Science et technologie s1382

Les manifestations naturelles de l'énergie

L'énergie est la capacité de provoquer un changement d'état ou d'entraîner un mouvement.

Dans la nature, l'énergie se manifeste sous plusieurs formes. L'homme a développé des moyens servant à transformer les manifestations naturelles de l'énergie en énergie utile, comme l'électricité, afin de combler ses besoins quotidiens. Ainsi, en plus de l'énergie solaire, on peut retrouver diverses formes d'énergie dans les différentes sphères de la Terre.

Diverses fiches de la section Univers matériel peuvent compléter l'information retrouvée dans cette fiche:
L'énergie
Les formes d'énergie

Certaines notions expliquées dans la section Terre et Espace peuvent te fournir des informations supplémentaires sur le thème de l'énergie:
Les ressources énergétiques renouvelables et non renouvelables
Les moyens technologiques pour produire de l'électricité
Les impacts de l'exploitation des ressources énergétiques

L'énergie solaire

Le Soleil libère une énorme quantité d'énergie. L'énergie solaire est donc reliée à la partie du rayonnement solaire qui traverse l'atmosphère et qui parvient jusqu'à la Terre.

L'être humain peut directement utiliser le rayonnement solaire pour combler ses besoins. Par exemple, le Soleil nous permet de s'éclairer ou encore de chauffer un bâtiment en l'orientant en fonction du rayonnement. Il est aussi possible de transformer l'énergie solaire en une forme d'énergie utile, notamment en énergie électrique à l'aide de panneaux solaires photovoltaïques.

​Le Soleil
​Des panneaux solaires photovoltaïques
SourceSource

L'énergie solaire est aussi à la base de toutes les autres manifestations naturelles de l'énergie. Par exemple, le cycle de l'eau est engendré par la formation de vapeur d'eau sous la chaleur du rayonnement solaire, les courants atmosphériques résultent des différences de températures entre deux masses d'air, et la photosynthèse, qui permet d'emmagasiner de l'énergie chimique dans les êtres vivants, serait impossible en l'absence du Soleil.

Les manifestations de l'énergie dans l'hydrosphère

Le cycle de l'eau est dû à l'énergie solaire. Sous l'effet de la chaleur du rayonnement solaire, l'eau s'évapore dans l'atmosphère. La vapeur d'eau s'y condense et libère alors toute l'énergie qu'elle a emmagasinée, ce qui contribue à réchauffer l'air. Lors des précipitations, l'eau retournera dans les lacs, les rivières et les océans et le cycle pourra alors recommencer. Les différents mouvements de l'eau produisent de l'énergie. On distingue trois manifestations de l'énergie dans l'hydrosphère.

  • L'énergie hydraulique est l'énergie reliée au mouvement de l'eau, principalement sous l'action de la gravité. Le courant d'une rivière ou d'une chute procure de l'énergie hydraulique en quantité proportionnelle à l'intensité du mouvement. On peut transformer cette forme d'énergie en électricité à l'aide de centrales hydroélectriques. C'est d'ailleurs la principale source d'électricité au Québec.


  • L'énergie marémotrice est l'énergie reliée aux mouvements périodiques des océans, les marées. On exploite cette source d'énergie dans les endroits où les marées sont de fortes amplitudes, principalement sur les côtes européennes. En Amérique du Nord, on ne retrouve qu'une centrale marémotrice en Nouvelle-Écosse, à l'embouchure de la baie de Fundy.


  • L'énergie des vagues et des courants est l'énergie reliée au mouvement de l'eau lors de la production de vagues par le vent et lors des courants marins à grandes échelles. Bien que les vagues possèdent une quantité importante d'énergie, cette source est peu utilisée puisqu'elle varie beaucoup en fonction de l'intensité des vagues. Aussi, certains courants marins, tels que le Gulf Stream ou le courant du Labrador, se déplacent à très grande vitesse. Leur énergie est donc importante due à cette vitesse, mais elle est difficile à exploiter puisqu'elle se situe en pleine zone océanique. Il s'agit donc d'une source d'énergie peu exploitée.

Voici des exemples de manifestations naturelles de l'énergie dans l'hydrosphère.

Une chute d'eauDes vagues
Source Source

Voici des exemples d'utilisation de l'hydrosphère pour produire de l'énergie.

​Barrage hydroélectrique Manic2 au QuébecCentrale marémotrice en Nouvelle-Écosse​Hydrolienne servant à capter l'énergie des courants marins​
Source Source Source

Les manifestations de l'énergie dans l'atmosphère

Les courants atmosphériques sont causés par la combinaison de deux facteurs: la rotation de la Terre et le réchauffement inégal des différentes régions de la planète. Ainsi, le rayonnement solaire est à la base des manifestations énergétiques observées dans l'atmosphère. La principale manifestation observée est le vent. On peut aussi utiliser la chaleur contenue dans l'atmosphère pour combler certains de nos besoins.

