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Quelles sont les différentes formes d’énergie ?

L’énergie est présente partout dans notre environnement, dans les êtres humains, les objets, les espèces animales et végétales. Les formes d’énergie sont multiples dans le monde et sont utilisées dans notre quotidien par un processus de transformation pour se chauffer, se nourrir et se déplacer. Comment se manifeste l’énergie ? Quelles sont les différences entre une source et une forme d’énergie ? Comment l’énergie est-elle utilisée en France dans la production d’électricité, de gaz et de chaleur ? Focus de Choisir.com.

Différentes formes d'énergie, barrage

Formes d’énergie et sources d’énergie, de quoi parle-t-on ?

L’énergie est présente partout dans le monde et se définit comme la capacité d’un système à modifier son état ou celui d’un autre système, et à produire un effet visible. De manière plus concrète, l’énergie peut se trouver dans différentes sources naturelles, et se manifester via différentes formes par un processus de transformation ou de conversion.

A titre d’exemple, le Soleil, par les rayonnements qu’il émet, est une source d’énergie qui produit de l’énergie thermique (solaire thermique) et de l’énergie électrique par conversion (énergie photovoltaïque).

Il convient de distinguer la source d’énergie des différentes formes d’énergie, même si intrinsèquement ces deux concepts sont liés.

Ainsi, une source d’énergie peut se définir comme un phénomène naturel ou artificiel directement exploitable pour la production d’énergie utilisable (énergie utile) par l’homme. Ces sources d’énergie sont des énergies primaires, telles que les énergies fossiles issues de matières premières (charbon, pétrole, gaz, uranium) et les énergies renouvelables issues des rayons du soleil, du vent, de l’eau, de la biomasse, de la chaleur naturelle de la terre…

Les formes d’énergie sont des manifestations des différentes sources d’énergie. On distingue principalement 7 formes d’énergie utilisées par les hommes pour produire de l’énergie finale (consommable par les hommes) par un processus de transformation ou de conversion :

  • l’énergie mécanique ;
  • l’énergie gravitationnelle ;
  • l’énergie thermique ;
  • l’énergie radiative ou lumineuse ;
  • l’énergie chimique ;
  • l’énergie électrique ;
  • l’énergie nucléaire.

Les différentes formes d’énergie sur Terre

La manifestation de l’énergie peut prendre différentes formes issues d’un processus de transformation. A noter que ces formes d’énergie concourent indépendamment ou conjointement à d’autres formes d’énergie sur le principe de la loi de conservation de l’énergie. En effet, l’énergie ne se détruit pas, elle change de forme d’un système à un autre via un processus de transformation. Découvrons ces différentes énergies.

L’énergie mécanique

Elle combine deux autres formes d’énergie, l’énergie cinétique d’un objet et l’énergie potentielle ou gravitationnelle contenue dans un objet. L’énergie cinétique est associée au mouvement, sachant que plus la vitesse de l’objet est importante, plus il a d’énergie cinétique. L’énergie potentielle ne se manifeste qu’associée à l’énergie cinétique. Exemple : l’eau contenue dans un barrage hydraulique détient une énergie potentielle (pesanteur ou gravité) qui peut se visualiser lorsque l’eau tombe (force ou énergie cinétique).

L’énergie thermique

Elle est la manifestation de la chaleur sous l’influence de mouvements d’atomes et de molécules dans un corps solide, liquide ou gazeux. Plus cette énergie cinétique augmente, plus il y a de température et donc de chaleur. La chaleur se manifeste sur un objet par différents changements d’état qui peuvent être convertis en une énergie directement utilisable, comme l’énergie électrique. Exemple : l’énergie thermique produite par la combustion de matières premières (charbon, gaz, bois, biomasse) est utilisée dans une centrale thermique à flamme pour chauffer de l’eau et produire de la vapeur d’eau, qui elle-même va actionner le mouvement (énergie mécanique) d’une turbine et d’un alternateur pour produire de l’énergie électrique.

L’énergie radiative ou rayonnante

Elle est contenue dans les ondes électromagnétiques du rayonnement du Soleil. La partie visible de ces ondes se manifeste par de la lumière, comme celle émise par le Soleil pour nous éclairer. Dans son quotidien, l’homme a réussi à recréer l’énergie rayonnante via le four à micro-ondes en marche pour réchauffer un plat, ou la lumière d’une ampoule électrique. L’énergie solaire est une forme d’énergie rayonnante, qui peut produire de l’énergie thermique (solaire thermique) ou être transformée en électricité (panneaux photovoltaïques).

