M. VERHILLE — Physique-Chimie · 5eme
Objectifs et competences
Attendus de fin de cycle (BO 2020 — cycle 4) :
- Identifier les differentes formes d'energie
- Identifier les sources, les transferts et les conversions d'energie
Competences du socle :
- D1.3 : Utiliser le vocabulaire scientifique de l'energie
- D4 : Identifier les formes d'energie dans des situations concretes
- D5 : Comprendre les enjeux energetiques (sources renouvelables/non renouvelables)
A la fin de ce chapitre, l'eleve sait :
1. Les differentes formes d'energie
L'energie est une grandeur qui permet de mesurer les changements dans le monde. Elle existe sous differentes formes :
| Forme d'energie | Description | Exemples |
|---|---|---|
| Energie cinetique | Energie liee au mouvement d'un objet | Velo en mouvement, vent, eau d'une riviere |
| Energie potentielle | Energie liee a la position d'un objet (en hauteur) | Eau en haut d'un barrage, livre sur une etagere |
| Energie thermique | Energie liee a la temperature (agitation des particules) | Objet chaud, vapeur d'eau |
| Energie chimique | Energie stockee dans les liaisons des molecules | Essence, nourriture, bois, pile |
| Energie electrique | Energie transportee par le courant electrique | Courant dans un circuit, foudre |
| Energie lumineuse | Energie transportee par la lumiere | Soleil, lampe, laser |
| Energie nucleaire | Energie stockee dans le noyau des atomes | Uranium (centrale nucleaire), Soleil (fusion) |
Unite de l'energie : le joule (symbole J), du nom du physicien James Prescott Joule.
2. Sources d'energie
Une source d'energie est un reservoir a partir duquel on peut obtenir de l'energie utilisable.
Sources renouvelables et non renouvelables
| Type | Definition | Exemples |
|---|---|---|
| Renouvelable | Se reconstitue plus vite qu'elle n'est consommee (a l'echelle humaine) | Soleil, vent, eau, biomasse, geothermie |
| Non renouvelable | Stocks limites, non renouvelables a l'echelle humaine | Petrole, charbon, gaz naturel, uranium |
Ordres de grandeur d'energie
| Situation | Energie |
|---|---|
| Lever un livre (1 kg, 1 m) | ~10 J |
| Manger une pomme | ~300 000 J |
| Faire 1 km en voiture | ~3 000 000 J |
| Consommation d'une maison par jour | ~30 000 000 J |
A La Reunion : l'ile beneficie d'un fort ensoleillement et de vents alizes reguliers, ce qui favorise les energies solaire et eolienne. La bagasse (residu de canne a sucre) est brulee dans les centrales thermiques de Bois-Rouge et du Gol pour produire de l'electricite : c'est une source d'energie renouvelable locale et originale.
3. Transferts et conversions d'energie
Transfert d'energie
Un transfert d'energie est le passage d'energie d'un systeme a un autre. Une conversion est une transformation entre formes d'energie dans un dispositif.
| Mode de transfert | Description | Exemple |
|---|---|---|
| Transfert thermique | L'energie thermique passe du chaud vers le froid | Main sur un radiateur |
| Rayonnement | L'energie est transportee par la lumiere ou les ondes | Soleil qui rechauffe la Terre |
| Travail mecanique | Une force deplace un objet | Pousser un chariot |
Conversion d'energie
Une conversion d'energie est la transformation d'une forme d'energie en une autre forme.
| Convertisseur | Energie d'entree | Energie de sortie |
|---|---|---|
| Lampe | Electrique | Lumineuse (+ thermique) |
| Moteur electrique | Electrique | Cinetique (+ thermique) |
| Panneau solaire | Lumineuse | Electrique |
| Pile | Chimique | Electrique |
| Radiateur | Electrique | Thermique |
| Muscles | Chimique | Cinetique (+ thermique) |
Lors d'une conversion, une partie de l'energie est toujours transformee en energie thermique (chaleur) : ce sont les pertes.
4. Chaines energetiques
Une chaine energetique est un schema qui represente les conversions et transferts d'energie dans un systeme.
Convention de representation
- Rectangles : convertisseurs d'energie
- Fleches : formes d'energie (entree et sortie)
- Les pertes thermiques sont representees par des fleches vers le bas
Exemple : lampe a pile
Pile (reserve chimique) → transfert electrique → Lampe → rayonnement + transfert thermique
↘ [Energie thermique (pertes)]
Exemple : eolienne
Vent → [Energie cinetique] → Eolienne → [Energie electrique]
↘ [Energie thermique (pertes)]
Exemple : centrale hydraulique (barrage)
Eau en hauteur → [Energie potentielle] → Turbine → [Energie cinetique]
→ Alternateur → [Energie electrique]
↘ [Energie thermique (pertes)]
5. Gaz a effet de serre (GES) et effet de serre
Le mecanisme de l'effet de serre
La Terre recoit de l'energie du Soleil sous forme de rayonnement lumineux. La surface terrestre absorbe cette energie puis reemet de la chaleur (rayonnement infrarouge). Certains gaz de l'atmosphere, appeles gaz a effet de serre (GES), absorbent une partie de ce rayonnement infrarouge et le renvoient vers la Terre.
