L’existence de [1] peut apparaître sous des masques divers et on peut ainsi sentir de quelle manière elle dépend de la situation. Une voiture possède une énergie d’autant plus élevée qu’elle roule plus vite ; cette énergie est [2] à celle d’un camion allant à la même vitesse. Un ressort, lorsqu’il est comprimé, a une énergie plus [3] que lorsqu’il est détendu. L’énergie d’une pile électrique avant sa mise en service est plus grande que lorsqu’elle est déchargée. L’énergie d’une casserole d’eau augmente lorsqu’on la chauffe.
L’énergie se présente ainsi sous des formes très diverses. Pour chacune d’entre elles, les comparaisons effectuées montrent que l’énergie d’un système physique dépend de l’état dans lequel il se trouve. Dans les exemples ci-dessus, cet état est caractérisé par la vitesse et la masse du véhicule, la déformation du ressort, la charge. Nous allons le voir, les divers types d’énergie peuvent, au moins partiellement, prendre bien d’autres formes. Ces transformations de l’énergie sont utilisées dans la vie courante, mais chacune d’entre elles génère des [4].



L’ÉNERGIE SE TRANSFORME

L’énergie peut se [5] d’un système à un autre : sous forme de chaleur, elle passe d’un radiateur à l’air d’une pièce. Elle peut aussi se transformer en changeant de [6]. Dans un jouet mécanique, le ressort se détend en provoquant un mouvement. L’énergie associée au mouvement d’un vélo se transforme, lorsqu’on freine, en chaleur communiquée aux patins des freins et à la jante des roues. L’énergie emmagasinée dans une pile de lampe de poche se change, lorsqu’on ferme le circuit, en énergie électrique ; celle-ci se convertit à son tour dans l’ampoule en énergie lumineuse et calorifique. Dans une centrale thermoélectrique, l’énergie stockée dans le carburant (énergie chimique dans le charbon et le pétrole, ou énergie nucléaire dans l’uranium) est transformée (par combustion ou par réaction nucléaire) en chaleur ; puis une partie de cette chaleur est récupérée dans les turbines sous forme mécanique ; enfin, cette énergie mécanique est convertie en énergie électrique dans les alternateurs.
C’est à travers de telles [7] ou de tels transferts que l’énergie se manifeste à nous.



L’ÉNERGIE SE CONSERVE

La caractéristique la plus remarquable de l’énergie est qu’elle se conserve toujours. Lorsqu’elle est transférée d’un système à un autre, ou lorsqu’elle change de nature, il n’y a jamais ni création ni destruction d’énergie. Si un objet a perdu de l’énergie, la même quantité d’énergie a obligatoirement été gagnée par un autre objet en communication avec le premier. De même, lorsque l’énergie change de forme, le bilan est toujours exactement équilibré.
C’est donc par abus de langage que les journaux, les économistes ou les hommes politiques parlent de "production d’énergie", ou de "pertes d’énergie", puisque l’énergie ne peut être ni créée ni perdue. En réalité, dans une centrale thermoélectrique, on ne "produit" pas d’énergie, mais on transforme de l’énergie chimique ou nucléaire en énergie électrique et calorifique. Le bilan global de cette [8] est caractérisé par un rendement. Celui d’une centrale représente 33 %, ce qui signifie que pour envoyer sur le réseau 33 unités d’énergie électrique, il a fallu consommer 100 unités d’énergie nucléaire, tout en dégageant 67 unités de chaleur ; cette chaleur, évacuée dans l’environnement, par exemple par la vapeur d’eau sortant des tours de refroidissement, est donc, en général, perdue pour nous. Certaines centrales en récupèrent toutefois une partie pour chauffer des habitations ou des serres.
Nous verrons plus loin que, si l’énergie se conserve toujours, ses diverses formes ne sont pas équivalentes, car toutes les transformations concevables ne sont pas réalisables.


Dans une ampoule, l’énergie électrique se convertit en énergie [9] et calorifique.

"L’énergie se conserve : rien ne se perd, rien ne se crée.
C’est le premier principe de la thermodynamique."

