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Le terme « énergie » est ambigu : son champ sémantique est immense et se décline à travers presque toutes les activités humaines, depuis les ressources psychiques que l'homme va chercher auprès de médiateurs variés jusqu'aux organismes gouvernementaux qui ont pour charge de gérer ses emplois. Le scientifique est plus exigeant quant à la définition qu'il en donne, mais, même dans ce domaine plus restrictif, les manifestations de l'énergie sont innombrables, des cataclysmes cosmiques aux mouvements cellulaires, en passant, bien sûr, par le pétrole et les centrales nucléaires.

Une des difficultés majeures de donner une définition de l'énergie tient au fait que nous employons ce terme pour désigner plusieurs concepts liés entre eux, mais que le physicien sépare catégoriquement. Pour rendre plus explicite cette séparation, observons le mythique Sisyphe, condamné pour l'éternité à accomplir une tâche absurde. L'image courante nous montre ce héros antique puissamment musclé en train de hisser vers le haut d'une montagne un énorme rocher. Tel quel, immobile, il nous suggère l'effort nécessaire pour empêcher le roc de retomber : la force musculaire avec laquelle il pousse équilibre exactement celle avec laquelle la gravitation tire le rocher vers le bas. La force s'exprime en newtons (N), et, dans cette image, des forces de quelques centaines de newtons s'affrontent.

Animons l'image : Sisyphe hisse péniblement son rocher jusqu'au sommet, produisant ainsi un travail, égal au produit de la force de poussée (en N) par le déplacement le long de la pente (en m). L'unité de travail est le joule (J). C'est l'unité d'énergie et ce que fait Sisyphe en représente quelques centaines de milliers.

Dès qu'il atteint le sommet, le rocher bascule et dévale la montagne, jusqu'à la base, au niveau même d'où Sisyphe l'avait extrait. Seule différence, le travail qu'il avait mis des heures à accomplir, la gravitation l'a reproduit en sens inverse en quelques secondes. C'est là qu'intervient la puissance, exprimée en watts (W) égale au travail fourni (J) divisé par le temps qu'il a fallu pour l'accomplir, mesuré en secondes. Là, la chute libre est bien meilleure que Sisyphe, car elle a fourni, en sens inverse, le même travail que lui, mais avec une puissance moyenne bien supérieure (10 000 W contre 100 W).

Nul doute que, dans le langage courant, le terme énergie sera appliqué sans discernement à chacune des trois étapes, alors que seule celle où le travail a été défini est pertinente.

Recensons les différentes formes que revêt l'énergie, en référence aux mécanismes par lesquels elle se manifeste. La première étape de ce classement consiste à distinguer deux formes radicalement différentes, l'énergie de mouvement et l'énergie potentielle, qu'on peut faire apparaître à partir d'un exemple simple : une balançoire. Pour mettre celle-ci en mouvement, on commence par la tirer vers le haut, puis on la lâche. Elle passe alors d'un état d'immobilité à un état de vitesse maximale, atteint lorsqu'elle est à son point le plus bas. Une fois amorcée, cette succession de deux états peut durer fort longtemps, même si personne ne pousse. Nous disons qu'au cours du mouvement, l'énergie fournie initialement à la balançoire passe d'un état correspondant à la position de celle-ci (elle est alors dite « potentielle ») à un état correspondant à son mouvement (elle est dite « cinétique ») et réciproquement. Dans ce cas précis, les deux sortes d'énergies s'échangent entre elles, mais l'énergie totale, qui en est la somme, reste (presque) constante. En effet, la balançoire finira par s'arrêter, ce qui nous laisse penser qu'il y a quand même une sorte de « perte » de l'énergie, du moins de celle que nous venons de décrire.

Il existe plusieurs sortes d'énergies de mouvement : celle de la balançoire en pleine lancée, celle du train qui roule ou d'une météorite qui fonce à travers le cosmos appartiennent au même type : l'énergie cinétique d'un solide qui se déplace en bloc. La lumière et, d'une façon générale, le rayonnement électromagnétique, ondes radio, rayonnements visible et invisible, rayons X, représentent une autre forme d'énergie de mouvement, celle des photons, dont la masse est nulle, mais qui se déplacent à grande vitesse. Une dernière forme est représentée par ce mouvement désordonné des atomes qu'on appelle « chaleur », ou énergie thermique. La [...]

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Écrit par :

  • : professeur de physique émérite à l'université de Paris-VII-Denis-Diderot

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Pour citer l’article

Jean MATRICON, « ÉNERGIE - Vue d'ensemble », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/energie-vue-d-ensemble/