Energie

L'energie existe sous plusieurs formes : cinetique (mouvement, Ec = 1/2 mv^2), potentielle de pesanteur (altitude, Ep = mgh), thermique (chaleur), electrique, chimique (batteries, combustibles) et nucleaire (fission, fusion). Les sources renouvelables (solaire, eolien, hydraulique, biomasse) se renouvellent naturellement, contrairement aux fossiles (petrole, gaz, charbon) qui sont en quantite limitee. Le mix energetique francais est domine par le nucleaire (environ 70% de l'electricite).

La chaine d'energie decrit le cheminement de l'energie depuis la source jusqu'a l'action finale. Elle comporte 4 fonctions : ALIMENTER (source d'energie : secteur, batterie, panneau solaire), DISTRIBUER (preactionneurs : contacteur, variateur, hacheur), CONVERTIR (actionneurs : moteur electrique, verin, resistance chauffante), TRANSMETTRE (transmetteurs : engrenages, courroie, vis-ecrou). A chaque etape, une partie de l'energie est perdue (souvent sous forme thermique).

Un convertisseur d'energie transforme une forme d'energie en une autre. Le moteur electrique convertit l'energie electrique en energie mecanique (P_meca = C.omega). La generatrice fait l'inverse. Le panneau photovoltaique convertit l'energie lumineuse en energie electrique avec un rendement de 15 a 25%. La pile a combustible (hydrogene) convertit l'energie chimique en electricite avec un rendement de 40 a 60%. Chaque conversion s'accompagne de pertes.

Le rendement eta d'un convertisseur est le rapport entre la puissance utile et la puissance absorbee : eta = P_utile / P_absorbee (toujours inferieur a 1). Pour une chaine de convertisseurs en serie, le rendement global est le produit des rendements individuels : eta_global = eta_1 x eta_2 x eta_3. Les pertes se manifestent principalement sous forme de chaleur (effet Joule dans les conducteurs, frottements mecaniques). Le bilan de puissance verifie que P_absorbee = P_utile + P_pertes.

Le stockage de l'energie est un enjeu majeur pour les energies renouvelables (intermittentes). Les batteries lithium-ion stockent l'energie chimiquement avec une densite energetique de 150-250 Wh/kg. Les supercondensateurs offrent une puissance instantanee elevee mais une faible densite energetique. Le volant d'inertie stocke l'energie sous forme cinetique (Ec = 1/2 J.omega^2). Les STEP (Stations de Transfert d'Energie par Pompage) stockent a grande echelle en pompant l'eau en hauteur.

L'efficacite energetique vise a minimiser la consommation d'energie pour un service rendu identique. L'eco-conception integre les contraintes environnementales des la phase de conception du produit. L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) evalue l'impact environnemental d'un produit de l'extraction des matieres premieres jusqu'a sa fin de vie. Le bilan carbone quantifie les emissions de CO2. Les normes (RT2020, labels energetiques A-G) encadrent la consommation des batiments et appareils.