Notions de base sur l'énergie

Les réactions chimiques, telles que celles qui se produisent lorsque vous allumez une allumette, impliquent des transformations de l’énergie ainsi que de la matière.

Les transformations chimiques et énergétiques qui les accompagnent font partie intégrante de la vie quotidienne. Les macronutriments dans les aliments subissent des réactions métaboliques qui fournissent l’énergie pour maintenir le fonctionnement du corps. Divers combustibles (essence, gaz naturel, charbon) sont brûlés pour produire de l’énergie pour le transport, le chauffage et la production d’électricité. Les réactions chimiques industrielles utilisent d’énormes quantités d’énergie pour produire des matières premières (comme le fer et l’aluminium). L’énergie est ensuite utilisée pour fabriquer ces matières premières en produits utiles, comme les voitures, les gratte-ciel et les ponts.

Plus de 90 % de l’énergie utilisée par les humains provient du soleil. Chaque jour, le soleil fournit à la terre presque 10 000 fois la quantité d’énergie nécessaire pour répondre à tous les besoins énergétiques du monde pour cette journée. Le défi reste de trouver des moyens de convertir et de stocker l’énergie solaire entrante afin qu’elle puisse être utilisée dans des réactions ou des processus chimiques qui sont à la fois pratiques et non polluants. Les plantes et de nombreuses bactéries captent l’énergie solaire grâce à la photosynthèse. Les humains libèrent l’énergie stockée dans les plantes lors de la combustion du bois, du charbon, du pétrole ou d’autres produits végétaux comme l’éthanol. Ils utilisent également cette énergie pour alimenter leur corps en mangeant de la nourriture qui provient directement des plantes.

Thermochimie

Les idées de base d’un domaine important de la science, qui concerne la quantité de chaleur absorbée ou libérée lors de transformations chimiques et physiques, sont appelées la thermochimie. Les concepts sont largement utilisés dans presque tous les domaines scientifiques et techniques. Les scientifiques spécialisés dans les aliments utilisent la thermochimie pour déterminer la teneur énergétique des aliments. Les biologistes étudient les énergies des organismes vivants, comme la combustion métabolique du sucre en dioxyde de carbone et en eau. Les industries du pétrole, du gaz et des transports, les fournisseurs d’énergie renouvelable et beaucoup d’autres s’efforcent de trouver de meilleures méthodes afin de produire de l’énergie pour des besoins commerciaux et personnels. Les ingénieurs s’efforcent d’améliorer l’efficacité énergétique, de trouver de meilleures façons de chauffer et de refroidir les maisons, de réfrigérer les aliments et les boissons, et de répondre aux besoins d’énergie et de refroidissement des ordinateurs et de l’électronique, entre d’autres applications. Comprendre les principes thermochimiques est essentiel pour les chimistes, les physiciens, les biologistes, les géologues, tous les types d’ingénieurs, et à peu près tous ceux qui étudient ou font n’importe quelle sorte de science.

Énergie

L’énergie peut être définie comme la capacité à fournir de la chaleur ou à effectuer un travail. Un type de travail (W) est le processus qui consiste à faire bouger de la matière contre une force opposée. Par exemple, lorsqu’un pneu de vélo est gonflé, de la matière est déplacée (l’air dans la pompe) contre la force opposée de l’air déjà présent dans le pneu.

Comme pour la matière, il existe différents types d’énergie. Un schéma classe l’énergie en deux types : l’énergie potentielle, l’énergie qu’un objet possède en raison de sa position relative, de sa composition ou de sa condition, et l’énergie cinétique, l’énergie qu’un objet possède en raison de son mouvement.

L’eau au sommet d’une chute d’eau ou d’un barrage a une énergie potentielle en raison de sa position ; lorsqu’elle s’écoule vers le bas à travers des générateurs, elle a de l’énergie cinétique qui peut être utilisée pour effectuer un travail et produire de l’électricité dans une centrale hydroélectrique. Une batterie a une énergie potentielle car les produits chimiques qu’elle contient peuvent produire de l’électricité qui peut effectuer un travail.

Ce texte est adapté de OpenStax Chemistry 2e, Section 5.1: Notions d’énergie.