Ce mecanisme naturel maintient la temperature moyenne a +15°C (au lieu de -18°C sans atmosphere).
Les principaux GES
| GES | Formule | Origine naturelle | Origine humaine |
|---|---|---|---|
| Dioxyde de carbone | CO₂ | Respiration, volcans | Combustions (transports, centrales, chauffage) |
| Methane | CH₄ | Zones humides | Elevage, rizieres, gaz naturel |
| Vapeur d'eau | H₂O | Evaporation | — |
Effet de serre renforce et rechauffement climatique
Les activites humaines augmentent la concentration en CO₂ et CH₄ → effet de serre renforce → rechauffement climatique.
- La combustion d'energies fossiles (charbon, petrole, gaz — voir Ch.6b section 2) est la principale source d'emissions de CO₂
- La concentration en CO₂ est passee de 280 ppm (1850) a plus de 420 ppm aujourd'hui
ODD 7 — Energie propre et d'un cout abordable : developper les energies renouvelables pour reduire les emissions de GES liees a la production d'electricite.
ODD 13 — Mesures relatives a la lutte contre les changements climatiques : reduire notre empreinte carbone au quotidien (transports doux, economies d'energie, consommation responsable).
A La Reunion — bilan EDF 2025 : 96,2 % de l'electricite produite est classee renouvelable, notamment apres conversion des centrales a la bioenergie. Ce chiffre concerne l'electricite, pas tous les usages energetiques (transports notamment). Renouvelable ne signifie ni absence d'emissions ni autonomie : une partie des combustibles est importee. Source : EDF Reunion, chiffres 2025.
6. Activites
Activite 1 — Identifier les formes d'energie
Pour chaque situation, identifier la ou les formes d'energie en jeu :
- Un velo qui roule → energie cinetique
- Un aliment → energie chimique
- De l'eau en haut d'une cascade → energie potentielle (+ cinetique quand elle tombe)
- Un radiateur allume → energie thermique (provenant d'energie electrique)
- Le Soleil → energie lumineuse et thermique (provenant d'energie nucleaire)
Activite 2 — Dessiner une chaine energetique
Dessiner la chaine energetique d'un velo electrique :
- Batterie (chimique) → Moteur (cinetique) + pertes thermiques
Bilan — Ce qu'il faut retenir
| Notion | Definition | Formule |
|---|---|---|
| Energie | Grandeur qui mesure les changements ; unite : le joule (J) | — |
| Energie cinetique | Energie liee au mouvement | — |
| Energie potentielle | Energie liee a la position en hauteur | — |
| Energie thermique | Energie liee a la temperature | — |
| Energie chimique | Energie stockee dans les molecules | — |
| Source renouvelable | Se reconstitue a l'echelle humaine (soleil, vent, eau, biomasse) | — |
| Source non renouvelable | Stocks limites (petrole, charbon, gaz, uranium) | — |
| Conversion d'energie | Transformation d'une forme d'energie en une autre | — |
| Chaine energetique | Schema representant les conversions et transferts d'energie | — |
Mots-cles : energie, cinetique, potentielle, thermique, chimique, electrique, lumineuse, nucleaire, source, transfert, conversion, chaine energetique, joule
Erreurs frequentes :
- Confondre forme d'energie et source d'energie (le petrole est une source, l'energie chimique est une forme)
- Penser que l'energie disparait (non, elle se transforme — une partie devient toujours de la chaleur)
- Confondre transfert (meme forme d'energie, entre deux objets) et conversion (changement de forme d'energie)
Differenciation
- Remediation : associer des images du quotidien (ampoule, voiture, eolienne) a la forme d'energie correspondante dans un exercice d'appariement
- Approfondissement : dessiner la chaine energetique complete d'une centrale thermique a charbon et calculer le rendement si 60% de l'energie chimique est convertie en chaleur inutile
Ressources associees
- Simulation PhET : https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-forms-and-changes/latest/energy-forms-and-changes_fr.html
Navigation
← Ch.6 — L'univers et les distances | Progression 5eme | Ch.7 — Le circuit electrique →
Competence D2 — Methodes et outils : suivre un protocole, relever les observations et organiser les resultats des activites.
Les combustibles fossiles se forment sur de longues durees geologiques ; cette formation ne decrit pas celle des noyaux d'uranium. Le stock de combustible nucleaire est lui aussi limite.