L’énergie est au cœur des préoccupations actuelles car elle joue un rôle dominant dans nos vies de tous les jours, mais aussi car elle conditionne l’évolution de notre civilisation technique et industrielle, voire de la planète Terre.

Le cours se propose d’exposer les grandes lignes de notre savoir actuel sur l’énergie, sans développements mathématiques complexes, avec une mise en perspective historique.   On étudiera les différentes technologies en cours ou à créer pour disposer de sources d’énergie pérennes  Le cours permettra aussi de comprendre le rôle de l’énergie dans les théories modernes de l’infiniment petit et de l’infiniment grand.

Les documents, supports du cours, sont accessibles via les boutons :

• Bleu pour ceux en format .pdf ; accessibles sur tous les systèmes, mais sans animations
• Vert pour ceux en format .ppsm ; diaporama Powerpoint
• Enfin, les boutons rouges donnent accès aux vidéos sur YouTube ou aux podcats sur Spotify

Ch 0 – Mise en perspective

Ce chapitre d’introduction présente les objectifs du cours et sa structure. Il précise les unités de mesure de l’énergie qui seront utiles dans le reste du cours.

Une vidéo « Perspective » a été rajoutée, pour présentation du cours sur des plateformes de ressources partagées

Ch 1 – Origines microscopiques de l’énergie à notre échelle

Les différentes formes d’énergie que nous percevons à notre échelle prennent leurs sources dans l’infiniment petit. Elles sont liées aux 4 forces fondamentales structurées depuis le Big Bang : respectivement les forces gravitationnelles, nucléaires (2) et électromagnétique. Le chapitre passent en revue leurs propriétés et leurs effets. A notre échelle, l’énergie électromagnétique est la plus présente, sous la forme d’ondes (radio, lumière,…) et de courants électriques ; elle est à la base de l’énergie chimique.

Ch 2 – Les formes de l’énergie à notre échelle et leurs transformations

A notre échelle, on peut distinguer 6 formes d’énergie

On étudiera les principales transformations : notamment la transformation mutuelle entre énergie thermique et énergie mécanique qui est à la base de notre civilisation industrielle ; la photosynthèse est une transformation de l’énergie radiative vers l’énergie chimique à la base de la vie,… etc.
Ces transformations sont plus ou moins efficaces, ce qui sous-tend des principes ou lois qui seront étudiés dans le chapitre suivant.

Ch 3 – Caractériser les énergies

Pour aborder la problématique de l’énergie dans nos sociétés, il est nécessaire d’analyser ses propriétés selon ses différentes formes et selon ses transformations. Tout d’abord, on distinguera les énergies de flux et de stock, puis la cascade énergie primaire –> secondaire, –>finale –> utile.

Ch 4 – La planète Terre et l’Univers

L’objectif de ce chapitre est de considérer l’interaction de la planète Terre avec son étoile le Soleil. Dans un premier temps, on étudiera comment le concept d’entropie s’applique à l’Univers et détermine son futur.

Ch 5 – L’énergie et l’avenir de l’humanité

La quantité d’énergie utilisée par l’Homo Sapiens pour ses activités (et donc pour agir sur son environnement) a crû durant son histoire : d’abord de manière lente avec l’utilisation de l’outil, puis des machines extrayant l’énergie « renouvelable » de son environnement (voile, moulin à eau ou à vent…). A partir du du XVIIIème siècle, l’introduction des machines thermiques utilisant les énergies fossiles a provoqué une croissance exponentielle de l’énergie utilisée par l’Homme pour sa survie et surtout pour la fabrication des multiples artefacts de la société industrielle.

Mais les capacités remarquables de l’Homo sapiens qui ont conduit à sa domination de la planète Terre, ne sont-elles pas aussi celles qui peuvent le conduire à son autodestruction ?

Bibliographie

RÉFÉRENCES GÉNÉRALES

• Futura Sciences : Un site généraliste proche de la vie quotidienne
• Découvrir & Comprendre ; l’espace de culture scientifique du CEA
• Pour avoir accès aux articles scientifiques récents et originaux (souvent en anglais)
• Le site de vulgarisation scientifique d’Etienne Klein et tous ses livres
• « L’univers décrypté par les énigmes » de C.Vafa (EDP Sciences), un remarquable et agréable voyage à travers les grands problèmes de physique,

ENERGIE ET ENTROPIE

• « Le Monde sans fin« , dossier de Jancovici & Blain (Dargaud), plus qu’une BD une mine d’information.
• « Sans transition – Une nouvelle histoire de l’énergie » de JB Fressoz (Seuil). Une histoire très documentée et originale avec l’expression d’un point de vue personnel discuté.
• « Transition énergétique – Les défis de la défossilisation« , numéro spécial de « Reflets de la Physique », revue de la Société Française de Physique ; écrit par des physiciens un document de référence ; sur abonnement ou téléchargeable en pdf.
• « L’entropie » , dossier de la revue La Recherche, N°544, février 2019
• Une vidéo d’Etienne Klein « L’énergie : à la fois une grandeur physique et un défi pour notre siècle »
• Le bilan énergétique de la France : un ensemble complet de données
• « Le grand tout, sur l’origine de la vie, son sens et l’univers lui-même » (Quanto) de S.Carroll.
• « Thermodynamique de l’évolution « , F. Roddier, (Parole) : un point de vue original et stimulant, à discuter
• « L’univers et la flèche du temps » (Quanto) de S. Carroll, où l’entropie et la relativité générale jouent un grand rôle.