  • L'énergie éolienne est l'énergie générée par le vent, c'est-à-dire par le déplacement des masses d'air. Le vent est généré lors d'une différence de température, conséquemment de pression, entre deux masses d'air. L'air a alors tendance à se déplacer d'une région où l'air est froid vers une région plus chaude. Le vent ainsi produit peut être directement utilisé par l'homme pour aérer les maisons, pour se rafraîchir ou encore pour sécher le linge à l'extérieur. Il utilise aussi certains dispositifs, particulièrement les éoliennes, pour transformer le vent en énergie électrique.


  • L'énergie thermique contenue dans l'atmosphère est reliée au degré d'agitation des particules de l'air. Les systèmes de thermopompe utilisent cette forme d'énergie pour réguler la température de nos maisons. 

Voici des exemples de manifestations naturelles de l'énergie dans l'atmosphère.

Manche à air gonflée par le ventUne tornade
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Voici des dispositifs permettant d'utiliser l'énergie de l'atmosphère.

Une éolienneUne thermopompe​
SourceSource

Les manifestations de l'énergie dans la biosphère

L'énergie du Soleil est à la base de la vie sur Terre. En plus de créer un climat habitable, elle rend possible la photosynthèse des végétaux. L'énergie solaire est alors transformée en énergie chimique qui sera ensuite utilisable par tous les êtres vivants. Les végétaux forment d'ailleurs la base de toute chaîne alimentaire. La forme d'énergie contenue dans le vivant se nomme énergie de la biomasse.

  • L'énergie de la biomasse est l'énergie emmagasinée dans les organismes vivants. Le terme biomasse est un synonyme de matière organique. Cette forme d'énergie est utilisable de diverses façons. Par exemple, c'est en consommant de la biomasse (en mangeant) que l'être humain retrouve l'énergie nécessaire au fonctionnement de son corps. Il est aussi possible de brûler de la matière organique, comme du bois, afin de se réchauffer. Finalement, la combustion de matière organique peut nous permettre de convertir l'énergie de la biomasse en énergie électrique. On appelle parfois cette transformation la bioénergie.

Voici des exemples de manifestations de l'énergie de la biomasse.

Combustion du boisFlux d'énergie à travers une chaîne alimentaire
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Les manifestations de l'énergie dans la lithosphère

La lithosphère contient trois grandes sources d'énergie utilisées par l'homme. Deux d'entre elles, l'énergie géothermique et l'énergie nucléaire, n'originent pas de l'énergie solaire. Toutefois, l'énergie contenue dans les combustibles fossiles a un lien avec le Soleil puisque ces combustibles sont issus de la décomposition d'êtres vivants.

  • Les énergies fossiles proviennent de la transformation de végétaux en substance minérale. Pendant des millions d'années, des débris organiques de même que des êtres vivants morts se sont lentement décomposés et, en absence d'oxygène et sous de fortes pressions, se sont transformés en combustibles fossiles. Ces combustibles sont le charbon (forme solide), le pétrole (forme liquide) et le gaz naturel (forme gazeuse). On les utilise principalement pour le transport et pour la production d'électricité.


  • L'énergie géothermique est l'énergie reliée à la chaleur interne de la Terre. Le magma situé sous la lithosphère transmet sa chaleur à l'eau souterraine et au sous-sol de la croûte terrestre. L'eau, alors réchauffée par la chaleur intense, peut remonter à la surface sous forme de vapeur d'eau. Les geysers et les sources thermales sont des manifestations naturelles de ce phénomène. On peut aussi utiliser cette chaleur dans des systèmes de chauffage à eau chaude ou encore la transformer en énergie électrique à l'aide de centrales géothermiques.


  • L'énergie nucléaire est contenue dans le noyau des atomes de certains éléments chimiques. Ces éléments, dits radioactifs, dégagent naturellement un rayonnement très énergétique. Bien qu'elle soit difficile à contrôler, on utilise souvent ce type d'énergie pour la transformer et produire de l'électricité.

Voici des exemples d'énergies fossiles.
Morceau de charbon​Chevalet de pompage servant à l'extraction du pétrole
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Voici des exemples d'énergie géothermique.
Geyser dans le parc Yellowstone aux États-Unis​Centrale géothermique en Islande​
SourceSource
Voici des exemples d'énergie nucléaire.
Centrale nucléaireExplosion nucléaire
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