ÉNERGIE


ÉNERGIE
ÉNERGIE

Dans toutes les transformations variées qui sont étudiées en physique, la notion d’énergie joue un rôle fondamental. Elle apparaît d’abord en mécanique, où elle signifie capacité de travail.

La première forme d’énergie définie est le travail mécanique: produit scalaire d’une force et d’un déplacement. Un système mécanique pouvant fournir du travail contient du travail en réserve, c’est-à-dire de l’énergie: potentielle , si elle est due à la position des constituants du système dans l’espace; cinétique , si le corps est en mouvement (pour mouvoir un bateau à voile, on utilise l’énergie cinétique des masses d’air en mouvement).

La loi de conservation de l’énergie domine la physique. Cette loi est vérifiée dans les phénomènes purement mécaniques pour la somme de l’énergie potentielle et de l’énergie cinétique. Cependant, elle semble mise en défaut chaque fois qu’il y a frottement et apparition de chaleur. Pour conserver l’énergie totale d’un système, il faut lui ajouter la quantité de chaleur reçue. La chaleur apparaît alors comme une forme de l’énergie. La thermodynamique étudie plus particulièrement les transformations de chaleur en travail et réciproquement. En réalité, la chaleur n’est pas autre chose que l’énergie cinétique d’agitation des particules qui composent le système. Mais cette agitation est désordonnée. La différence entre chaleur et travail est expliquée par la mécanique statistique; celle-ci permet de définir une fonction qui mesure le «désordre» d’un état macroscopique d’un système, l’entropie.

Enfin, dans les réactions nucléaires, les énergies mises en jeu sont considérables et l’on constate que la masse des particules (au sens classique) n’est pas conservée. La théorie de la relativité a introduit le concept d’équivalence masse-énergie (E = mc 2) et a permis de satisfaire encore au principe de conservation de l’énergie.

La notion d’énergie est éclairée sous un jour nouveau par la mécanique quantique. L’énergie d’un système fini est quantifiée et une valeur de cette énergie caractérise l’état physique dans lequel se trouve le système. L’énergie apparaît alors comme la grandeur physique fondamentale attachée à un système. La connaissance de ce système commence par la connaissance de ses niveaux d’énergie.

Les applications pratiques de la notion d’énergie posent trois sortes de problèmes: celui de la source d’énergie, celui du transport et enfin celui de l’utilisation; ils donnent toute leur importance aux questions de conversion des énergies. La source n’est, en effet, pas toujours utilisable directement sur place, on doit donc convertir l’énergie fournie sous une autre forme pour la transporter. Il est évident que les problèmes économiques jouent un rôle prépondérant dans le choix des systèmes de conversion d’énergie.

Les progrès de la technique dans les industries énergétiques sont immédiatement perceptibles. Les progrès de l’économie d’énergie n’ont commencé à prendre de l’importance, dans les universités puis auprès du grand public, qu’après le premier «choc pétrolier» (1973).

Parallèlement, les pouvoirs publics se sont efforcés de mettre en place un système juridique qui permette de réglementer l’activité de ce vaste secteur [cf. ÉNERGIE].

Après avoir rappelé les notions théoriques fondamentales relatives à l’énergie, on décrira ici quelques systèmes de conversion d’énergie parmi les plus utilisés et les plus étudiés. Leur liste ne saurait être exhaustive; de nouvelles sources d’énergie et de nouveaux systèmes de conversion ont été mis au point grâce à la fusion contrôlée de noyaux légers, au développement des piles à combustibles, à la synthèse photochimique artificielle et à la combustion-fermentation.

La multiplicité des sources implique, on s’en doute, une grande diversité de structures au niveau de l’organisation économique. Cette diversité est aussi celle du système juridique qui réglemente le fonctionnement de ce système clé de l’industrie.

1. Énergie mécanique

On dit qu’une force appliquée à une particule située en M travaille , lorsque cette particule se déplace dans une direction différente de la perpendiculaire à cette force. Si d M est le déplacement de la particule, le travail d W de la force F qui lui est appliquée est, par définition, d W = F . d M.

Le travail est donc une grandeur scalaire dont la dimension est: masse 憐 (longueur)2 憐 (temps)-2. Les unités les plus courantes de travail sont, dans le système S.I., le joule (J), qui équivaut à (1 kg) 憐 (1 m)2 憐 (1 s)-2, et, dans le système C . G . S ., on utilise le dyne 憐 (1 cm).

À l’échelle atomique, on utilise souvent l’électron-volt (eV), travail fourni à un électron pour augmenter son potentiel électrique de un volt (1 eV = 1,6 . 10-19 J).

Il est souvent intéressant de caractériser une source d’énergie, ou un moteur, par l’énergie fournie par seconde, ou puissance ; on emploie alors comme unité le watt (W), qui équivaut à un joule par seconde. Une unité pratique, utilisée industriellement, est le kilowatt-heure (kWh), qui est l’énergie délivrée par une source de un kilowatt débitant pendant une heure (1 kWh = 3 600 kJ = 3,6 . 106 J).

Mécanique classique

Théorème des forces vives. Énergie cinétique

Soit une particule de masse m en mouvement sous l’action d’une force F et soit d M le déplacement de cette particule pendant le temps dt . Le travail de la force F pendant l’intervalle de temps dt est égal à l’accroissement de la «force vive» (m v2/2) de la particule. Ce théorème est une conséquence du principe fondamental de la mécanique classique: F = m d v/dt , où v est la vitesse de la particule. On a en effet:

Il faut donc dépenser un certain travail mécanique (m v2/2) pour faire passer une particule de masse m du repos à la vitesse v. La force vive est une forme d’énergie caractéristique des corps en mouvement: l’énergie cinétique Ec.

Énergie potentielle

Une force F dérive d’une énergie potentielle s’il existe une fonction 切 telle que F = 漣 grad 切. Pour tout déplacement infinitésimal d M, on a d W = + F . d M = 漣 d 切. La variation de l’énergie potentielle est égale au travail effectué, par une force 漣 F qui équilibre à chaque instant F, pour amener la particule d’une origine arbitraire O au point M. Cette énergie est potentiellement disponible en M: il suffirait de laisser la particule revenir en O pour récupérer la même quantité d’énergie 切(M).

L’application du théorème des forces vives à une particule soumise à une force dérivant d’un potentiel donne m v2/2 + 切 = constante.

L’énergie mécanique totale (Ec + 切) d’une particule reste constante au cours du mouvement (fig. 1).

Énergie mécanique d’un système

En mécanique classique, tout objet matériel est considéré comme un système de particules massives numérotées 1, 2, 3, ..., i , ..., N. La force Fi qui agit sur une particule i est la résultante de forces extérieures fi ext, telle la pesanteur, et de forces intérieures ou d’interaction fij des particules deux à deux:

Le théorème des forces vives s’applique à chaque particule qui constitue le système:

Fi .d Mi est le travail de la force Fi lorsque la particule se déplace de d Mi . Ce travail doit être décomposé en deux parties, le travail des forces extérieures:

et le travail des forces intérieures:

En additionnant l’égalité ci-dessus pour toutes les particules, on trouve donc:

Examinons successivement les trois termes de cette égalité. Le premier membre est la différentielle de l’énergie cinétique totale des particules constituant le système:

Il est utile de séparer, dans cette expression, la part qui correspond au mouvement d’ensemble du système de celle qui provient des mouvements relatifs des particules qui le constituent. Pour cela, introduisons la vitesse vG du centre de masse et posons vi = vG + ui . On montre alors que:

Cette relation constitue le théorème de Koenig : l’énergie cinétique totale d’un système de particules est égale à l’énergie cinétique de sa masse totale M animée de la vitesse vG du centre de masse, augmentée de l’énergie cinétique de toutes les particules dans un repère (G; x , y , z ) lié au centre de masse. Ici encore on a pu séparer complètement le mouvement d’ensemble du système (vG) du mouvement relatif autour du centre de masse [cf. DYNAMIQUE].

Considérons, par exemple, un obus éclatant en un point de sa trajectoire. L’explosion, due à des forces internes, ne perturbe en rien le mouvement du centre de masse du système. Toutefois, l’explosion augmente considérablement l’énergie cinétique totale du système puisque les éclats ont, en plus de la vitesse d’ensemble vG, une vitesse relative ui radiale qui les éloigne de l’origine G.

