques men√©es par les √Čtats.

Biologie

Illustration des flux et pertes d'énergie dans les écosystèmes

Comme le reste du monde physique, les √™tres vivants sont soumis au deuxi√®me principe de la thermodynamique : l'entropie ‚ÄĒ le d√©sordre ‚ÄĒ peut soit demeurer constante soit augmenter, mais ne peut jamais diminuer. Par rapport √† ce principe fondamental, la vie constitue en soi un paradoxe apparent : comment les √™tres vivants peuvent-ils se construire, cro√ģtre et maintenir leur organisation ‚ÄĒ donc cr√©er et maintenir de l'ordre ‚ÄĒ sans diminution d'entropie ? Cette question a √©t√© √©tudi√©e d√®s 1944 par le physicien et prix Nobel Erwin Schr√∂dinger, qui a introduit le concept de n√©guentropie.

Selon ce principe, les êtres vivants fonctionnent comme des systèmes dissipatifs ouverts[12] :

  1. Ils dépendent en permanence d'un flux d'énergie entrant ;
  2. Cette énergie est utilisée pour construire des structures ordonnées, ce qui correspond effectivement à une baisse de l'entropie interne ;
  3. En contrepartie, ils rejettent de la chaleur dans leur environnement, ce qui induit donc une hausse de l'entropie externe.

Dans le bilan entropique global, si l'on prend en compte à la fois les êtres vivants et leur environnement, l'entropie augmente toujours, et les lois de la thermodynamique sont respectées.

√Ä titre d'exemple, un adulte au repos dissipe une chaleur d'environ 70 watts, soit autant qu'une lampe √† incandescence[13]. L'√©nergie ainsi dissip√©e chaque jour correspond √† environ 1 400 kilocalories, qui doivent √™tre compens√©es par un apport √©nerg√©tique quotidien provenant de la ration alimentaire.

Puisque la vie d√©pend d'√©changes √©nerg√©tiques permanents, tout √©cosyst√®me a besoin d'une source d'√©nergie, et d'organismes capables de capter cette √©nergie et de l'int√©grer dans le r√©seau trophique (organismes autotrophes). La biosph√®re terrestre d√©pend en premier lieu de l'√©nergie solaire, gr√Ęce aux organismes capables de photosynth√®se (plantes, phytoplancton, algues, etc.). √Ä un degr√© moindre, d'autres formes d'√©nergie peuvent √™tre int√©gr√©es en compl√©ment, par exemple l'√©nergie g√©othermique pour les bact√©ries thermophiles.

Une fois int√©gr√©e dans la cha√ģne alimentaire, l'√©nergie est stock√©e sous forme d'√©nergie chimique, et circule au sein de r√©seaux trophiques, passant d'un niveau trophique √† l'autre : des autotrophes vers les h√©t√©rotrophes, des proies vers les pr√©dateurs, sans oublier le r√īle essentiel des d√©composeurs.

L'importance primordiale de l'√©nergie solaire pour la biosph√®re est illustr√©e par les extinctions massives, o√Ļ un √©v√®nement catastrophique emp√™che le rayonnement solaire d'atteindre le sol (hiver volcanique, hiver d'impact‚Ķ) : soumises au froid et priv√©es de lumi√®re, les plantes se rar√©fient, puis les herbivores meurent de faim, et c'est ensuite au tour des carnassiers. On pense que c'est un tel √©v√®nement qui a provoqu√© l'extinction des dinosaures √† la fin du cr√©tac√©. Selon certaines th√©ories, l'esp√®ce humaine aurait √©chapp√© de peu √† l'extinction il y a 74 000 ans, lors de l'hiver volcanique provoqu√© par le supervolcan de Toba.

Dans les cellules, l'énergie peut être présente sous une forme directement utilisable (adénosine triphosphate), ou au contraire stockée pour plus tard sous forme de sucres simples ou ramifiés (amidon), de graisse chez les animaux, d'huiles chez les végétaux.

√Čnergie et √©sot√©risme

La notion d'√©nergie est assez floue pour avoir donn√©, dans l'imagerie populaire, la conception d'une sorte de fluide qui passerait d'un objet √† l'autre au cours des transformations. Dans son ouvrage L'√Čnergie spirituelle de 1919, Henri Bergson affirme que comme il existe une √©nergie √©lectrique, il existe une √©nergie spirituelle qui ne peut se r√©duire √† l'√©nergie physique et biologique.

