Qu’est-ce que l’énergie ?
“Se sentir rempli d’énergie”, “apport énergétique”, “transition énergétique”, “énergies fossiles”, etc.Le mot “énergie” est partout, mais sait-on exactement ce qu’il signifie ?
L’énergie est une grandeur physique qui caractérise un changement d’état.
- Quand nous déplaçons un objet d’un point A à un point B, nous utilisons de l’énergie.
- Pour réchauffer un plat, nous utilisons de l’énergie en augmentant sa température de 5°C à 50°C.
- Quand nous éclairons notre bureau pendant 10 heures, nous utilisons de l’énergie électrique.
- Notre corps, pour fonctionner, consomme l’énergie chimique des aliments que nous ingérons.
Nous pourrions continuer encore longtemps, la liste de tout ce qui requiert de l’énergie est infinie ...
<div style="background-color:#F99C8E;color:#FFFFFF;border-radius:8px;padding-top:16px;padding-bottom:16px;padding-right: 16px; padding-left:16px;margin-top:16px;margin-left:0px;margin-right:0px";><p> <b>⭐ Ce qu’il faut retenir</b></br>
L’énergie est la <b>grandeur physique</b> qui permet de <b>mesurer les transformations du monde.</b> Plus nous consommons de l’énergie, plus nous modifions le monde rapidement.</br></p></div>
Puissance et énergie
Historiquement nous mesurons l’énergie en Joules. Toute transformation émet ou emmagasine de l’énergie qui s’exprime en Joules.
Au quotidien, lorsque nous parlons d’énergie, nous utilisons plutôt le Watt-heure (Wh) et plus généralement des kilowatt-heure (kWh). 1000 Wh = 1 kWh = 3,6 mégajoules (MJ)
On peut aussi voir l’énergie comme la puissance que l’on utilise pendant une certaine durée.
Dans notre quotidien, nous rencontrons souvent la notion de puissance, par exemple, sur les emballages ou les boitiers d’appareils électro-ménager.400W pour un aspirateur, 2000W pour un sèche-cheveux. Cela fonctionne aussi pour les outils de bricolage, perceuses, tondeuses etc.
Pour connaître la consommation d’énergie d’un objet, il suffit de multiplier sa puissance avec sa durée d’utilisation :
Quelques exemples du quotidien
- Un aspirateur avec une puissance de 400 W, qui est utilisé pendant 1h, consommera 400 Wh ou 0,4 kWh. Si vous utilisez cet aspirateur une fois par semaine, en un an vous aurez consommé 20,8 kWh.
- Une télévision LCD de 100 W utilisée 2h par jour toute l’année consomme 2h * 100W * 365 = 73 000 Wh soit 73 kWh
Mais l’énergie, avant d’être consommée, doit être produite.
Pour connaître la production d’énergie d’une machine, il faut multiplier sa puissance par la durée de production.
Une éolienne d’une puissance de 2 MW qui tourne à pleine puissance pendant 2000 h sur un an produit 4 GWh d’énergie par an.
- On peut ainsi grossièrement calculer qu’une éolienne de 2 MW sur un an produit l’énergie nécessaire au fonctionnement de 54 000 téléviseurs LCD¹
Un réacteur nucléaire de 1 GW qui produit lui aussi pendant 2000h pendant un an produit 2 TWh d’énergie par an.
- Soit environ l’énergie nécessaire au fonctionnement de 27 millions de téléviseurs.¹
<div style="background-color:#F99C8E;color:#FFFFFF;border-radius:8px;padding-top:16px;padding-bottom:16px;padding-right: 16px; padding-left:16px;margin-top:16px;margin-left:0px;margin-right:0px";><p> 💡 Il existe aussi une autre unité, que vous rencontrerez peut-être, <b> la Tep : la tonne-equivalent-pétrole. </b> </br>
Elle représente l’énergie dégagée par la combustion d’une tonne de pétrole qui vaut 11 630 kWh. </br>
Elle est beaucoup utilisée quand on parle de consommation d’énergie à l’échelle mondiale.</br></p></div>
Puissance et facteur de charge
Quand on parle d’un parc de machines destinées à produire de l’énergie, la somme de la puissance de chaque machine est appelée puissance installée.Pour un parc de 10 éoliennes de 2 MW chacune, on obtient une puissance installée de 20 MW. Attention cela ne veut pas dire que ce parc délivre constamment une puissance de 20 MW.
En effet, un autre paramètre à prendre en compte est le facteur de charge. Le facteur de charge d’une unité de production est le ratio entre l’énergie qu’elle produit sur une période et l’énergie qu’elle aurait pu produire sur la même période si elle avait constamment fonctionné à pleine puissance.
Pour notre parc d’éolienne, sur un an à pleine puissance ce parc peut produire 20MW * 8760 h = 175 200 MWh = 175,2 GWh. Si dans les faits, ces éoliennes ne produisent que 40 GWh en un an, le facteur de charge est donc égal à 40/175,2 = 22,8%.
Le facteur de charge dépend de :
- la source d’énergie
- la localisation (région avec peu de vent, peu de soleil)
- le niveau d’utilisation (arrêt forcé, maintenance, etc.)
L’énergie sous toutes ses formes
Il existe deux types d’énergies : l’énergie primaire et l’énergie finale.
L’énergie primaire, c’est l’énergie telle qu’on la trouve dans la nature : du pétrole, du charbon, du gaz, de l’uranium, du bois, du vent, du soleil etc.
L’énergie finale c’est l’énergie utilisable par les humains et très souvent leurs machine. Le passage d’énergie primaire à finale nécessite d’utiliser un convertisseur (une autre machine).