Le second membre de l’égalité exprime le travail élémentaire des forces extérieures appliquées à chaque particule. Si les forces extérieures fi ext dérivent d’un potentiel 切i , on sait que:

et par suite:

切 est l’énergie potentielle totale du système de particules dans le champ de forces extérieures qui lui est appliqué. Ainsi, par exemple, l’énergie potentielle dans un champ de pesanteur uniforme est:

z G est l’altitude du centre de gravité du système.

Le cas des forces intérieures est sensiblement plus compliqué, puisque la force qui s’exerce sur une particule dépend des positions de toutes les autres particules. Considérons donc, pour commencer, un système de deux particules situées en M1 et M2, et posons r12 = M1M2. Dire que les forces intérieures f21 = 漣 f12 = f dérivent d’un potentiel, c’est supposer l’existence d’une fonction 﨑 des positions M1 et M2 telle que f12 . d M1 + f21 . d M2 = 漣 d 﨑, ou encore f . (d M2d M1) = f . d r12 = 漣 d 﨑.

Cette fonction 﨑 ne dépend donc que de la position relative des deux particules et, plus précisément, de leur distance scalaire r 12, puisque f est une force centrale ayant même support que le rayon vecteur r12. Donc:

L’énergie potentielle est nulle par convention lorsque les deux particules sont infiniment éloignées l’une de l’autre. L’énergie potentielle 﨑12 du système, lorsque les deux particules sont rapprochées à une distance r 12, est alors:

Par exemple, l’énergie potentielle gravitationnelle de deux masses m 1 et m 2 séparées par la distance r 12 est:

G est la constante de gravitation universelle.

D’une façon générale, l’énergie potentielle totale d’un système de N particules interagissant est la somme des énergies potentielles 﨑ij de toutes les paires de particules (ij ). Par exemple, l’énergie gravitationnelle d’un système de N masses m 1, m 2, ..., m N est:

Le facteur 1/2 est introduit ici pour éviter de compter deux fois la même paire, qui apparaît dans la somme d’abord suivant l’ordre ij , puis suivant l’ordre ji .

Énergie gravitationnelle d’une étoile homogène

Il serait extrêmement pénible de calculer directement l’énergie potentielle d’un système aussi énorme qu’une étoile à partir de l’expression ci-dessus. On utilise donc une méthode globale fondée sur le théorème de Gauss. Une étoile se forme à partir d’une matière interstellaire si ténue que l’on peut considérer toutes les particules comme infiniment éloignées les unes des autres. Dans cet état initial, l’énergie potentielle du système est donc nulle. On peut supposer que la matière se rassemble ensuite peu à peu pour former une étoile de masse M, de rayon R et de masse volumique 福 que l’on suppose, pour simplifier, uniforme. L’énergie potentielle finale est indépendante des trajectoires suivies par toutes les particules pour atteindre leur position finale, on peut donc imaginer que l’étoile s’est développée sous la forme d’un noyau de masse volumique 福 uniforme qui grossit progressivement jusqu’à atteindre le rayon R. On trouve alors 﨑 = 漣 (3/5) (GM2/R).

On estime ainsi que la condensation du Soleil (M 力 2 . 1030 kg, R 力 700 000 km) à partir de la matière interstellaire a libéré une «énergie gravitationnelle» de (3/5) 憐 (GM2/R) 力 2 . 1041J. Comme le système est isolé, cette diminution de l’énergie potentielle gravitationnelle a été compensée par une augmentation de l’énergie cinétique des particules, c’est-à-dire de la température de la matière qui constitue l’étoile. On peut estimer la température atteinte T, en supposant que la matière stellaire complètement ionisée en protons et électrons a une masse moléculaire voisine de 0,5 gramme; il y a deux fois plus de particules que dans une masse équivalente d’hydrogène atomique, dont la masse moléculaire est un gramme. Dans ces conditions, le nombre total de moles est: n 力 4 . 1033. L’énergie nécessaire pour porter cette quantité de matière à la température T est: 8,32 n T = 2 . 1041 J [cf. THERMODYNAMIQUE]. On en déduit: T 力 6 000 000 K. Cette température est suffisante pour amorcer les réactions thermonucléaires qui alimenteront le flux lumineux de l’étoile.

Conservation de l’énergie totale

En rassemblant les définitions, on est conduit à écrire la relation:

sous la forme synthétique d Ec + d 﨑 + d 切 = 0, qui exprime la conservation de l’énergie mécanique totale, somme de l’énergie cinétique Ec , de l’énergie potentielle interne 﨑 et de l’énergie potentielle dans le champ de forces extérieures 切, c’est-à-dire:

En particulier, l’énergie mécanique totale d’un système isolé se réduit à la somme Ec + 﨑, ou énergie interne U du système.

L’énergie interne U d’un système matériel isolé est une constante du mouvement. Au cours du mouvement, l’énergie cinétique Ec peut diminuer au profit de l’énergie potentielle interne 﨑, ou réciproquement, mais leur somme reste constante (fig. 2):

Mécanique quantique

La mécanique classique s’est révélée incapable d’interpréter certains phénomènes physiques découverts au début du XXe siècle et les physiciens ont dû développer une nouvelle théorie: la mécanique quantique.

L’idée du quantum d’énergie a été introduite par Planck en 1901 pour expliquer le rayonnement du corps noir. L’hypothèse fondamentale de Planck était la suivante: la matière ne peut interagir avec un rayonnement de fréquence 益 qu’avec absorption ou émission d’un nombre entier de quanta h 益, où h est une constante universelle (dite constante de Planck), qui vaut h = 6,626 . 10-34 J. s.

Donnons simplement les résultats essentiels de la mécanique quantique:

1. Elle introduit une dualité onde-particule. À chaque particule de quantité de mouvement p et d’énergie E elle associe une onde de fréquence 益 et de vecteur d’onde k; entre ces grandeurs existent les relations E = h 益 (relation de Planck) et p = (h /2 神)k (relation de De Broglie).

2. Un système physique est caractérisé par les valeurs de l’énergie qu’il peut prendre et par les fonctions d’ondes correspondantes. Un système de dimensions finies ne peut prendre que des valeurs d’énergie qui forment une suite discrète d’éléments: E1, E2, ..., En , ... (quantification de l’énergie).

Ainsi, en mécanique quantique, l’énergie apparaît comme une grandeur fondamentale qui caractérise l’état physique d’un système.

Prenons l’exemple du spectre de raies de l’hydrogène: l’atome d’hydrogène est suffisamment simple (un proton et un électron) pour que ses niveaux d’énergies soient calculés exactement à partir des équations fondamentales de la mécanique quantique. On trouve:

Le niveau E1 = 漣 13,6 eV est le plus bas et est appelé état fondamental de l’atome. C’est l’état dans lequel se trouve l’atome d’hydrogène à l’équilibre. Si on l’excite jusqu’à un état En , il retombe dans l’état fondamental en émettant un rayonnement lumineux dont la fréquence 益 est donnée par: 益 = (En 漣 E1)/h .

On a une série de raies dans le spectre d’émission [cf. SPECTROSCOPIE].

La mécanique quantique est remarquablement bien vérifiée à l’échelle atomique et moléculaire. Dans une molécule, les niveaux d’énergie électroniques sont quantifiés. Dans une réaction chimique, il y a un réarrangement électronique et le système se retrouve dans un état d’énergie différent.

Certaines réactions dégagent de l’énergie (exothermiques), d’autres en absorbent (endothermiques). Cette énergie correspond au travail des forces électromagnétiques entre les électrons et les noyaux.

La combustion d’un gramme de carbone libère une énergie de 32,8 . 103 J, et celle d’un gramme d’hydrogène une énergie de 142,9 . 103 J.

Mécanique relativiste

Diverses expériences ont montré que la mécanique classique ne s’appliquait pas aux particules animées de vitesses voisines de la vitesse de la lumière c . Einstein a formulé une nouvelle mécanique, dite « relativité restreinte», permettant d’interpréter ces expériences. Un événement est un phénomène physique qui se produit en un point donné M au temps t . Les coordonnées de M et le temps t sont mesurés dans un certain repère. Pour la mécanique classique, le temps est absolu et est le même dans tous les repères, seules les coordonnées spatiales se transforment. Cette notion de temps absolu a été abandonnée par Einstein, qui utilise des transformations pour les quatre coordonnées «espace-temps» x , y , z , t de l’événement. Ces transformations ont pour objet de laisser invariante la vitesse de la lumière c , quand on change de repère.