Le terme ¬ę √©nergie ¬Ľ est fr√©quemment utilis√© dans les discours vitalistes pseudo-scientifiques du New Age, ou encore dans les ¬ę pratiques √©nerg√©tiques ¬Ľ comme le Reiki, pour lesquelles l'√©nergie est une substance invisible plus ou moins d√©finie ou d'origine divine. √Ä la diff√©rence du concept d'√©nergie utilis√© en physique, pr√©cis√©ment d√©fini et mesurable, reposant sur des th√©ories r√©futables et testables, les √©nergies ¬ę psychokin√©tique ¬Ľ ou ¬ę cosmique ¬Ľ ne rel√®vent pas de la m√©thode scientifique.

Notes et références

  1. D'après la définition du Petit Larousse
  2. Emmanuel Tr√©panier, ¬ę De l'imposition seconde du terme ŠľźőĹő≠ŌĀő≥őĶőĻőĪ chez Aristote ¬Ľ, Laval th√©ologique et philosophique, vol. 39, no 1, 1983, p. 7-11.
  3. Dictionnaire Larousse en ligne, énergie.
  4. ¬ę Il faut attendre l'invention de la machine √† vapeur par Thomas Newcomen, en 1705, et son interpr√©tation physique un si√®cle plus tard, pour que soit compris que travail m√©canique et chaleur sont deux formes de l'√©nergie [‚Ķ] ¬Ľ. Voir Voyagez √† travers l'Histoire, sur le site memo.fr
  5. √Čvolution du concept d‚Äô√©nergie, Pier-Yves Tr√©panier D√©partement de physique, Universit√© de Montr√©al, Qu√©bec, Canada d√©cembre 2005.
  6. L'énergie, de quoi s'agit-il exactement? sur jancovici.com, site de Jean-Marc Jancovici.
  7. L’énergie sur cnrs.fr
  8. Informations lexicographiques et √©tymologiques de ¬ę √Čnergie ¬Ľ (sens √Čtymol. et Hist. A. 1.) dans le Tr√©sor de la langue fran√ßaise informatis√©, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales
  9. Bureau international des poids et mesures, Le Système international d'unités (SI), Sèvres, BIPM, , 9e éd., 216 p. (ISBN 978-92-822-2272-0, lire en ligne [PDF]), p. 17, 26.
  10. Roger Balian, ¬ę II. Cons√©quences √©nerg√©tiques des principes fondamentaux ¬Ľ, Les multiples visages de l'√©nergie, sur culturesciencesphysique.ens-lyon.fr, √Čcole normale sup√©rieure de Lyon, (Sommaire du dossier).
    ¬ę Il ne peut se cr√©er ni se d√©truire d'√©nergie, et il est impropre de parler comme on le fait couramment de ¬ę production ¬Ľ ou de ¬ę consommation ¬Ľ d'√©nergie. Dans tous les cas, il s'agit de changement de forme, ou de transfert d'un syst√®me √† un autre. ¬Ľ
  11. Voir par exemple le sc√©nario de l'association n√©gaWatt comparant les flux d'√©nergie en 2015 et en 2050 : ¬ę Repr√©sentation des flux d‚Äô√©nergie : des ressources primaires aux usages ¬Ľ, .
  12. [PDF]Pr Bertrand Toussaint, Thermodynamique du Vivant, Université Joseph Fourier de Grenoble, UE1 : Biochimie, année universitaire 2010/2011.
  13. [PDF]J.-P. Goussard, Le métabolisme aérobie, Licence STAPS 98-99, C1-M2, Cours de François Cottin, 24 octobre 1998.

Voir aussi

Bibliographie

Articles connexes


Liens externes

  • √Čmergence du concept d‚Äô√©nergie, revue du Palais de la D√©couverte, no 384 2013, Mayrargue Arnaud, Ma√ģtre de Conf√©rences Universit√© Paris Est Cr√©teil (UPEC), ESPE ; CNRS, laboratoire SPHERE.
  • L'√©nergie, le concept des concepts !, conf√©rence de Muriel Guedj Ma√ģtre de conf√©rences en histoire des sciences, Universit√© Montpellier 2.
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