Physique du primaire et du collège · Grades 1–9

29L’énergie dans la vie de tous les jours

Un jouet mécanique file sur le plancher, ralentit et s’arrête — jusqu’à ce que tu le remontes. Une lampe de poche faiblit à mesure que ses piles se fatiguent. Toi-même, tu n’en peux plus avant midi. Tout ce qui bouge, brille, sonne ou réchauffe semble dépenser quelque chose. La physique a un nom pour ce quelque chose, et c’est peut-être le mot le plus important de tout ce livre : l’énergie.

29.1 Le quelque chose qui fait avancer les choses

Définition 29.1 (Énergie)

L’énergie est ce qu’il faut pour que les choses se produisent : mettre des objets en mouvement, les soulever, les éclairer, les réchauffer, les faire sonner. Rien ne roule, ne brille ni ne pousse sans qu’on y dépense de l’énergie — et celui qui dépense doit d’abord avoir de l’énergie à dépenser.

Définition 29.2 (Réservoirs d’énergie)

Un réservoir d’énergie est tout ce qui contient de l’énergie prête à servir. Les grands réservoirs de tous les jours : la nourriture (le carburant de ton corps), les combustibles comme le bois et l’essence, les piles chargées, un ressort remonté, l’eau retenue en hauteur derrière un barrage — et le Soleil brûlant, qui déverse de l’énergie sur tout, toute la journée, et gratuitement.

Exemple 29.3 (Trouve le réservoir)

Derrière chaque chose qui avance, il y a un réservoir. La souris mécanique qui file : son ressort remonté. La lampe de poche : ses piles. La voiture : le carburant de son réservoir. Toi : ton petit-déjeuner. Le voilier : l’air en mouvement du vent. Quand le réservoir se vide — ressort détendu, piles à plat, réservoir sec, midi qui approche — tout s’arrête.

Remarque 29.4 (Pas de nourriture, pas de marche)

Pendant des siècles, des inventeurs ont couru après des machines qui tourneraient éternellement sans rien — des roues qui se font tourner elles-mêmes, des horloges qu’on ne remonte jamais. Toutes, sans exception, ont échoué. Cet échec est l’une des leçons les plus profondes de la physique : l’énergie ne sort jamais du néant. Ce qui marche est nourri — trouve le réservoir, et tu comprends la machine.

29.2 L’énergie change de forme

Exemple 29.5 (Les formes de l’énergie)

L’énergie se montre sous différentes formes : l’énergie de mouvement dans la balle qui roule et dans le vent qui souffle ; l’énergie lumineuse qui coule de la lampe et du Soleil ; l’énergie thermique dans tout ce qui est chaud ; l’énergie électrique qui voyage dans les fils ; l’énergie en réserve qui attend tranquillement dans la nourriture, les combustibles, les ressorts et les objets soulevés. Un même quelque chose, bien des formes.

Proposition 29.6 (La chaîne d’énergie)

Chaque fois qu’il se passe quelque chose, de l’énergie est puisée dans un réservoir et transmise plus loin, en changeant le plus souvent de forme en chemin. Elle n’est jamais créée à partir de rien — et jamais vraiment détruite non plus : ce qu’une machine « consomme » n’a été que transmis, et finit le plus souvent, tôt ou tard, en douce chaleur répandue dans les environs.

Méthode 29.7 (Lire une chaîne d’énergie)

Pour comprendre n’importe quel appareil, suis sa chaîne :

trouver le réservoir d’où vient l’énergie ;
trouver le convertisseur — la pièce où l’énergie change de forme ;
nommer les formes qui sortent — la forme utile, et la chaleur qui fuit à côté.

La lampe de poche, ainsi suivie : pile (réservoir) $\to$ lampe (convertisseur) $\to$ lumière (utile) $+$ un peu de chaleur (la fuite — touche la lampe).

La chaîne d’énergie de la lampe de poche : l’énergie en réserve devient de la lumière — et un peu de chaleur s’échappe toujours à côté.