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L’énergie chimique

Elle se manifeste lorsque les liaisons des atomes de molécules contenues dans un objet sont transformées, cassées. Cette transformation ou réaction chimique libère de l’énergie, utilisée en l’état ou transformée à son tour en une autre forme d’énergie. Exemple : la combustion de matières premières comme le bois ou le charbon est une libération de l’énergie chimique, produisant de la chaleur (énergie thermique) ou de l’électricité. A une échelle industrielle dans une usine de cogénération, la chaleur produite par la combustion du bois est injectée dans les réseaux de chaleur d’une collectivité, ou sert à la production d’électricité via le processus classique d’une centrale thermique (chauffer de l’eau -> produire de la vapeur -> actionner une turbine -> produire un courant alternatif via un transformateur -> être transporté sur le réseau électrique).

L’énergie électrique

Elle est issue du déplacement des électrons dans un conducteur. Il s’agit de mouvement des charges électriques (appelées également des transferts d’énergie) entre deux systèmes. La conversion de l’énergie électrique se manifeste ainsi concrètement entre deux types de systèmes : les fournisseurs (types piles, batteries, alternateurs) et les receveurs (type résistances, lampes, moteurs électriques). Une lampe produit ensuite de la chaleur (énergie thermique) et de la lumière (énergie rayonnante).

L’énergie nucléaire

Elle est née de la réaction nucléaire produite par la fission de l’atome d’uranium 235 ou d’hydrogène. Cette réaction nucléaire crée de la chaleur (énergie thermique) utilisée notamment en France pour produire de l’électricité dans une centrale nucléaire. L’énergie nucléaire en France est prépondérante et représente près de 67 % du mix énergétique total.

L’astre à l’origine de toutes les énergies !

Parmi toutes les sources d’énergie, l’énergie solaire est à l’origine de presque toutes les formes d’énergie. A titre d’exemple, la formation de cours d’eau (rivières, fleuves, mers, océans, etc.) n’est possible que grâce à la production de vapeur sous la chaleur émise par les rayons du Soleil. La production de vent est directement liée aux différences de températures (donc influencées par l’énergie thermique du Soleil) entre les masses d’air présentes dans l’atmosphère, etc.

Formes et sources d’énergie : processus de transformation en énergie secondaire

La classification des formes d’énergie peut s’avérer complexe, tant les processus de transformation et de conversion de l’énergie sont nombreux. D’un consensus commun, on distingue principalement les différents types d’énergie (et leurs formes) entre les énergies primaires et les énergies secondaires, que composent les énergies fossiles et les énergies renouvelables.

Les énergies primaires

Les énergies primaires sont des sources d’énergie extraites directement de la nature. Ces énergies brutes ne sont pas issues de processus de transformation, ni de stockage. Parmi ces énergies primaires, on distingue deux types d’énergies :

  • les combustibles fossiles (ou énergies de stock), tels que le gaz naturel, le pétrole et le charbon dont la combustion produit de l’énergie thermique ou chimique, et les combustibles fissibles, tels que l’uranium servant à produire de l’énergie nucléaire ;
  • les ressources renouvelables (ou énergies de flux), telles que l’énergie solaire (énergie rayonnante), la force de l’eau (énergie mécanique), la biomasse-énergie (déchets organiques), la chaleur de la Terre (géothermie).

Les énergies primaires ne peuvent pas être utilisées en l’état pour être consommées, et doivent suivre un processus de transformation de manière à être converties en énergie secondaire.

Les énergies secondaires

Les transformations des énergies primaires permettent de créer des énergies secondaires dont la spécificité est d’être plus ou moins stockables pour être acheminées vers les différents points de consommation. L’électricité, la chaleur et les carburants ou biocarburants sont des exemples représentatifs d’énergies secondaires, dont les modes de production utilisent diverses sources d’énergies.

Sources d’énergies fossiles

Les énergies fossiles sont issues de combustibles primaires comme le gaz, le pétrole ou le charbon. Par leur combustion, les énergies fossiles participent :

  • à la production d’électricité via les centrales thermiques à flamme (charbon et gaz) ;
  • à la production de chaleur via les centrales à cogénération, les chaudières à gaz, ou via la distribution directe sur le réseau de gaz national (GRDF) ;
  • à la production de carburants, via la transformation du pétrole brut (kérosène, fioul, butane et propane).

Les énergies fossiles, bien qu’issues de ressources naturelles, créent des dommages environnementaux importants et sont considérées comme des ressources non-renouvelables. Leurs utilisations dans la production d’énergie secondaire génèrent des émissions de gaz à effet de serre (GES), principalement du dioxyde de carbone CO2, responsables du réchauffement climatique actuel.

Par ailleurs, leurs ressources ne sont pas inépuisables dans le temps. Elles s’opposent en cela aux énergies issues de ressources renouvelables, dont le développement en France et dans le monde participent activement à la transition énergétique.

