Sources et formes d'énergie : cours de 5e

Quand tu allumes une lampe, que tu pédales ou que tu fais chauffer un plat, il se passe toujours la même chose : de l'énergie est utilisée. Pourtant, le mot est si courant qu'on ne sait plus très bien ce qu'il désigne. Le programme le dit lui-même : l'énergie est un concept délicat, que l'on construit pas à pas pendant le collège ¹.

En 5e, tu reprends ce que tu as vu à l'école primaire sur les sources et les conversions d'énergie ¹. Au fil du cycle 4, on t'apprend à bien séparer quatre idées : les sources, les formes, les transferts et les conversions ¹. Dans ce cours, nous nous occupons des deux premières : d'où vient l'énergie, et sous quelle apparence on la rencontre.

L'objectif final, d'après les documents d'accompagnement du programme, est qu'en 4e tu ne mélanges plus source d'énergie et forme d'énergie ². Autant prendre de bonnes habitudes dès maintenant.

Le mot important est « exploiter ». Un phénomène naturel peut libérer beaucoup d'énergie sans qu'on sache l'utiliser : il ne devient une source que si l'on parvient à en tirer parti. L'être humain exploite ainsi plusieurs phénomènes naturels pour obtenir de l'énergie ⁵.

Un bon réflexe pour repérer une source : demande-toi « qu'est-ce qui contient de l'énergie que je peux aller chercher ? ». Un morceau de charbon, un rayon de soleil ou un réservoir d'essence répondent à la question. Une ampoule allumée, elle, ne répond pas : c'est un objet qui reçoit de l'énergie, pas un endroit où l'on va la puiser.

La distinction entre source renouvelable et non renouvelable fait partie des attendus de l'évaluation en classe de 5e ⁴. Tout repose sur une comparaison de durées : combien de temps la source met-elle à se reconstituer, et combien de temps mettons-nous à la consommer ?

Cette distinction aide à comprendre qu'une même chaîne d'usages comporte souvent plusieurs étapes. Le carburant que tu vois à la pompe n'existe pas dans la nature sous cette forme : des installations l'ont fabriqué à partir d'une matière première. On parle aussi de récupération d'énergie quand l'incinération de déchets fournit de la chaleur ou de l'électricité ⁵.

Au niveau de la 5e, on attend que tu connaisses les formes mécanique, électrique, lumineuse, thermique et chimique ⁴. L'énergie nucléaire est aussi rencontrée dans le chapitre, notamment à propos du Soleil ³.

L'énergie cinétique est liée au mouvement d'un corps ⁶. Une voiture lancée, un vélo qui roule ou une balle qui vole en possèdent : plus le mouvement est important, plus cette énergie l'est aussi. Elle fait partie de la famille de l'énergie mécanique ⁴.

L'énergie thermique correspond à l'agitation désordonnée des tout petits constituants d'un objet ⁶. On ne voit pas cette agitation, mais on en ressent l'effet : un objet plus chaud en contient davantage. C'est l'énergie de la chaleur.

L'énergie chimique est celle que contiennent certaines matières, comme les combustibles ou les sucres fabriqués par les plantes ⁵. Elle se libère quand la matière réagit, par exemple en brûlant. Elle circule aussi d'un être vivant à l'autre le long de la chaîne alimentaire ⁶.

L'énergie lumineuse est transportée par la lumière. Celle du Soleil nous parvient sous forme de rayonnement ⁵. L'énergie électrique est celle du courant : une cellule photovoltaïque permet d'obtenir de l'électricité directement à partir du rayonnement solaire ⁵.

C'est la difficulté centrale du chapitre. Les documents d'accompagnement précisent qu'on attend d'un élève qu'il repère la source d'énergie, puis la forme d'énergie qui lui est associée ². Ce sont deux questions différentes.

Une même énergie peut avoir une longue histoire. Prenons un cycliste. Son énergie de mouvement vient de l'énergie biochimique de ses muscles. Celle-ci provient de l'énergie chimique des sucres fabriqués par des plantes. Ces plantes utilisent l'énergie lumineuse du Soleil, elle-même produite par des réactions nucléaires de fusion d'atomes d'hydrogène ⁵.

La plupart des formes d'énergie accessibles sur Terre, à l'exception de l'énergie des marées, dérivent donc directement ou indirectement de l'énergie nucléaire du Soleil, des étoiles et du noyau de la Terre ⁵. De même, la biosphère dépend avant tout de l'énergie solaire, que captent les organismes capables de photosynthèse ⁶.

Alors pourquoi parle-t-on de « produire » ou de « consommer » de l'énergie ? En économie, « produire » désigne le fait de la transformer en une forme utilisable, et « consommer » le fait de l'utiliser. Au sens de la physique, rien n'est créé ni détruit dans ces opérations : l'énergie est seulement transformée et transférée ⁶.

Autre point utile : toutes les formes d'énergie ne sont pas toujours exploitables ⁵. Une transformation ne donne pas forcément la forme que l'on voulait : une partie de l'énergie part sous une forme moins utile, par exemple de la chaleur ⁶. Tu en verras les conséquences dans le chapitre sur la chaîne énergétique.