Cela conduit à réviser les notions de distance, d’intervalle de temps et de simultanéité; c’est l’objet de la cinématique relativiste. La dynamique relativiste étudie le mouvement des particules sous l’influence des forces qui s’exercent sur elles. Si une particule est soumise à une force F, la loi du mouvement est F = (d /dt )(m v), où m et v sont la masse et la vitesse de la particule. La grande nouveauté introduite par la théorie de la relativité est la révision de la notion de masse inerte. La masse n’est plus une grandeur caractéristique de la particule et indépendante du repère, mais une grandeur relative au repère. La masse absolue m 0 d’une particule est définie dans un repère où elle est au repos. Dans un repère où elle est animée d’une vitesse v, sa masse est:

La masse d’une particule tend vers l’infini quand sa vitesse tend vers c . La vitesse de la lumière apparaît ainsi comme une limite asymptotique pour la vitesse des particules.

Équivalence de la masse et de l’énergie

À l’aide de la relation F = (d /dt ) (m v), on montre que le travail de la force F, quand la particule se déplace de d M, est:

Einstein a posé que l’énergie de la particule est:

Son énergie cinétique est mc 2m 0c 2 (m 0c 2 étant l’énergie au repos).

Ce principe d’équivalence masse-énergie est vérifié expérimentalement au cours des réactions nucléaires. Dans la fission d’un noyau, par exemple, un noyau lourd se sépare en plusieurs noyaux légers éjectés à grande vitesse, c’est-à-dire avec une grande énergie cinétique. L’énergie totale du système, donc la masse totale, est conservée dans la réaction, mais pas la masse au repos. La somme des masses absolues des particules éjectées est inférieure à la masse au repos du noyau lourd. Cette différence de masse se retrouve sous forme d’énergie cinétique.

Énergie nucléaire

Les réactions nucléaires peuvent ainsi libérer une énergie cinétique considérable.

Les noyaux des atomes sont composés de deux types de particules appelées nucléons: les protons et les neutrons. Les protons, ou noyaux d’hydrogène, ont une masse m p = 1,672 5 . 10-27 kg et une charge positive e = 1,6 . 10-19 C, qui est, en valeur absolue, la même que celle de l’électron. Les neutrons, neutres électriquement, ont une masse m n = 1,674 7 憐 10-27 kg.

Un noyau contenant A nucléons dont Z protons et (A 漣Z) neutrons est dit de masse atomique A et de numéro atomique Z. Deux noyaux de même Z et de A différents sont appelés des isotopes.

On s’aperçoit que la masse absolue du noyau n’est pas exactement égale à (A 漣Z)m n + Zm p : il n’y a pas conservation des masses au repos.

On définit l’énergie de liaison EL d’un noyau par la formule suivante: EL = (masse des nucléons constituants – masse du noyau) 憐 c 2. EL représente l’énergie cinétique libérée par la désintégration complète du noyau en ses nucléons constituants. La valeur de EL pour les noyaux naturels est donnée sur la figure 3 en fonction de A.

Ainsi deux types de réactions nucléaires peuvent libérer de l’énergie: la fission de noyaux lourds (A 礪 200) en noyaux plus légers ou la fusion de noyaux légers (A = 1 par exemple) en noyaux plus lourds. Ce sont ces deux réactions qui sont utilisées pratiquement: la fission de l’uranium 235 libère environ 200 MeV par noyau, c’est-à-dire 0,8 . 109 joules par gramme d’uranium; la fusion de quatre noyaux d’hydrogène en un noyau d’hélium libère 25 MeV. La physique nucléaire correspond donc à une gamme d’énergie supérieure au MeV, alors que la physique atomique et moléculaire correspond à des énergies de l’ordre de l’électron-volt.

La fusion de l’hydrogène ou du deutérium est une réaction que l’on n’arrive pas à contrôler sur des temps suffisamment longs: une fois amorcée, elle diverge rapidement. Elle est utilisée dans les bombes nucléaires dites H, ou à hydrogène. C’est elle également qui fournit l’énergie rayonnée par le Soleil.

La fission de l’uranium est, par contre, contrôlée, entretenue et utilisée comme source de chaleur dans des réacteurs nucléaires.

Énergie rayonnée. Ondes

Un ébranlement peut se propager de proche en proche sous forme d’une onde qui transporte de l’énergie. Les deux types d’ondes les plus courants sont les ondes acoustiques (son) et les ondes électromagnétiques. En pratique, seules les ondes électromagnétiques transportent une énergie appréciable; elles seront seules considérées ici. Des charges et courants électriques créent dans tout l’espace environnant un champ électrique E et une induction magnétique B. Une certaine énergie électromagnétique est alors emmagasinée dans l’espace. La densité d’énergie (énergie par unité de volume) est donnée par la formule:

﨎 et 猪 sont deux constantes caractéristiques du matériau où règnent les champs (permittivité électrique et perméabilité magnétique respectivement).

Il y a onde lorsque l’énergie électromagnétique se propage de proche en proche. L’onde est caractérisée par une pulsation 諸 (ou une période temporelle T = 2 神/ 諸) et un vecteur d’onde k indiquant la direction de propagation et la périodicité spatiale (la longueur d’onde est égale à 2 神/k ). Il existe une relation en 諸 et k: D ( 諸, k) = 0, dite relation de dispersion et qui est reliée aux propriétés du milieu dans lequel l’onde se propage. Le flux d’énergie est représenté par un vecteur S, dit vecteur de Poynting, qui possède les propriétés suivantes:

1. Le flux du vecteur S à travers une surface représente la quantité d’énergie électromagnétique traversant cette surface par unité de temps.

2. Le vecteur de Poynting est donné par la relation:

3. L’énergie électromagnétique se conserve, ce qui s’exprime par la formule:

j étant le vecteur densité de courant électrique.

L’énergie sortant d’une surface par unité de temps (divS) est égale à la diminution d’énergie emmagasinée par unité de temps (face=F0019 漣 煉U/ 煉t ) moins l’énergie dissipée par unité de temps à l’intérieur de la surface (E.j).

Dans le vide (dans l’air aussi, en pratique), l’énergie électromagnétique se propage à la vitesse c . L’onde électromagnétique permet le transport de l’énergie sans aucun support matériel. On peut aussi guider la propagation de cette énergie en utilisant des milieux matériels, par exemple des fils conducteurs.

La gamme des ondes électromagnétiques est très étendue, depuis les basses fréquences (courant industriel 諸 = 2 神 50 Hz) jusqu’aux rayons X et 塚 en passant par les ondes lumineuses ( 塚 compris entre 0,8 et 0,4 猪m).

L’énergie rayonnée sous forme électromagnétique a une importance considérable dans l’Univers. C’est ce rayonnement qui régit l’équilibre énergétique des étoiles et des planètes, dont la Terre.

Interaction du rayonnement et de la matière

Comme on vient de le voir, la matière peut absorber la lumière (cf. mécanique QUANTIQUE). Le système physique passe d’un état énergétique E1 à un état énergétique E2 tel que E2 漣 E1 = h v, v étant la fréquence du rayonnement absorbé. Le quantum d’énergie électromagnétique h v est appelé photon. Si on le considère comme une particule, il se propage à la vitesse c et possède donc une masse au repos nulle.

Le passage d’une molécule d’une énergie E1 à une énergie E2 peut provoquer un changement de structure électronique et, partant, une réaction chimique, qu’on appelle alors réaction photochimique. L’importance de celle-ci est capitale dans l’équilibre biologique de la Terre.

En effet, ce sont des réactions photochimiques qui permettent la synthèse de molécules organiques par les plantes, à partir du gaz carbonique de l’atmosphère et de l’eau, et le dégagement d’oxygène (synthèse chlorophyllienne). La chlorophylle joue le rôle d’un catalyseur dans cette réaction. Les organismes animaux brûlent les molécules organiques grâce à la respiration et reforment du gaz carbonique.

Ainsi, pratiquement, toute l’énergie chimique actuellement utilisée (charbon et hydrocarbures) provient de la transformation de l’énergie solaire, par des processus photochimiques et biologiques, en végétaux pour le charbon, en micro-organismes marins pour le pétrole.

L’émission de lumière s’obtient en excitant un système physique jusqu’à un état d’énergie élevé E2. En retombant dans un état d’énergie plus bas E1, ce système émet un photon d’énergie h 益 = E2 漣 E1.