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Sources d’énergies renouvelables

Les énergies secondaires, issues de ressources renouvelables, sont principalement des énergies vertes : électricité verte, gaz vert ou biométhane, biocarburants, chaleur renouvelable. Leurs productions s’inscrivent dans une démarche de valorisation des énergies renouvelables dont elles sont issues. Ces énergies renouvelables se démarquent des énergies fossiles sur plusieurs aspects, dont leurs stocks inépuisables en constant renouvellement et leurs impacts réduits sur l’environnement (faibles émissions de GES).

On distingue ainsi différentes énergies issues de ressources renouvelables :

  • l’énergie solaire produit des rayonnements (énergie rayonnante) et de la chaleur (énergie thermique). La récupération de l’énergie solaire permet de produire de l’électricité via les panneaux photovoltaïques, et de la chaleur via des centrales solaires thermiques ;
  • l’énergie hydraulique est issue de l’exploitation de la force de l’eau (énergie cinétique) des rivières, fleuves et cours d’eau, pour créer une énergie mécanique (action d’une turbine) et enfin de l’énergie électrique. L’hydroélectricité représente la 1re énergie renouvelable en France, et la 2e source de production d’électricité sur la capacité totale installée (toutes énergies confondues dans le mix énergétique) ;
  • l’énergie éolienne est issue de la force des vents (énergie cinétique) et est valorisée principalement pour produire de l’énergie électrique. Le vent crée du mouvement qui actionne les pales d’une éolienne, puis une turbine et un alternateur pour produire de l’électricité. Le fonctionnement d’une éolienne permet de produire une électricité 100 % verte, une énergie propre. Toutefois, l’installation des éoliennes rencontrent certaines oppositions auprès des populations locales. L’énergie éolienne est la 2e source d’énergie renouvelable en France ;
  • l’énergie hydrolienne utilise également la force cinétique de l’eau comme l’énergie hydraulique pour produire une énergie mécanique (mise en marche d’une turbine) puis de l’électricité. Installées en mer, les hydroliennes font parties d’une catégorie d’énergies renouvelables spécifiques : les énergies marines ;
  • l’énergie géothermique provient de l’exploitation de l’énergie thermique (chaleur) des sous-sols de la Terre. Le développement de la filière géothermique en France permet de produire principalement de la chaleur (chauffage et eau chaude sanitaire), de l’électricité et du frais (via une pompe à chaleur réversible et un puits climatique) ;
  • la biomasse-énergie exploite différentes matières organiques (déchets alimentaires, industriels, etc.) et végétales (bois et ses dérivés, déchets verts et agricoles, etc.) pour produire de l’énergie électrique, de la chaleur et des biocarburants. Le processus d’exploitation de la biomasse pour produire de l’énergie repose sur la forme d’énergie chimique : combustion du bois, dégradation de la matière via la méthanisation, mélange de matières végétales et de pétrole pour produire des biocarburants. En France, la filière du biométhane représente près de 55 % de la consommation d’énergie finale totale.

L’énergie nucléaire

L’énergie nucléaire est issue d’un combustible fissile, l’uranium. Pour autant, elle n’est pas considérée comme une énergie fossile, mais comme une énergie décarbonée quasiment exempte d’émissions de gaz à effet de serre. L’énergie nucléaire occupe une place centrale dans la production d’électricité nationale en France. La part du nucléaire représente près de 67 % de la production totale d’électricité en 2020 (Bilan RTE).

Les centrales nucléaires suscitent de vifs débats en France et font face à de nombreux détracteurs concernant la matière radioactive utilisée et ses dangerosités, ainsi que sur le recyclage des déchets nucléaires produits.

De l’énergie secondaire à l’énergie finale et à l’énergie utile

L’énergie finale est une énergie directement utilisable par les consommateurs finaux. On peut ainsi considérer qu’une énergie secondaire est une forme d’énergie finale avant transport sur les lieux de consommation. A titre d’exemple, l’électricité, le gaz naturel, le gaz vert, le fioul, l’essence sont autant de types d’énergie finale rendue disponible pour la consommation des particuliers, des entreprises et des collectivités via un abonnement auprès d’un fournisseur d’énergie.

La mesure de l’énergie utilisée par l’usager est particulièrement intéressante pour réaliser des économies d’énergie et réduire, de ce fait, sa facture d’électricité ou de gaz. Cette notion clé est nommée l’énergie utile. Elle se définit comme l’énergie effectivement utilisée pour obtenir l’effet recherché. A titre d’exemple, la consommation de l’énergie finale nécessaire pour allumer une ampoule à incandescence représente une énergie utile dérisoire : 5 % de l’énergie consommée est réellement utilisée pour l’éclairage, les 95 % restants sont perdus en énergie thermique (chaleur).

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