Voici quelques exemples simplifiés :
- On “met de l’uranium” (primaire) dans une centrale nucléaire et on obtient de l’électricité (finale)
- On “met du pétrole” (primaire) dans une rafinerie et on obtient du diesel (finale)
- On “ouvre” un barrage, l’eau (primaire) s’écoule et on obtient de l’électricité (finale)
La plupart du temps, l’énergie finale est mesurée grâce à des compteurs pour pouvoir nous être facturée : l'électricité qui arrive chez nous, le diesel à la pompe à essence, etc.
À chaque transformation il y a des pertes. Une centrale à charbon avec un rendement de 35% signifie que 35% de l’énergie primaire (sous forme de charbon) est convertie en énergie finale (électricité).
<div style="background-color:#F99C8E;color:#FFFFFF;border-radius:8px;padding-top:16px;padding-bottom:16px;padding-right: 16px; padding-left:16px;margin-top:16px;margin-left:0px;margin-right:0px";><p> <b>🍏 Notre corps est le plus vieux convertisseur.</b></br>
Sur les boites d’aliments, nous voyons souvent un nombre exprimé en kcal (kilo-calories). La calorie est aussi une unité d’énergie. 1 cal = 4,18 J.</br>
Tout cela est cohérent, notre corps est une machine que l’on doit “alimenter” en énergie chimique sous forme de nourriture.</br>
L’énergie primaire est l’aliment, qui permet de générer deux énergies finales : </br>
- la chaleur nécessaire pour maintenir notre corps à la bonne température</br>
- l’énergie mécanique pour actionner nos muscles</br>
En moyenne un être humain au repos “consomme” 2000 kcal = 2,3 kWh. Un être humain qui fait un effort consommera environ 5 kWh.²</br></p></div>
Quand vous discutez ou lisez un article, soyez toujours attentif. Est-il question d’énergie primaire ou d’énergie finale ? Il est facile de se mélanger dans les chiffres.
Énergie grise et consommation mondiale
Voici quelques ordres de grandeur sur l’utilisation d’énergie primaire dans le monde³ :
- Un·e français·e consomme en moyenne 41 MWh d’énergie primaire
- Un·e américain·e consomme 79 MWh d’énergie primaire
- Un·e indien·ne consomme 7 MWh d’énergie primaire
<div style="background-color:#F99C8E;color:#FFFFFF;border-radius:8px;padding-top:16px;padding-bottom:16px;padding-right: 16px; padding-left:16px;margin-top:16px;margin-left:0px;margin-right:0px";><p> 💡 Ces quantités d’énergie consommées peuvent paraître abstraites.</br>
Pour faciliter la compréhension, il existe le terme d’esclaves énergétique. Il permet de comparer une consommation d’énergie avec son équivalent si cette énergie devait être produite uniquement par des humains.</br>
En France, nous avons chacun environ 400 esclaves énergétiques qui nous accompagnent au quotidien.²</br></p></div>
Ces quantités impressionnantes d’énergies sont le reflet de la dépendance de notre société à l’énergie. Elle est au coeur de notre quotidien pour faire rouler notre voiture, nous alimenter en électricité ou pour chauffer notre logement.
En plus de cela, nous consommons énormément un autre type d’énergie qui est beaucoup moins visible. Chaque objet ou service du quotidien a nécessité de l’énergie lors de sa conception ou sa fabrication, c’est ce qu’on appelle l’énergie grise.
<div style="background-color:#F99C8E;color:#FFFFFF;border-radius:8px;padding-top:16px;padding-bottom:16px;padding-right: 16px; padding-left:16px;margin-top:16px;margin-left:0px;margin-right:0px";><p> ⭐ On appelle <b>énergie grise</b>, toute l’énergie consommée lors du cycle de vie d’un produit : production, extraction des matériaux, transformation, fabrication, transports, mise en oeuvre, entretien, recyclage. L’énergie consommée par l’utilisation de l’objet n’est cependant pas comptée dans l’énergie grise.</br></p></div>
- Pour produire la nourriture que nous mangeons, il faut des engins agricoles, des usines pour fabriquer l’engrais, des camions pour transporter les productions, de l’électricité pour alimenter les magasins, des voitures pour que nous allions acheter nos légumes, etc.
- Nos logements doivent être construits avec des machines et des outils qui nécessitent de l’énergie. Il nous faut des matières premières qui ont été produites et qui ont nécessité des transports en camion. Il faut des ingénieurs et des architectes qui travaillent dans des bureaux d’études, etc.
- Pour une voiture, il faut extraire des matériaux, les traiter, les modifier et les assembler dans de gigantesques usines. Toutes ces étapes sont très énergivores.
Lors de leur fabrication, la plupart de nos objets du quotidien nécessitent des usines ou des matières premières consommatrices d’énergie, c’est ça l’énergie grise.
La quantité d’énergie grise contenue dans un téléviseur LCD équivaut à 266 kWh⁴. Il faudra 3,6 ans d’utilisation¹ pour que la consommation électrique de l’utilisation dépasse l’énergie nécessaire pour sa fabrication.
Conclusion
Finalement, l’énergie n’est pas un concept éloigné de la vie quotidienne, ni réservé aux politiques ou aux ingénieurs. L’énergie est au coeur de nos vies et de nos habitudes.
Dans la suite de ce cours nous verrons quelles sont les différents types d’énergie, et en quoi notre consommation d’énergie actuelle est responsable du réchauffement climatique.
Mais aussi, quelles sont les pistes pour effectuer la transition énergétique afin de tendre vers des sociétés plus soutenables.