Les processus d’excitation les plus utilisés sont le bombardement par des électrons et des ions par décharge dans un gaz, et l’excitation thermique par chauffage. Les spectres émis peuvent être compliqués et dépendent des niveaux possibles d’énergie qui sont accessibles au système. Le rayonnement thermique est régi par la loi de Planck. En pratique, on emploie surtout des solides électroluminescents, tels que CdS, ZnS, etc., soumis à un bombardement électronique obtenu par décharge dans un gaz tel que le néon (éclairage fluorescent), ou par émission à partir d’un filament de tungstène chauffé autour de 2 000 K (lampes à incandescence).

Dans ces systèmes, les différents atomes constituants émettent des photons indépendamment les uns des autres; on dit que le rayonnement est incohérent . On peut réaliser des dispositifs où les ondes électromagnétiques émises par les différents atomes ont des phases relatives bien déterminées (rayonnement cohérent ); un tel dispositif est appelé laser et a reçu de nombreuses applications [cf. LASERS].

2. Chaleur et thermodynamique

Énergie interne

La thermodynamique s’intéresse aux échanges d’énergie entre systèmes macroscopiques [cf. THERMODYNAMIQUE]. À l’échelle atomique, ces systèmes sont composés de particules (molécules) douées d’énergie cinétique, et aussi d’énergie potentielle mutuelle représentant l’interaction de ces particules entre elles. On appelle énergie interne cette énergie associée à la mécanique interne du système à l’échelle microscopique. La description détaillée d’un état du système met en jeu un grand nombre des variables (positions de toutes les molécules; leurs vitesses; leurs orientations, etc.). Cependant, à l’échelle moins fine qui est la nôtre, les propriétés du système sont suffisamment bien décrites par un petit nombre de variables, dites macroscopiques (le volume, la masse, la pression, la température, l’indice de réfraction, etc.). L’énergie interne d’un système à l’équilibre apparaît alors comme une fonction des variables macroscopiques d’état.

Travail

Le travail est de l’énergie échangée par un système avec l’extérieur sous forme ordonnée. C’est-à-dire que les particules sont toutes poussées dans un même sens sous l’influence de forces extérieures: électrons sous l’influence d’un champ électrique, molécules sous la poussée d’un piston, etc. Ce travail peut être de diverse nature. Il peut s’agir, par exemple, d’un travail électrique : le système est traversé par un courant électrique qui entre par une borne et sort par une autre. Un générateur extérieur fait régner entre ces bornes une différence de potentiel électrique U et débite un courant d’intensité I. Le travail reçu par le système pendant un temps dt est alors d W = UI dt . Un cas fréquent pour les fluides est le travail des forces de pression. Un fluide occupant un volume V est soumis à une pression extérieure p 0, si le volume varie de d V, le travail reçu par le système est d W = 漣 p 0d V. Si la pression interne p est égale à p 0, le système est pratiquement à l’équilibre et la transformation est dite réversible ; le travail reçu est alors 漣 pd V.

Chaleur

Un transfert d’énergie se fait sous forme de chaleur lorsque les molécules du système interagissent de façon désordonnée avec le milieu extérieur. Ainsi, lorsqu’on place deux corps, l’un chaud et l’autre froid, en contact, les molécules du corps chaud, dont l’énergie cinétique d’agitation est plus grande, frappent les molécules du corps froid et leur communiquent une partie de leur énergie, égalisant ainsi les températures. La manière la plus usuelle de fournir de la chaleur à un système est donc d’élever sa température. Mais ce n’est pas la seule. Il faut, par exemple, fournir de la chaleur pour faire bouillir de l’eau; tant que dure l’ébullition, la température reste constante (100 0C). La quantité de chaleur communiquée sert à augmenter l’énergie potentielle d’interaction mutuelle des molécules d’eau jusqu’à ce qu’elles se séparent et forment de la vapeur.

Les transformations du travail en chaleur et de la chaleur en travail sont régies par les lois de la thermodynamique.

Les principes de la thermodynamique

Le premier principe, ou principe de l’équivalence , énonce l’équivalence du travail et de la chaleur. Dans une transformation fermée, où le système revient à un état macroscopique identique à celui dont il est parti, l’énergie interne n’a pas varié. Si le système a reçu du travail, il a cédé de la chaleur et, s’il a reçu de la chaleur, il a cédé du travail. Dans une transformation quelconque, on peut écrire U = W + Q, où, en valeurs algébriques, W est le travail reçu, et Q la chaleur reçue.

Ce principe énonce que le travail et la chaleur sont deux formes d’une même grandeur physique: l’énergie.

Le second principe, ou principe de Carnot , exprime que la transformation de chaleur en travail est plus difficile que la transformation inverse. On peut, par exemple, utiliser l’énoncé de Kelvin: un moteur ne peut produire du travail à partir d’une seule source de chaleur, ce qui veut dire qu’un système subissant une transformation monotherme (échange de chaleur avec une seule source à température T) ne peut que transformer du travail en chaleur et non l’inverse.

Un moteur peut fournir du travail en échangeant de la chaleur avec deux sources à températures différentes 1 et 2 (T12). Il prend alors une quantité de chaleur Q1 à 1, cède une certaine quantité Q2 à 2 et transforme le reste en travail W (moteur ditherme). Le rendement d’un tel moteur est par définition la quantité 兀 = |W/Q1|. Le principe de Carnot limite le rendement des moteurs thermiques. On peut démontrer que le rendement maximal d’un moteur ditherme est obtenu lorsqu’il fonctionne de façon réversible et il vaut:

Par exemple, pour une machine à vapeur où la température de la vapeur est 600 K et la température du condenseur 300 K, le rendement maximal max est de 50 p. 100. Le rendement réel des machines est beaucoup plus faible à cause des pertes thermiques et du frottement, mais le théorème de Carnot impose une limite supérieure théorique.

En réalité, un même état macroscopique peut être réalisé par de nombreuses configurations microscopiques. Ainsi un gaz à température et volume donnés contient des molécules en agitation constante dont les positions et les vitesses changent sans cesse, bien que l’état thermodynamique soit fixé. On suppose que chaque configuration microscopique correspondant à un même état thermodynamique d’énergie donnée a la même probabilité d’être réalisée: principe microcanonique. L’état macroscopique qui est le plus probable est celui qui correspond au nombre maximal 行 de configurations microscopiques possibles. On définit l’entropie comme S = k lg 行, où k est une constante. Un système isolé évolue donc vers l’état d’entropie maximal. L’entropie est, en quelque sorte, une mesure de l’état de désordre microscopique d’un système. La chaleur étant une forme désordonnée d’énergie, il est plus facile de transformer du travail en chaleur que l’inverse.

3. Conversion des énergies

Sources d’énergie

La seule source d’énergie qui soit extérieure à la Terre et utilisable actuellement est le Soleil (on pourra peut-être un jour exploiter des gisements sur la Lune ou sur d’autres planètes).

Il existe sur la Terre des sources d’énergie chimiques et nucléaires, mais celles-ci sont en quantité limitée et non renouvelées. Elles diminuent donc régulièrement. Il faut cependant remarquer que ces réserves sont considérables (le charbon et les hydrocarbures peuvent être utilisés encore pendant deux siècles; les ressources en énergie nucléaire sont difficilement estimables, car de nombreuses réactions peuvent être employées).

Le Soleil rayonne 1,81 . 1015 W sur la Terre, soit 16 . 1015 kWh par an.

L’apport d’énergie solaire suffirait donc largement à alimenter la consommation terrestre, le seul problème est de convertir l’énergie solaire en énergie utilisable.

Il faut remarquer que les deux sources aujourd’hui les plus utilisées sont d’origine solaire.

L’énergie potentielle de l’eau emmagasinée dans les barrages provient de l’évaporation de l’eau des océans sous l’action du rayonnement solaire. Cette énergie est reconstituée au fur et à mesure de son utilisation, mais elle ne suffit pas aux besoins.

L’énergie chimique du charbon et des hydrocarbures provient de réactions photochimiques produites par le rayonnement solaire. Mais là, on utilise en quelques siècles des réserves qui ont mis des millions d’années à s’accumuler.

Transport de l’énergie

On demande à un système de transport de l’énergie de déplacer le minimum de matière, d’être facile à distribuer (un fluide est préférable à un solide), et d’avoir un rendement maximal, c’est-à-dire de consommer le minimum d’énergie pour une quantité donnée à transporter.

Différents systèmes ont été proposés, on ne saurait tous les énumérer. Les deux solutions actuellement retenues sont essentiellement le transport sous forme d’énergie électromagnétique pour les installations fixes et le transport de combustible chimique: fuel, essence, gaz naturel, etc., en particulier pour les installations mobiles (moteurs de véhicules).

