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| Mesurer l'énergie |
L'énergie est difficile à définir, on l'a vu. Mais elle a beau être multiforme, ce n'est pas pour cela qu'elle est insaisissable. En fait, on sait très bien la compter, la mesurer.
Pour mesurer l'énergie, il existe différentes méthodes et différentes unités de mesure en raison des nombreuses formes de l'énergie.
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La calorie Le kilowattheure La tonne équivalent pétrole |
L'unité officielle est le JOULE, du nom de ce physicien anglais qui a particulièrement étudié l'énergie.
Un joule ne représente pas une énergie colossale à l'échelle humaine :
Grosso modo, imaginez une brique de lait d'un litre (environ un kilogramme), posée sur une table, un annuaire de 10 centimètres d'épaisseur posé à côté. Votre mission est de soulever la brique de lait et de la poser sur l'annuaire. Prêt(e) ? Allez-y ! ... Vous venez d'échanger UN joule avec la brique de lait. Celle-ci a gagné un joule et vous en avez dépensé au moins autant (mais en général plus car vous avez très bien pu profiter de l'expérience pour secouer la brique de lait ou faire le tour de la table, ce qui vous a fatigué en pure perte !).
Vous ne me croyez pas ? Vous pensez que la brique n'a pas gagné d'énergie ? D'ailleurs c'est vrai, pourquoi elle en aurait gagné puisqu'elle n'est pas plus gonflée ou plus chaude ou plus je ne sais quoi qu'avant ?
C'est sûr, ça ? Il me semble que la brique de lait et quand même plus haute, non ? Alors comment vérifier qu'elle a effectivement plus d'énergie ? Je vous l'ai expliqué au début de ce dossier, l'énergie qui est stockée dort, ce en quoi il est impossible de la percevoir. On ne pourra percevoir cette énergie que lorsqu'elle sera échangée à nouveau.
Maintenant, comment obliger la brique de lait à échanger le joule qu'on lui a généreusement offert ? En effet, sans intervention de votre part, la brique de lait ne va rien faire. Elle n'est pas capable d'utiliser son énergie par "elle-même" puisque seuls les êtres vivants en sont capables. S'il-vous-plait, donnez lui un petit coup de pouce, histoire que notre brique de lait descende de son piédestal téléphonique. Si vous êtes un bon expérimentateur, la brique a perdu l'équilibre et est tombée sur la table. D'ailleurs vous n'avez pas eu à la pousser vers le bas, car elle a su se débrouiller toute seule pour retrouver le lisse contact de la toile cirée. On retrouve ici la chute libre que je vous ai présentée à la deuxième page de ce dossier. Le joule que votre bras lui avait initialement transmis et qui s'était stocké sous forme de hauteur (= l'énergie potentielle) lui a permis d'acquérir de la vitesse. Puis son travail accompli, il a quitté la brique de lait pour se disperser dans la nature, notamment sous la forme de vibrations (le bruit qui a suivi la chute) mais aussi d'une imperceptible chaleur. Vous avez pu constater qu'un joule, ça peut déjà faire pas mal de bruit.
Ceci était une illustration pour un joule d'énergie potentielle. Mais un joule de chaleur, ça correspond à quoi ?
En fait, le joule n'est pas une unité très pratique pour mesurer la quantité de chaleur. On utilise usuellement une autre unité déjà plus familière : la CALORIE. Oui, il me semble que ça vous dit quelque chose, surtout si vous avez déjà suivi un régime amaigrissant !
Une calorie, c'est l'énergie qu'il faut donner à un gramme d'eau pour que sa température augmente d'un degré Celsius. Donc pour faire passer une litre d'eau (= 1 kg) de 10°C à 20°C, il faudra 1 000 (grammes) × 10 (°C de plus) = 10 000 calories. Or une calorie correspond à 4,184 joules (la relation entre les deux unités est liée au fait qu'il s'agit d'eau et pas d'un autre corps, solide, liquide ou gazeux). Il faudra donc 41 840 joules pour chauffer cette eau. Ça commence à faire !
Humm... je suis désolé de m'être lancé dans ces calculs qui risquent bien d'avoir fait fuir une partie de mon lectorat. Cependant, dès que l'on parle de mesure, il est inévitablement question de nombres et donc de calculs. Je vais quand même éviter les formules mathématiques inutiles à l'avenir.