Exemple 29.8 (Des chaînes partout)

Ton trajet du matin, suivi pas à pas : le petit-déjeuner (réservoir) $\to$ tes muscles (convertisseur) $\to$ mouvement du vélo $+$ chaleur (tu la sens — tu es tout rouge). Le parc éolien : air en mouvement $\to$ pales qui tournent $\to$ énergie électrique dans les fils $\to$ lumière dans ta lampe ce soir. Le barrage : eau en hauteur $\to$ eau qui tombe et fait tourner les turbines $\to$ énergie électrique. Les longues chaînes ne sont que des courtes mises bout à bout : forme après forme après forme.

Une chaîne d’énergie que l’on voit depuis la route : l’air en mouvement fait tourner les pales, et les turbines envoient de l’énergie électrique dans les fils.

29.3 Le Soleil en bout de table

Exemple 29.9 (Presque toutes les chaînes partent du Soleil)

Remonte la plupart des chaînes et tu arrives au Soleil. Le petit-déjeuner ? Des plantes l’ont fait pousser en captant la lumière du Soleil ; tes céréales sont du soleil en boîte. Le vent ? Le Soleil réchauffe les terres inégalement, et l’air ainsi remué est le vent — même les voiliers marchent donc à la lumière du Soleil. Le bois ? De la lumière du Soleil mise en réserve par les arbres. L’eau haute du barrage ? C’est le Soleil qui l’a soulevée : il a fait s’évaporer la mer, et la vapeur est retombée en pluie sur les montagnes. Les panneaux solaires, eux, se contentent de sauter les intermédiaires.

Deux chaînes remontées jusqu’à leur source : le petit-déjeuner et le vent commencent tous deux au Soleil.

Remarque 29.10 (Un mot que nous aiguiserons)

Pour l’instant, l’énergie est une histoire bien racontée : des réservoirs, des formes, des chaînes. Peut-elle être mesurée, comme la longueur en mètres et la masse en grammes ? Oui — l’énergie a son unité propre et sa comptabilité exacte, et elles arrivent plus loin dans ce livre, une fois que tu auras rencontré comme il faut la vitesse et la force. Les chaînes que tu suis cette année sont la carte ; les nombres viendront l’habiter.

29.4 Exercices

Exercice 29.1 ★

Qu’est-ce que l’énergie, selon les mots de ce chapitre ? Cite quatre choses qui ne peuvent pas se produire sans elle.

Solution

Solution de Exercice 29.1.

L’énergie est ce qu’il faut pour que les choses se produisent. Sans elle, rien ne peut bouger, être soulevé, briller, se réchauffer ni sonner — quatre au choix.

Exercice 29.2 ★

Trouve le réservoir : une souris mécanique qui file ; un cycliste ; un feu de camp ; un voilier ; une lampe de poche.

Solution

Solution de Exercice 29.2.

Le ressort remonté ; la nourriture du cycliste ; le bois qui brûle ; l’air en mouvement du vent ; les piles.

Exercice 29.3 ★

Cite cinq formes d’énergie, avec un exemple de chacune tiré de ta propre journée.

Solution

Solution de Exercice 29.3.

Le mouvement (la balle qui roule), la lumière (la lampe), la chaleur (le bain chaud), l’électricité (les fils du grille-pain), l’énergie en réserve (le petit-déjeuner, une pile, un ressort remonté).

Exercice 29.4 ★

Suis la chaîne d’énergie d’un grille-pain, comme dans Méthode 29.7 : réservoir, convertisseur, formes qui sortent.

Solution

Solution de Exercice 29.4.

L’énergie électrique de la prise (alimentée, plus en amont, par le réservoir d’une centrale) $\to$ les fils incandescents du grille-pain (convertisseur) $\to$ de la chaleur vers le pain — avec un peu de lumière, la lueur orange, à côté.

Exercice 29.5 ★

Suis la chaîne qui va du lac d’un barrage à ta lampe de lecture, ce soir.