Utilisation de l’énergie

Le travail mécanique d’une force peut remplacer la force musculaire ou propulser un véhicule. Un dispositif qui fournit du travail mécanique est appelé moteur (moteurs électriques, thermiques, à réaction, etc.).

En chauffage et en réfrigération, il s’agit de maintenir à température fixe l’intérieur d’une enceinte plongée dans une ambiance à température différente et variable. Lorsqu’il s’agit de chauffage, il suffit de transformer de l’énergie chimique, électrique ou autre en chaleur. Dans tous les cas, on peut faire fonctionner une machine ditherme entre la température de l’enceinte et la température ambiante; cette machine reçoit du travail et donc, en vertu du second principe de la thermodynamique, prend de la chaleur à la source froide et en restitue une quantité plus grande à la source chaude. Il s’agit là d’une « pompe à chaleur». Lorsque l’enceinte est la source froide, on a un réfrigérateur ; lorsque l’enceinte est la source chaude, la pompe à chaleur fonctionne comme un système de chauffage.

Pour l’éclairage , on transforme de l’énergie électrique, chimique ou autre en énergie électromagnétique dans la gamme des fréquences visibles (cf. LUMIÈRE – Physique).

Le traitement de l’information est une branche en plein développement et qui consomme de plus en plus d’énergie. Pour le transport de l’information (télécommunications), on utilise surtout les ondes électromagnétiques dans la gamme radio-électrique et centimétrique.

Systèmes de conversion d’énergie

On peut soit transformer l’énergie disponible en électricité facile à transporter (problème le plus important), soit transporter directement la source d’énergie (combustible) à l’endroit où elle est utilisée.

Voyons les principaux systèmes de conversion employés pour chaque type de source d’énergie.

L’énergie hydroélectrique (énergie potentielle de l’eau accumulée dans des barrages) est transformée en énergie cinétique par écoulement. Celle-ci est transformée en énergie cinétique de rotation d’un volant grâce à une turbine, qui à son tour entraîne un générateur électrique: alternateur ou dynamo. Le rendement de l’opération est très bon, de l’ordre de 90 p. 100.

Lorsque la source d’énergie disponible est de type chimique , la méthode la plus utilisée est la combustion (réaction chimique désordonnée). L’énergie libérée par la combustion provoque l’agitation des molécules; elle est donc transformée en énergie cinétique moléculaire, c’est-à-dire en chaleur. Cette chaleur est utilisée dans une source chaude de machine thermique (machine à vapeur ou moteur à explosion), qui en transforme une partie en travail mécanique. Le travail mécanique sert ensuite soit directement à la propulsion d’un véhicule par exemple, soit à entraîner un générateur électrique. Dans ce cas, le rendement est limité (théorème de Carnot). Le rendement théorique maximal pour les températures utilisées pratiquement est de l’ordre de 50 p. 100. Les rendements réels sont d’environ de 25 à 30 p. 100.

L’énergie chimique est, en fait, une énergie électrique (interaction des électrons et des noyaux dans une molécule). Il peut paraître maladroit de transformer cette énergie en chaleur pour la réutiliser ensuite sous forme électrique. Cette énergie peut être directement utilisée sous forme électrique grâce à un dispositif appelé pile électrique. Le problème est de pouvoir faire passer facilement des électrons des molécules chimiques à un circuit extérieur. Cela est obtenu dans une pile où les électrons des électrodes métalliques passent facilement sur des ions en solution dans un bain (cf. ÉLECTROCHIMIE, PILES ET ACCUMULATEURS). Malheureusement, les piles ne sont simples à réaliser qu’avec des métaux conducteurs (cuivre, zinc, etc.), qui sont très chers. Il existe des piles à gaz: les électrodes sont imprégnées de gaz et plongent dans du gaz sous pression; ainsi que des piles à combustible (hydrogène-oxygène) dont les qualités ont permis de les utiliser pour des vols spatiaux. Les principaux problèmes sont celui de la mise en solution des hydrocarbures sous forme d’ions et celui des électrodes qui se polluent très vite en surface. Des progrès importants restent à faire quant au rapport du poids et de l’énergie, quant à la fiabilité et à la durée de fonctionnement.

La réaction nucléaire libère des particules animées d’une grande énergie cinétique désordonnée d’atomes lourds (uranium ou plutonium) résultant de la transmutation de l’uranium, dégage de la chaleur, transformée en énergie mécanique puis en énergie électrique. La fusion contrôlée dont la réaction libère de l’énergie thermonucléaire permet d’espérer de nombreuses applications industrielles.

Il existe différents dispositifs de transformation de l’énergie solaire.

Dans la conversion photoélectrique, le photon absorbé excite un électron dans la bande de conduction d’un semiconducteur, on peut ainsi obtenir des photopiles. Les matériaux employés sont le silicium monocristallin et polycristallin, l’arséniure de gallium et les matériaux en couches minces. Les photopiles, dont le rendement a augmenté de moitié, furent cependant utilisées d’abord pour l’alimentation en énergie des satellites et ont de nombreuses applications courantes. Une autre application des photopiles est la conversion photovoltaïque.

L’énergie peut se transformer en chaleur par absorption du rayonnement lumineux. La chaleur est ensuite employée classiquement, pour faire fonctionner un moteur thermique, par exemple.

On est en mesure de synthétiser des combustibles en captant l’énergie solaire pour favoriser la réaction: c’est la transformation photochimique. Les plantes vertes réalisent cette transformation par la synthèse chlorophyllienne. On peut imaginer de faire des photosynthèses artificielles à rendement plus élevé.

Les dispositifs classiques de transformation de la chaleur en électricité passent par l’intermédiaire d’énergie mécanique obtenue par des moteurs thermiques. On peut se poser le problème de transformer directement de la chaleur en électricité sans l’intervention de moteur mécanique. Plusieurs solutions sont aujourd’hui à l’étude: l’effet photovoltaïque, l’effet thermoélectrique et la magnétohydrodynamique.

L’effet photovoltaïque utilise le rayonnement lumineux incident pour produire une différence de potentiel entre les deux jonctions d’une jonction semiconductrice.

Un couple thermoélectrique est formé de deux conducteurs mis en contact en deux points (soudures). Lorsque les deux soudures sont placées en contact avec des sources de chaleur à des températures différentes, le circuit est traversé par un courant électrique. On a donc transformé la chaleur en énergie électrique.

En magnétohydrodynamique, un gaz à très haute température est ionisé et contient des électrons et des ions; on l’appelle alors plasma. Un plasma très chaud peut être éjecté à grande vitesse par une tuyère. Si un tel jet est placé dans un champ magnétique, les charges positives et négatives sont déviées en sens inverse et peuvent débiter un courant dans un circuit extérieur. On a ainsi réalisé un générateur électrique analogue à une dynamo. Les systèmes magnétohydrodynamiques sont prometteurs, car ils fonctionnent à très haute température, ils ont donc un rendement maximal de Carnot élevé.

énergie [ enɛrʒi ] n. f.
• v. 1500; bas lat. energia, gr. energeia « force en action »
ICour.
1Vieilli Pouvoir, efficacité (d'un agent quelconque). Mod. Énergie vitale.
Force, vigueur (dans l'expression, dans l'art). Un style plein d'énergie. « Quelle fraîcheur de coloris, quelle énergie d'expression » (Rousseau).
2(fin XVIIIe) Force et fermeté dans l'action, qui rend capable de grands effets. dynamisme, pep, 2. punch, 1. ressort, volonté. « Cette énergie sublime qui fait faire les choses extraordinaires » (Stendhal). « La quantité d'énergie ou de volonté que chacun de nous possède » (Balzac). « Galvaniser nos énergies » (A. Gide). L'Internationale « avait perdu sa vitalité, tout en confisquant l'énergie du prolétariat » (Romains). Une énergie indomptable, farouche. Avec l'énergie du désespoir. Avoir beaucoup d'énergie ( 3. battant, énergique) . Manquer d'énergie ( amorphe, apathique, 1. mou) . Protester avec énergie. véhémence. Appliquer toute son énergie à poursuivre son but. Regain d'énergie (cf. Second souffle).
(1829) Force, vitalité physique. Se sentir plein d'énergie. Frotter avec énergie. « Je le battis avec l'énergie obstinée des cuisiniers qui veulent attendrir un beefsteak » (Baudelaire).
IISc.
1(1868; angl. energy [1852]; sens plus vague 1807 ) Phys. Propriété d'un système physique capable de produire du travail. Énergie mécanique, calorifique, cinétique, potentielle. chaleur, force, mouvement, thermodynamique, 1. travail. Énergie libre ou énergie utilisable, l'énergie interne d'un système thermodynamique moins la fraction dégradée ( entropie) . Énergie chimique, moléculaire, atomique, nucléaire. quantique; réacteur, réaction; fission, fusion. Énergie électrique, hydraulique, solaire, thermique ( géothermie) ; éolienne. Énergie fossile ( charbon, gaz [naturel], pétrole) , énergie renouvelable. Énergie biochimique, physiologique. activation, métabolisme, photosynthèse; bioénergétique. Le principe de la conservation de l'énergie. Les unités de mesure de l'énergie. électronvolt, joule, wattheure .
Cour. L'énergie dans ses usages industriel et domestique. Production, consommation d'énergie ( énergétique) . Faire des économies d'énergie. Les énergies nouvelles, les énergies douces. Énergie verte.
2Énergie chimique potentielle de l'être vivant. Exercice qui demande une grande dépense d'énergie. L'énergie musculaire. Énergie psychique. libido.
⊗ CONTR. Indolence, inertie, mollesse, paresse.

