2 - LES MULTIPLES VISAGES DE L’ÉNERGIE
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table rendement. Ceci généralise une observation courante : compte tenu de la
résistance de l’air, la consommation d’essence d’une voiture au kilomètre croît avec
la vitesse.
Toute réalisation technologique nécessite en définitive un compromis entre l’amélioration du rendement (dans les limites imposées par le deuxième principe) et
le raccourcissement de la durée du processus. Un exemple extrême est celui de
l’enrichissement de l’uranium par diffusion gazeuse : l’usine de Pierrelatte, pour
pomper l’hexafluorure d’uranium gazeux à travers les barrières poreuses qui laissent mieux passer l’isotope 235 que l’isotope 238, consomme une énergie mécanique de 9 MWh/kg d’uranium enrichi, ce qui représente 7 ×10
7 fois plus que le
minimum théorique imposé par la diminution de l’entropie de mélange !
2.1.4. HIÉRARCHIE DES ÉNERGIES
La microphysique a mis en évidence l’existence de quatre interactions fondamentales entre particules élémentaires. Même si la théorie est parvenue à les unifier
partiellement, elles ont des propriétés très différentes qui se reflètent sur les énergies qui leur sont associées à l’échelle macroscopique. Nous les passons en revue
par ordre d’intensités décroissantes, ce qui fournit encore une nouvelle classification des énergies.
INTERACTION FORTE
L’interaction la plus intense, dite forte, est responsable de la cohésion des noyaux.
Elle est en jeu dans la radioactivité α et dans la plupart des réactions nucléaires.
Elle attire entre eux les nucléons (protons et neutrons). Sa portée est de l’ordre du
femtomètre (1 fm = 10
–15 m), et son intensité est de l’ordre de 1 à 10 MeV, ordre
de grandeur de l’énergie de liaison d’un nucléon dans un noyau.
Cette énergie est suffisamment forte pour qu’on puisse l’observer, selon la formule E = mc
2 , sous forme de masse. En effet, les masses atomiques ne sont pas
exactement proportionnelles au nombre de protons et de neutrons, et le défaut
de masse mesure l’énergie de liaison, à raison d’environ 1 mg . mol
–1 pour 1 MeV.
Ce chiffre, calculé à l’aide des facteurs de conversion de la section sur les unités,
est une fraction significative de la masse atomique (1 g . mol
–1 pour H). L’énergie
de liaison par nucléon est maximale au milieu du tableau de MENDELEÏEV : d’environ 8,5 MeV pour un nombre de masse 30 < A < 120, elle tombe à 7,5 MeV pour
A > 220 ; elle croît de 1 MeV à 7 MeV entre
2 H et
4 He. On peut donc récupérer de
l’énergie (calorifique) par réactions soit de fission de noyaux lourds (U, Pu, Th) dans
un réacteur, soit de fusion menant à
4 He.
L’énergie solaire, qui quitte le Soleil sous forme de rayonnement électromagnétique, est engendrée dans son cœur par des réactions de fusion successives transformant l’hydrogène en hélium. Les recherches sur la fusion contrôlée ne reposent
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table rendement. Ceci généralise une observation courante : compte tenu de la
résistance de l’air, la consommation d’essence d’une voiture au kilomètre croît avec
la vitesse.
Toute réalisation technologique nécessite en définitive un compromis entre l’amélioration du rendement (dans les limites imposées par le deuxième principe) et
le raccourcissement de la durée du processus. Un exemple extrême est celui de
l’enrichissement de l’uranium par diffusion gazeuse : l’usine de Pierrelatte, pour
pomper l’hexafluorure d’uranium gazeux à travers les barrières poreuses qui laissent mieux passer l’isotope 235 que l’isotope 238, consomme une énergie mécanique de 9 MWh/kg d’uranium enrichi, ce qui représente 7 ×10
7 fois plus que le
minimum théorique imposé par la diminution de l’entropie de mélange !
2.1.4. HIÉRARCHIE DES ÉNERGIES
La microphysique a mis en évidence l’existence de quatre interactions fondamentales entre particules élémentaires. Même si la théorie est parvenue à les unifier
partiellement, elles ont des propriétés très différentes qui se reflètent sur les énergies qui leur sont associées à l’échelle macroscopique. Nous les passons en revue
par ordre d’intensités décroissantes, ce qui fournit encore une nouvelle classification des énergies.
INTERACTION FORTE
L’interaction la plus intense, dite forte, est responsable de la cohésion des noyaux.
Elle est en jeu dans la radioactivité α et dans la plupart des réactions nucléaires.
Elle attire entre eux les nucléons (protons et neutrons). Sa portée est de l’ordre du
femtomètre (1 fm = 10
–15 m), et son intensité est de l’ordre de 1 à 10 MeV, ordre
de grandeur de l’énergie de liaison d’un nucléon dans un noyau.
Cette énergie est suffisamment forte pour qu’on puisse l’observer, selon la formule E = mc
2 , sous forme de masse. En effet, les masses atomiques ne sont pas
exactement proportionnelles au nombre de protons et de neutrons, et le défaut
de masse mesure l’énergie de liaison, à raison d’environ 1 mg . mol
–1 pour 1 MeV.
Ce chiffre, calculé à l’aide des facteurs de conversion de la section sur les unités,
est une fraction significative de la masse atomique (1 g . mol
–1 pour H). L’énergie
de liaison par nucléon est maximale au milieu du tableau de MENDELEÏEV : d’environ 8,5 MeV pour un nombre de masse 30 < A < 120, elle tombe à 7,5 MeV pour
A > 220 ; elle croît de 1 MeV à 7 MeV entre
2 H et
4 He. On peut donc récupérer de
l’énergie (calorifique) par réactions soit de fission de noyaux lourds (U, Pu, Th) dans
un réacteur, soit de fusion menant à
4 He.
L’énergie solaire, qui quitte le Soleil sous forme de rayonnement électromagnétique, est engendrée dans son cœur par des réactions de fusion successives transformant l’hydrogène en hélium. Les recherches sur la fusion contrôlée ne reposent