l`énergie en physique - UdPPC Toulouse congres 2009

L’
L’É ÉNERGIE EN PHYSIQUE NERGIE EN PHYSIQUE
Olivier Pujol
Maître de conférences, Université Lille 1
57ème congrès de l’Union des Professeurs de Physique et de Chimie, Toulouse, 2009
Lundi 26 octobre 2009, 16h30

POURQUOI S’INTÉRESSER À L’ÉNERGIE ?
1. L’énergie est un concept physique, relativement jeune (XIXesiècle) : c’est Young
qui, en 1807,proposa le mot énergie (energeia en grec = quelque chose en
action).
2. L’ énergie est un concept fondamental, central en sciences et couramment utilisée
dans la société (économie d’énergie, énergies renouvelables, etc.). Cependant, il
n’est pas bien maîtrisé par la population, les média … et même parfois par
certains scientifiques.
3. Les discours et les débats sur l’ énergie sont souvent flous et imprécis, notamment
pour les énergies renouvelables. Elles sont rarement abordées dans l’enseignement
élémentaire, car le concept d’énergie prend toute son importance en
thermodynamique, laquelle n’est pas vue. Pourtant, elles sont un enjeu sociologique
d’avenir (écologie, économie et politique [cf. le récent Grenelle de l’environnement]).

L’éclairage de la physique, à travers la thermodynamique, est essentiel.
Deux principes :
1) le premier sur l’énergie,
2) le deuxième sur l’entropie

PEUT - ON DÉFINIR L’ÉNERGIE ? SI OUI, COMMENT ?
1. Une formulation simple et directe comme : « L’énergie, c’est … » est délicate car
imprécise, et du coup confuse et incomplète.
2. Au contraire, une construction progressive à travers l’analyse du processus
historique est préférable [1].
La définition du concept d’énergie doit être nécessairement précisée.
3. Cette présentation est organisée en deux parties.
- On définit d’abord le concept d’énergie.
- On présente quelques ordres de grandeurs sur les énergies renouvelables et on
dégage les limitations imposées par la physique.

2. Première apparition avec Leibniz (1678) dans l’étude des collisions
élastiques [2] :
Conservation de mv2(2 Ek) ≠Conservation de p = mv (Descartes)
L’expression d’énergie cinétique apparaît pour la première fois avec Coriolis en 1829.
Elle sera remise au jour par Tait et Thomson en 1862.
L’ÉNERGIE EN MÉCANIQUE (1) : L’ÉNERGIE CINÉTIQUE
∑∑ ==
ii
i
i
iik m
p
vm 22
12
2
E
1. Pour un système S quelconque de points matériels Ai(masse mi, vitesse vi),
l’énergie cinétique est, dans le référentiel R :
3. Sa variation égale les travaux de toutes les forces, extérieures et intérieures, qui
agissent sur S:
inexk WW
+
=
∆
E
Cette énergie ne se conserve que dans de très rares cas ; elle a donc un intérêt limité.
Quantité de mouvement,
pi= mivi