énergie nom féminin (bas latin energia, du grec energia, force en action) Puissance physique de quelqu'un, qui lui permet d'agir et de réagir : Être sans énergie à la fin de la journée. Volonté tendue vers une action déterminée ; puissance, vigueur, force morale : L'énergie du désespoir. Elle refusa avec la dernière énergie. Personne énergique, qui a la volonté d'agir (surtout pluriel) : Rassembler les énergies. Vigueur particulière dans la manière de s'exprimer : L'énergie du style. Chez Aristote, réalité effective, par opposition à la réalité possible (dunamis). Grandeur caractérisant un système physique, gardant la même valeur au cours de toutes les transformations internes du système (loi de conservation) et exprimant sa capacité à modifier l'état d'autres systèmes avec lesquels il entre en interaction. (Unité SI le joule.) ● énergie (citations) nom féminin (bas latin energia, du grec energia, force en action) Marcel Achard Sainte-Foy-lès-Lyon 1899-Paris 1974 Académie française, 1959 J'ai trop d'énergie pour travailler. Domino, I, 9, Domino Gallimard Arthur Rimbaud Charleville 1854-Marseille 1891 Christ ! ô Christ, éternel voleur des énergies. Poésies, les Premières Communions énergie (expressions) nom féminin (bas latin energia, du grec energia, force en action) Sources d'énergie ou énergie, ensemble des matières premières ou des phénomènes naturels utilisés pour la production d'énergie. Bilan d'énergie, bilan général de la planète saisi au sommet de l'atmosphère, dans lequel l'énergie radiative distribuée par le Soleil égale l'énergie réémise par la Terre, ce qui explique l'actuelle stabilité thermique de la planète. Énergie interne, fonction d'état d'un système à l'équilibre, égale à la valeur moyenne de la somme des énergies cinétiques et des énergies d'interaction de toutes les particules le constituant, mesurées dans le repère où le système dans son ensemble est immobile. (La variation d'énergie interne d'un gaz parfait est égale à la somme du travail et de la chaleur échangés au cours de la transformation.) ● énergie (synonymes) nom féminin (bas latin energia, du grec energia, force en action) Puissance physique de quelqu'un, qui lui permet d'agir et de...
Synonymes :
Contraires :
Volonté tendue vers une action déterminée ; puissance, vigueur, force morale
Synonymes :
- cran (familier)
- nerf (familier)
- vitalité
Contraires :
- découragement

énergie
n. f.
d1./d Force, puissance d'action. Il manque d'énergie pour persévérer.
d2./d Force, puissance physique. Ce sportif a déployé toute son énergie pour gagner.
d3./d Fermeté, résolution (que l'on fait apparaître dans ses actes). L'énergie des mesures prises sauva le pays.
d4./d PHYS Grandeur qui représente la capacité d'un corps ou d'un système à produire un travail, à élever une température, etc. L'énergie électrique, nucléaire. économies d'énergie.
énergie douce, non polluante.
énergies renouvelables, dont l'utilisation n'entraîne pas la destruction de la source (énergie solaire, éolienne, hydraulique, géothermique; marée; biomasse, etc.).
Encycl. L'énergie se manifeste sous des formes très diverses: énergie calorifique, électromagnétique, électrique, nucléaire, mécanique, chimique, etc. L'équivalence des formes d'énergie implique que l'énergie totale (mise en jeu lors de la transformation d'une énergie en une autre) reste constante (premier principe de la thermodynamique). Il y a irréversibilité des échanges d'énergie; ainsi, l'énergie mécanique peut se transformer entièrement en énergie calorifique. En revanche, la transformation inverse ne peut être totale, elle est toujours accompagnée de pertes de chaleur (second principe de la thermodynamique). Le joule (symbole J) est l'unité d'énergie du système SI. D'autres unités, hors système SI, sont également utilisées: le watt-heure (1 Wh = 3 600 J), l'électronvolt (1 eV = 1,6. 10 -19 J) employé en physique nucléaire, la calorie. Sur la Terre, le Soleil est la source fondamentale d'énergie, car toutes les autres sources (charbon, gaz, pétrole, vent, etc.) en découlent. L'utilisation directe de l'énergie solaire semble donc être l'un des moyens de remédier à l'épuisement progressif des ressources actuelles en énergie ou à leur inexistence. C'est ainsi que, dans certains pays du Sud, l'énergie solaire subvient aux besoins énergétiques des populations (photopiles, pompes solaires, chauffe-eau, télévision, etc.).

