2 - LES MULTIPLES VISAGES DE L’ÉNERGIE
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L’énergie cinétique macroscopique, mise en œuvre dans une turbine ou une éolienne, s’apparente à l’énergie potentielle gravifique du point de vue des ordres de
grandeur. De fait, énergies cinétique et potentielle s’échangent presque réversiblement (aux effets de viscosité près) dans une usine hydroélectrique. Sur le plan
théorique, gravitation et mouvement sont d’ailleurs unifiés par la relativité générale. L’énergie cinétique microscopique, qui se traduit dans un gaz par son énergie interne, a un ordre de grandeur plus élevé, s’approchant de celui des énergies
chimiques.
La gravitation, comme les autres interactions, joue un rôle dans le fonctionnement
du Soleil en tant que machine énergétique. Une élévation accidentelle de température a pour effet d’augmenter le taux de fusion nucléaire, donc d’accroître la production d’énergie. Si cette énergie excédentaire se transformait en chaleur, la température augmenterait encore, ce qui ferait en définitive exploser notre étoile ! A
l’inverse, un refroidissement local serait amplifié par la baisse résultante du taux
de réaction, jusqu’à l’extinction du Soleil. C’est la gravitation qui fournit un remarquable mécanisme de stabilisation du flux d’énergie solaire. On montre en effet
que l’équilibre entre forces de pression et de gravité à l’intérieur du Soleil implique
que son énergie totale, négative, est la moitié de son énergie gravitationnelle, donc
l’opposée de son énergie interne. Un accroissement de l’énergie totale provoque
donc, grâce à la dilatation du Soleil qui l’accompagne, une diminution égale de
l’énergie interne, donc une baisse de température, ce qui ramène le taux de conversion d’énergie nucléaire en chaleur à sa valeur stationnaire.
2.2. COMPARAISONS
Nous examinons maintenant les conséquences des principes de la physique sur
trois des facteurs qui conditionnent l’emploi de l’énergie : concentration, dégradation, stockage. D’importantes différences apparaissent de ces points de vue entre
les diverses formes d’énergie.
2.2.1. CONCENTRATION
Les formes d’énergie que nous utilisons couramment sont plus ou moins concentrées, selon la quantité de matière nécessaire pour les mettre en œuvre. De façon
remarquable, la hiérarchie des énergies basée sur la microphysique contemporaine,
que nous venons de discuter dans la perspective de la science fondamentale, reste
valable à notre échelle et dans notre vie quotidienne. On est ainsi amené à distinguer trois niveaux de concentration, qui diffèrent considérablement l’un de l’autre,
par un facteur situé entre 10
4 et 10
6 . Nous illustrerons ce fait en examinant quelle
masse de matière est en jeu pour extraire une énergie de 1 kWh.
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L’énergie cinétique macroscopique, mise en œuvre dans une turbine ou une éolienne, s’apparente à l’énergie potentielle gravifique du point de vue des ordres de
grandeur. De fait, énergies cinétique et potentielle s’échangent presque réversiblement (aux effets de viscosité près) dans une usine hydroélectrique. Sur le plan
théorique, gravitation et mouvement sont d’ailleurs unifiés par la relativité générale. L’énergie cinétique microscopique, qui se traduit dans un gaz par son énergie interne, a un ordre de grandeur plus élevé, s’approchant de celui des énergies
chimiques.
La gravitation, comme les autres interactions, joue un rôle dans le fonctionnement
du Soleil en tant que machine énergétique. Une élévation accidentelle de température a pour effet d’augmenter le taux de fusion nucléaire, donc d’accroître la production d’énergie. Si cette énergie excédentaire se transformait en chaleur, la température augmenterait encore, ce qui ferait en définitive exploser notre étoile ! A
l’inverse, un refroidissement local serait amplifié par la baisse résultante du taux
de réaction, jusqu’à l’extinction du Soleil. C’est la gravitation qui fournit un remarquable mécanisme de stabilisation du flux d’énergie solaire. On montre en effet
que l’équilibre entre forces de pression et de gravité à l’intérieur du Soleil implique
que son énergie totale, négative, est la moitié de son énergie gravitationnelle, donc
l’opposée de son énergie interne. Un accroissement de l’énergie totale provoque
donc, grâce à la dilatation du Soleil qui l’accompagne, une diminution égale de
l’énergie interne, donc une baisse de température, ce qui ramène le taux de conversion d’énergie nucléaire en chaleur à sa valeur stationnaire.
2.2. COMPARAISONS
Nous examinons maintenant les conséquences des principes de la physique sur
trois des facteurs qui conditionnent l’emploi de l’énergie : concentration, dégradation, stockage. D’importantes différences apparaissent de ces points de vue entre
les diverses formes d’énergie.
2.2.1. CONCENTRATION
Les formes d’énergie que nous utilisons couramment sont plus ou moins concentrées, selon la quantité de matière nécessaire pour les mettre en œuvre. De façon
remarquable, la hiérarchie des énergies basée sur la microphysique contemporaine,
que nous venons de discuter dans la perspective de la science fondamentale, reste
valable à notre échelle et dans notre vie quotidienne. On est ainsi amené à distinguer trois niveaux de concentration, qui diffèrent considérablement l’un de l’autre,
par un facteur situé entre 10
4 et 10
6 . Nous illustrerons ce fait en examinant quelle
masse de matière est en jeu pour extraire une énergie de 1 kWh.