Les nombres, c'est bien joli, mais quand ils commencent à prendre des proportions démesurées, ils perdent toute signification pour l'esprit humain. Le joule, comme la calorie, est une petite unité. Pour mesurer une grosse quantité d'énergie, il faudra utiliser des multiples tels que :
Mais ces deux unités, joule et calorie, ne sont pas celles dont on entend le plus parler. Sur votre facture d'électricité, qu'est-il écrit ? 137,68 € ? Non, plus à gauche s'il vous plait. Evolution de votre consommation en kWh. Que sont ces fameux kWh ?
On les appelle KILOWATTHEURES. Ce sont les unités d'énergie les plus courantes. 1 kilowattheure représente 3 600 kJ ou 3,6 MJ ou encore l'énergie consommée par une lampe de 100 watts en 10 heures. Ce n'est pas rien ! Maintenant, regardez combien vous en avez consommé ce mois-ci. Hé oui ! Tout ça ! C'est une unité assez grande qui est beaucoup plus pratique pour mesurer la consommation d'une maison ou d'une usine. Et les "watts" c'est quoi ? Aïe ! Je ne vous en ai pas encore parlé. Voyons voir...
Il faut maintenant comprendre une chose importante. Consommer, échanger, dissiper de l'énergie, peut se faire plus ou moins rapidement. Exactement comme avec un robinet d'eau : il est possible de consommer dix litres d'eau en quelques secondes (robinet ouvert à fond) ou en plusieurs jours (robinet fermé qui goutte). C'est la même quantité d'eau qui est consommée mais pas avec la même "vitesse", ou plus exactement avec le même débit. Pour l'énergie, c'est exactement la même chose sauf que l'on ne parle pas de débit d'énergie mais de puissance.
Une explosion, un éclair sont des phénoménes de forte puissance (échange rapide de beaucoup d'énergie) sur des durées courtes. Inversement, la chaleur qui nous vient du soleil, nous arrive avec une puissance relativement faible mais sur une durée longue (12 heures par jour en moyenne et par beau temps !!).
La puissance, qui représente donc le "débit d'énergie" lors d'un transfert énergétique, se mesure en WATT (du nom d'un autre scientifique, écossais celui-ci : James Watt). Un watt correspond à une puissance d'un joule par seconde.
Encore une fois, on utilise souvent ses multiples, le kilowatt (1 kW = 1000 watts), le mégawatt (1 MW = 1 million de watts) et le gigawatt (1 GW = 1 milliard de watts). Une lampe de 100 watts consomme donc en une seconde 100 joules. Une centrale nucléaire au maximum de sa puissance produit avec une puissance de 900 jusqu'à 1300 MW, soit en gros un gigawatt. Cet ordre de grandeur est à retenir car il constitue (au moins pour la France) un repère simple. En une seconde, elle va produire 1 000 000 000 de joules ! La plus grande centrale hydro-électrique du monde, celle d'Itaïpu, à la frontière entre le Brésil et le Paraguay — que j'ai eu l'occasion de visiter — présente une puissance de 12,6 GW (et dans quelques temps 14 GW), soit l'équivalent d'une douzaine de centrales nucléaires. Il produit, en moyenne, 90 000 000 000 kWh d'électricité par an.
Avant d'en terminer avec la mesure de l'énergie — et de la puissance — il ne faut pas que j'oublie une unité de mesure très courante elle aussi. En effet, nous avons vu le joule (l'unité officielle mais peu utilisée en dehors des laboratoires et des universités), la calorie ("réservée" à la chaleur et à la diététique), le kilowattheure (l'unité usuelle de la consommation d'électricité). Mais nous n'avons pas parlé des hydrocarbures. Le gaz naturel, le charbon et le pétrole sont des substances chimiques dont la composition est assez peu variable. La quantité d'énergie qu'ils contiennent est bien connue. Les spécialistes ont donc pris l'habitude de mesurer l'énergie à partir de son contenant. On parle donc couramment de la TONNE ÉQUIVALENT PÉTROLE (abrégée en tep) et un peu moins couramment de la tonne équivalent charbon (tec). La tep sert de référence pour comparer les différentes sources d'énergie fossiles (primaires ou secondaires). Une tep correspond à 42 milliards de joules. Il s'agit donc d'une très grosse unité de mesure.
EN RÉSUMÉ :
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| Dernière mise à jour le 13/08/2005 |