⇒ÉNERGIE, subst. fém.
I.— Principe d'action qui rend une personne apte à agir ou dont se trouve animée une chose pour agir sur la nature.
A.— Domaine philos.
1. COSMOL. Principe actif, fondamental et initial, de l'univers :
1. L'énergie, entité flottante universelle, d'où tout émerge, et où tout retombe, comme dans un océan. L'énergie, le nouvel esprit. L'énergie, le nouveau dieu.
TEILHARD DE CHARDIN, Le Phénomène humain, 1955, p. 286.
2. THÉOL., rare. Puissance d'agir de la divinité; p. méton., cet agir lui-même. Fils [de Dieu] qui êtes l'énergie, le verbe et la seconde personne (CLAUDEL, Messe là-bas, 1919, p. 488).
B.— Usuel
1. [L'énergie est envisagée comme une force phys.]
a) [Domaine des êtres vivants] Dynamisme physique qui permet d'agir ou de réagir. Elle [l'eau-de-vie] diminue réellement l'énergie physique (MICHELET, Journal, 1820, p. 93). Cette richesse d'énergie physique qui, chez les animaux, supporte les inclémences de la nature (SAND, Lélia, 1833, p. 181). Il s'agrippa au récif de toute l'énergie de ses mains (QUEFFÉLEC, Recteur, 1944, p. 133).
En partic. Force vive d'un organe. L'activité du système nerveux, l'énergie du cœur et des artères (CABANIS, Rapp. phys. et mor., t. 1, 1808, p. 240). Énergie musculaire (s.v. afférent ex. 6).
P. méton. Force avec laquelle un son est articulé. La sonorité des diphtongues, l'énergie des labiales (PROUST, J. filles en fleurs, 1918, p. 549).
b) [Domaine des inanimés concr.] Contre nous (...) se leva l'énergie du vent irrésistible! (CLAUDEL, Violaine, 1892, IV, p. 559) :
2. Là où les hommes de nos jours ne voient que des choses inertes, les anciens reconnaissaient des énergies vivantes, et ce sont ces puissances cachées qu'ils ont appelées les dieux.
MÉNARD, Rêveries d'un païen mystique, 1876, p. 72.
En partic., vieilli. Synon. de efficacité. L'énergie d'un remède (Ac. 1835-1932). C'est quand il est en fleur [le haschisch] qu'il possède sa plus grande énergie (BAUDEL., Paradis artif., 1860, p. 352).
Au fig. [Sous l'effet du haschisch] les couleurs prendront une énergie inaccoutumée et entreront dans le cerveau avec une intensité victorieuse (BAUDEL., Paradis artif., 1860 p. 375).
2. [L'énergie est envisagée comme une force mor.] Force de la volonté qui l'oriente vers l'action. Ce culte du moi dont Barrès sut faire un système qui exalte l'énergie nationale (BLANCHE, Modèles, 1928, p. 237). Au découragement qu'avait éprouvé Gilbert à Venise succéda une période d'énergie (ARLAND, Ordre, 1929, p. 192). J'intervins aussitôt pour stimuler les énergies, et m'opposai à un ralentissement dans l'action quotidienne (JOFFRE, Mém., t. 2, 1931, p. 58) :
3. L'énergie créatrice de tel peuple pris au hasard n'est sans doute qu'un moment de son énergie générale. L'art, qui est une façon de parler, est aussi une façon d'agir, mais il en est d'autres, l'industrie, le commerce, la domination politique, l'ordre imposé aux voisins.
FAURE, L'Esprit des formes, 1927, p. 94.
4. La force dont j'ai rêvé et dont je dispose aujourd'hui ne s'obtient que par une application paysanne, par une énergie persévérante, par la volonté constante d'ajouter à ce que nous possédons l'homme ou l'élément qui nous manque.
MALRAUX, Les Conquérants, 1928, p. 54.
P. méton., au sing. Manifestation concrète chez une personne de l'aptitude à agir. L'œil plein d'une énergie étonnante et d'une assurance prodigieuse (BALZAC, Annette, t. 1, 1824, p. 102). Luttant avec l'énergie du désespoir contre les étreintes d'un sommeil mortel (PONSON DU TERR., Rocambole, t. 1, 1859, p. 7). Elle avait dit non avec la dernière énergie (BEAUVOIR, Mém. j. fille, 1948, p. 248) :
5. Le chanoine de Virmontal était bel homme; sur son noble visage éclatait une mâle énergie qui jurait (si j'ose dire) étrangement avec l'hésitante précaution de ses gestes et de sa voix, comme étonnaient ses cheveux presque blancs, près de la carnation jeune et fraîche de son visage.
GIDE, Les Caves du Vatican, 1914, p. 746.
P. compar. Elle [la joie] est comme une énergie qui rayonne d'un être, une lumière d'or qui lui dore tout ce qu'il voit (VALÉRY, Mauv. pens., 1942, p. 56).
Au fig. domaine de l'expression de la pensée, des sentiments et de la création artistique. Synon. vigueur. Les grâces du style de Fénelon et l'énergie de celui de Jean-Jacques (BERN. DE ST-P., Harm. nat., 1814, p. 282). L'énergie du dessin [dans le Radeau de la Méduse] a quelque chose qui saisit d'admiration (GREEN, Journal, 1955-58, p. 324) :
6. Le feuillé des paysages de M. de Crissé manque évidemment de vérité et d'énergie car il peut y avoir de l'énergie, de la grâce, de la magnificence dans le feuillé d'un groupe d'arbres.
STENDHAL, Mélanges d'art, Salon de 1824, 1842, p. 93.
SYNT. Énergie de l'âme, du caractère, d'esprit, de volonté; énergie et activité, et résolution; énergie indomptable, farouche, morale, sauvage, singulière, spirituelle, surhumaine, virile; avec une extrême énergie; une expression, un homme d'énergie; force et énergie; dépenser, déployer, retrouver son énergie; manquer, redoubler d'énergie; ranimer, rassembler les énergies.
II.— SCIENCES
A.— PHYSIQUE
1. Au sing. Capacité d'un corps ou d'un système à produire du travail mécanique ou son équivalent. Transformer directement l'énergie thermique en énergie électrique (Hist. gén. sc., t. 3, vol. 1, 1961, p. 215). Le développement industriel de l'énergie atomique (GOLDSCHMIDT, Avent. atom., 1962, p. 10) :
7. ... l'énergie totale, c'est-à-dire la somme des énergies cinétique et potentielle, reste constante. Or, s'il n'y avait que de l'énergie cinétique dans le monde, ou même s'il n'y avait, en outre de l'énergie cinétique, qu'une seule espèce d'énergie potentielle, l'artifice de la mesure ne suffirait pas à rendre la loi artificielle. La loi de conservation de l'énergie exprimerait bien que quelque chose se conserve en quantité constante. Mais il y a en réalité des énergies de nature diverse, et la mesure de chacune d'elles a été évidemment choisie de manière à justifier le principe de la conservation de l'énergie.
BERGSON, L'Évolution créatrice, 1907, p. 243.
8. Chaque organisme de l'ensemble (c'est-à-dire de la matière vivante) accapare incessamment l'énergie rayonnante du soleil et la transforme en énergie chimique et libre. La grande partie de l'énergie rayonnante du soleil, qui atteint la surface terrestre, est ainsi reprise et transformée.
VERNADSKY, La Géochimie, 1924, p. 60.
2. Au sing. ou au plur., domaine de l'écon. Ensemble des forces susceptibles de mouvoir les machines nécessaires à la production industrielle ou à la vie domestique. Crise de l'énergie. Cette énergie naturelle qui nous est donnée dans le charbon et le pétrole (ALAIN, Propos, 1932, p. 1083). L'immense réservoir d'énergie que constituent les marées (H. BAZIN, Vipère, 1948, p. 161).
B.— PHYSIOL. Potentiel fourni par un apport alimentaire chimiquement transformé par l'organisme vivant pour couvrir les besoins du métabolisme basal, du fonctionnement et de la production. Incessantes réactions chimiques, qui libèrent l'énergie nécessaire aux manifestations vitales (J. ROSTAND, La Vie et ses probl., 1939, p. 20).
SYNT. Énergie calorifique, hydraulique, lumineuse, mécanique, nucléaire; consommation, dégradation, densité, défense, distribution, libération, perte, production, réserve(s), source(s), transport, utilisation, variation d'/de l'énergie; capter, fournir, libérer, produire (de) l'énergie.
Rem. On rencontre ds la docum. énergisant, ante, adj. et subst. masc. (Substance, médicament) qui stimule le tonus psychique. Au niveau des éléments riches en nucléo-protéine se trouvent également accumulés les moyens énergisants (P. MORAND, Confins vie, 1955, p. 107).
Prononc. et Orth. :[]. Enq. : //. Ds Ac. 1694-1932. Étymol. et Hist. A. 1. Ca 1500 « puissance d'action, efficacité, pouvoir » (Jard. de santé, I, 446 ds GDF. Compl.); 1680 au fig. mot plein d'énergie, façon de parler qui a de l'énergie (RICH.); 2. 1790 fig. « force, fermeté dans l'action, détermination » (Moniteur, t. 3, p. 35 : au moment où leur énergie a causé des alarmes [les Français] ne voulaient qu'affermir l'autorité légitime). B. 1. 1877 phys. (LITTRÉ); 2. 1883 énergie musculaire (BOURGET, Essais psychol., p. 118); 1889 énergie cinétique et potentielle (BERGSON, Essai donn. imm., p. 122). Empr. au b. lat. energia « force, énergie » (gr. « force en action » p. oppos. à « force en puissance »). B a peut-être été suscité par l'angl. energy employé en phys. dep. 1807 (T. Young ds NED); cf. les syntagmes 1852 mechanical energy; 1853 potential or latent energy; conservation of energy (NED). Fréq. abs. littér. :4 715. Fréq. rel. littér. : XIXe s. : a) 5 930, b) 4326; XXe s. : a) 8 362, b) 7 632. Bbg. GOHIN 1903, p. 354. — MAT. Louis-Philippe 1951, p. 137. — SCKOMM. 1933, pp. 138-139.