Solution

Solution de Exercice 29.5.

L’eau en hauteur (réservoir) $\to$ l’eau qui tombe fait tourner la turbine (convertisseur) $\to$ énergie électrique dans les fils $\to$ la lampe (second convertisseur) $\to$ lumière, plus un peu de chaleur.

Exercice 29.6 ★

Un téléphone « meurt ». Qu’est-ce qui s’est réellement épuisé ? Où est passée cette énergie, d’après la proposition de la chaîne ?

Solution

Solution de Exercice 29.6.

Son réservoir de pile s’est vidé. L’énergie n’a pas été détruite : elle a été dépensée le long des chaînes de la journée — éclairer l’écran, produire du son — et a fini répandue en douce chaleur dans le téléphone et dans la pièce.

Exercice 29.7 ★

Pourquoi un ordinateur portable devient-il chaud par-dessous pendant que tu t’en sers ? Quel maillon de la chaîne se manifeste ?

Solution

Solution de Exercice 29.7.

La fuite : tout convertisseur transmet un peu d’énergie sous forme de chaleur, à côté de son travail utile. Les puces de l’ordinateur convertissent de l’énergie électrique, et la chaleur du dessous est le canal secondaire inévitable de la chaîne.

Exercice 29.8 ★

Montre qu’un voilier marche à la lumière du Soleil, en remontant sa chaîne étape par étape.

Solution

Solution de Exercice 29.8.

Les voiles sont poussées par le vent ; le vent est de l’air mis en mouvement parce que le Soleil réchauffe inégalement les terres et les mers ; l’énergie de mouvement du bateau vient donc, deux maillons plus haut, de la lumière du Soleil.

Exercice 29.9 ★★

Un inventeur annonce une lampe qui « n’a besoin ni de pile, ni de prise, ni de combustible — elle brille tout simplement pour toujours ». Quelle leçon de Remarque 29.4 son annonce défie-t-elle ? Quelle question faut-il poser en premier à l’inventeur ?

Solution

Solution de Exercice 29.9.

Que l’énergie ne sort jamais du néant — ce qui marche est nourri. Première question : « Quel est le réservoir, et où la lampe y puise-t-elle ? » Si l’inventeur n’a pas de réponse, la lampe rejoint les roues perpétuelles : dans le tiroir des échecs célèbres.

Exercice 29.10 ★★

Une balle en caoutchouc lâchée à hauteur d’épaule rebondit de moins en moins haut et finit par rester immobile. « Son énergie est détruite », dit Léo. Sers-toi de Proposition 29.6 pour défendre une meilleure fin de l’histoire — sous quelle forme finale l’énergie des rebonds s’est-elle glissée ?

Solution

Solution de Exercice 29.10.

L’énergie a été transmise, non détruite : chaque rebond a dépensé une part de l’énergie de mouvement de la balle à l’écraser et à frotter l’air et le sol, et toutes ces dépenses finissent en un murmure de chaleur dans la balle, le sol et l’air. Trop dispersée pour être récupérée, mais pas disparue.

Exercice 29.11 ★★

Certaines maisons chauffent leur eau dans des panneaux noirs posés sur le toit ; certaines cuisinent avec la lumière du Soleil et des miroirs courbes ; les cellules solaires fabriquent de l’électricité à partir de la lumière du jour. Explique la phrase « les panneaux solaires se contentent de sauter les intermédiaires » de Exemple 29.9 : quels intermédiaires se tiennent entre le Soleil et la chaleur d’un feu de bois ?

Solution

Solution de Exercice 29.11.

Entre le Soleil et le feu de bois se tiennent les intermédiaires : les arbres, qui ont passé des années à capter la lumière du Soleil et à la mettre en réserve sous forme de bois, et le feu, qui déballe enfin cette réserve. Le panneau posé sur le toit prend directement l’énergie de la lumière du Soleil — sans arbre, sans années, sans feu.

Termes définis dans ce chapitre

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