énergie [enɛʀʒi] n. f.
ÉTYM. V. 1500; bas lat. energia, grec energeia « force en action ».
———
I Cour.
1 Vieilli. Pouvoir, efficacité (d'un agent quelconque); principe actif.Mod. || Énergie vitale.
1 L'homme a une somme donnée d'énergie (…) La quantité d'énergie ou de volonté, que chacun de nous possède, se déploie comme le son : elle est tantôt faible, tantôt forte; elle se modifie selon les octaves qu'il lui est permis de parcourir. Cette force est unique, et bien qu'elle se résolve en désirs, en passions, en labeurs d'intelligence ou en travaux corporels, elle accourt là où l'homme l'appelle. Un boxeur la dépense en coups de poing, le boulanger à pétrir son pain, le poète dans une exaltation qui en absorbe et en demande une énorme quantité, le danseur la fait passer dans ses pieds; enfin, chacun la distribue à sa fantaisie (…) presque tous les hommes consument en des travaux nécessaires ou dans les angoisses de passions funestes, cette belle somme d'énergie et de volonté dont leur a fait présent la nature (…)
Balzac, la Physiologie du mariage, Pl., t. X, p. 717.
(1829). Mod. et cour. Force, vitalité physique. || Se sentir plein d'énergie. || Frotter un meuble avec énergie. Par ext. || L'énergie d'un effort. || Il y a mis un peu trop d'énergie. → Il n'y est pas allé de main morte.
2 (…) je le battis (le vieillard) avec l'énergie obstinée des cuisiniers qui veulent attendrir un beefsteak.
Baudelaire, le Spleen de Paris, XLIX.
3 Se retenir à une touffe d'herbe : contraste émouvant entre l'énergie extraordinaire de la prise et ce brin de graminée si fragile.
Valéry, Rhumbs, p. 86 (→ Contraste, cit. 6).
Par ext. Force dont l'action a un effet concret. || L'énergie d'un remède. Action, efficacité, vertu.
2 Force, vigueur (dans l'expression, dans l'art). || L'énergie d'un dessin (→ Coloris, cit. 5), d'un mot, d'un style (→ Argot, cit. 3; discours, cit. 20). Véhémence, vie. || L'énergie du rythme, en musique.
4 Mais quand vous avez fait ce charmant quoi qu'on die,
Avez-vous compris, vous, toute son énergie ?
Molière, les Femmes savantes, III, 2.
5 Si pour les fixer je m'amuse à les décrire en moi-même, quelle vigueur de pinceau, quelle fraîcheur de coloris, quelle énergie d'expression je leur donne !
Rousseau, les Confessions, IV.
Force, efficacité (d'un fait psychique).
6 Le véritable orgueil d'une femme ne devrait-il pas se placer dans l'énergie du sentiment qu'elle inspire ?
Stendhal, De l'amour, XXVIII.
7 (…) ce n'est pas la qualité des objets qui fait la jouissance, mais l'énergie de l'appétit.
Baudelaire, Projets de théâtre, I.
8 Nous retrouverons, peut-être, par accident, le souvenir de la figure de ces états critiques; mais non plus la morsure, la chaleur, l'espèce particulière de douceur ou de vigueur infinie qui leur donnèrent en leur temps une importance incomparable. Notre passé se représente, mais il a perdu son énergie.
Valéry, Suite, p. 166.
Spécialt, psychan. || Énergie d'investissement.
3 (Fin XVIIIe). Force et fermeté dans l'action, qui rend capable de grands effets. Dynamisme, ressort, volonté. || L'énergie qui l'anime. || Agir avec énergie (→ N'avoir pas froid aux yeux). || Apporter toute son énergie à un travail difficile. || Déployer de l'énergie. Activité. || Concentrer son énergie. || Il a horreur des demi-mesures, il décide, il tranche avec énergie. → Aux grands maux les grands remèdes. || Il lui a fallu beaucoup d'énergie pour ne pas se laisser abattre. || Une énergie indomptable, farouche. || Ayez assez d'énergie pour poursuivre le but que vous vous êtes assigné. Constance, entêtement, persévérance. || Protester avec énergie, avec la dernière énergie. Véhémence. || Manquer d'énergie. || Briser l'énergie de qqn. || Redonner de l'énergie à qqn. Ranimer, remonter, retremper. || Sursaut, regain d'énergie. — ☑ Loc. L'énergie du désespoir. || Stendhal ou le culte de l'énergie, titre d'un essai de Barrès. || L'Énergie spirituelle, œuvre de Bergson (1919).
9 Si c'est l'énergie qui conçoit les plans les plus vastes, c'est la réflexion qui doit les mûrir et les diriger.
Danton, in Barthou, Danton, p. 309.
10 Je ne suis pas du bois dont on fait les grands hommes, puisque je crains que huit années passées à me procurer du pain ne m'enlèvent cette énergie sublime qui fait faire les choses extraordinaires.
Stendhal, le Rouge et le Noir, I, XII.
11 L'homme qui, s'étant livré longtemps à l'opium ou au haschisch, a pu trouver, affaibli comme il l'était par l'habitude de son servage, l'énergie nécessaire pour se délivrer, m'apparaît comme un prisonnier évadé.
Baudelaire, les Paradis artificiels, « Poème du haschisch », IV.
11.1 Christ ! ô Christ, éternel voleur des énergies.
Rimbaud, Poésies, Les premières communions, IX.
12 Il gagnait de l'énervement, à peser le pour et le contre sans trouver l'énergie d'une détermination.
Courteline, Messieurs les ronds-de-cuir, 2e tableau, II.
13 (…) il était naturel que le vieux Castel mît toute sa confiance et son énergie à fabriquer des sérums sur place, avec du matériel de fortune.
Camus, la Peste, p. 150.
Par métonymie. || Galvaniser les énergies (→ Affaiblir, cit. 8).
Manifestation, témoignage, signe de l'aptitude à agir. || Un regard plein d'énergie. Énergique.
4 (Considérée dans son efficacité sociale). || L'énergie du prolétariat (→ Confisquer, cit. 3). || Le Roman de l'énergie nationale, trilogie romanesque de Barrès.
14 (…) l'individualisme infécond, cet émiettement d'énergies, cette dispersion de la force publique en faiblesses particulières, — la grande misère moderne, dont la Révolution française est en partie responsable.
R. Rolland, Jean-Christophe, Le buisson ardent, I, p. 1285.
15 L'idée d'organisation a pour objet de faire produire le maximum du rendement dont il est capable, en supprimant les dissipations d'énergie dues aux libertés personnelles, à l'ensemble qui s'y inféode…
Julien Benda, la Trahison des clercs, p. 36.
———
II Sc.
1 Phys. (Mil. XIXe, → rem., ci-dessous; autres emplois en phys. : 1717, J. Bernoulli; 1725, Varignon; le lat. energia a des emplois en sc. depuis le déb. du XVIIe, l'ital. energia est déjà chez Galilée). Caractéristique que possède un système s'il est capable de produire du travail. || Les différentes formes de l'énergie et leurs transformations. || Énergie mécanique potentielle d'un corps : travail pouvant être produit en raison de la position d'un corps. || Énergie cinétique d'un corps (acquise du fait de sa vitesse). || Énergie thermique. Chaleur, thermodynamique. || Énergie électrique, solaire ( Rayonnement), chimique, nucléaire ( Radiation; fission, fusion). || Principe de la conservation de l'énergie. || Énergie interne : en thermodynamique, somme des énergies potentielle et cinétique inhérentes à un système. || Les variations de l'énergie interne d'un système ne dépendent que de ses états initial et final.
tableau Vocabulaire de la chimie.
REM. Le concept moderne d'énergie se dégage au milieu du XIXe s. (angl. energy, Thomson [Lord Kelvin], 1851; Rankine, 1852); le mot apparaît en français dans une trad. de Thomson (1854) qui contient les syntagmes énergie totale, actuelle, potentielle. → aussi Énergétique, cit. 3.
16 Nous vivons sans être obligés de savoir que cela exige un cœur, des viscères, tout un labyrinthe de tubes et de fils, tout un matériel vivant de cornues et de filtres, grâce auquel il se fait en nous un échange perpétuel entre tous les ordres de grandeur de la matière et toutes les formes de l'énergie, depuis l'atome jusqu'à la cellule, et depuis la cellule jusqu'aux masses visibles et tangibles de notre corps.
Valéry, Variété V, p. 52.
17 Et voici maintenant que le noyau de l'atome (…) libère son effrayante énergie interne.
Marcel Peschard, Cours de chimie, t. I, p. 28 (→ Atome, cit. 18).
Cour. || L'énergie physique, telle qu'elle est produite industriellement et utilisée par l'homme. Charbon, hydroélectricité, pétrole. || L'énergie atomique, nucléaire ( Nucléaire, n. m.).La crise de l'énergie. || Les problèmes d'énergie. || Gaspiller l'énergie, gaspillage d'énergie.
Énergies nouvelles : les énergies non traditionnelles (en particulier l'énergie atomique et les énergies renouvelables). || Énergies renouvelables : les énergies provenant de sources naturelles qui ne s'épuisent pas (soleil, vent, marée…) et non de matières telles que charbon ou pétrole.Énergie solaire. || Énergies douces (→ Doux). || Énergie verte : transformation de l'énergie solaire par les plantes (envisagée par les écologistes comme « énergie douce » parmi d'autres).Énergie fossile (pétrole, charbon…).
2 (1903, in Rev. gén. des sc., no 2, p. 105). Énergie chimique potentielle de l'être vivant. || Énergie physiologique minimale (ou métabolisme de base) : dépense énergétique de l'organisme au repos complet.
CONTR. (Du sens I) Indolence, inertie, mollesse, paresse.
DÉR. Énergique.

Encyclopédie Universelle. 2012.

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