L’ÉNERGIE SE MESURE

C’est la propriété de conservation de l’énergie qui nous permet de mesurer, à l’aide d’une seule et même unité, les diverses formes de l’énergie. L’énergie, dite cinétique, associée au [10] d’un objet de masse "m" et de vitesse "v" vaut E = 1/2 mv² ; lorsque la masse est exprimée en kilogrammes et la [11] en mètres par seconde, cette formule donne l’énergie en joules (J), unité légale dans le système international.
À l’époque où l’on n’avait pas encore reconnu que la chaleur était une forme de l’énergie, l’étude des échanges thermiques avait conduit à introduire une unité de chaleur, la calorie, définie comme la quantité de chaleur à fournir à 1 gramme d’eau pour élever sa température de 1 degré Celsius. L’expérience a montré que les transformations d’énergie mécanique en chaleur, ainsi que les transformations inverses, se faisaient toujours avec le même rapport, à savoir 1 calorie pour 4,18 joules. Il y a donc équivalence entre ces deux formes d’énergie (mécanique et chaleur). Ceci a permis d’abandonner la [12] et de mesurer la chaleur et toutes les autres formes d’énergie, en joules.



LA PUISSANCE

Les échanges d’énergie sont caractérisés, non seulement par la quantité d’énergie transférée ou transformée, mais aussi par la durée du processus. La notion de [13] est ainsi définie comme une quantité d’énergie échangée par unité de temps. L’unité de puissance, le [14], est donc le joule par seconde. Un radiateur électrique de 1 500 W consomme durant chaque seconde une énergie électrique de 1 500 J, et par suite, durant chaque heure (3 600 secondes), une énergie électrique de 3 600 x 1 500 J = 5 400 000 J, transformée en énergie calorifique.
Cet exemple montre que le joule est une unité d’énergie trop petite pour nos usages courants. On emploie souvent en pratique le [15](kWh), quantité d’énergie mise en jeu par un appareil d’une puissance de 1 000 W pendant un délai d’une heure. Ainsi, 1 kWh vaut 3 600 x 1 000 J = 3 600 000 J. Le radiateur électrique considéré ci-dessus consomme, en une heure de fonctionnement, 1,5 kWh et rayonne évidemment pendant la même durée une énergie calorifique de 1,5 kWh.
La consommation annuelle moyenne d’électricité par habitant en France est de plus de 7 000 kWh, le double aux États-Unis, soit 14 000 kWh, et en Afrique un peu plus de 500 kWh. Les trois quarts de l’électricité produite en France sont d’origine nucléaire, le dernier quart se partageant entre hydroélectrique et thermique (charbon, pétrole). Mais cette [16] représente elle-même moins de la moitié de notre consommation totale. Le reste fait appel à une utilisation directe de pétrole (essence, fioul), de gaz et de charbon ; le tiers de nos besoins concerne, en effet, le chauffage des locaux, et le quart concerne les transports.

L’ENERGIE, DEMAIN !

Face au défi de la demande croissante en énergie et à la question centrale du [17] climatique, il est aujourd’hui nécessaire d’imaginer un nouveau mix énergétique. Celui-ci combinerait énergies fossiles et énergies renouvelables, peu ou pas émettrices de gaz à effet de serre.
Pour y parvenir, les acteurs (entreprises, experts, start-up, chercheurs, universités...) travaillent à des solutions énergétiques innovantes, toujours plus efficaces et plus économes. Le champ des possibles est immense, pour toutes les énergies, actuelles et futures !

L’efficacité énergétique des bâtiments - Un contexte en évolution rapide

La contrainte environnementale

Le dernier rapport rendu par le groupe intergouvernemental d’experts pour l’étude du climat (GIEC) a confirmé le relèvement de la température moyenne de l’atmosphère terrestre de 1,5 à 6 °C d’ici à la fin du siècle. La valeur réelle dépendra essentiellement de l’importance et de la date d’application des politiques publiques mises en oeuvre par les pays les plus consommateurs d’énergie.

Ce réchauffement a déjà provoqué des perturbations climatiques ayant des répercussions humaines gravissimes. Celles-ci seront de plus en plus importantes dans l’avenir. Pour limiter celles-ci et assurer le développement [18] de nos sociétés, il est maintenant admis qu’il faudra diviser par deux les émissions de gaz à effet de serre à l’échelle de la planète à l’horizon 2050.
Un objectif politique affirmé

En tenant compte de la marge de manoeuvre très réduite des pays en voie de développement, dont les émissions vont s’accroître fortement, cela signifie diviser par quatre ou cinq les émissions des pays industrialisées en moins de cinquante ans. La France a d’ores et déjà inscrit cet objectif dans sa stratégie nationale de développement durable présentée en juin 2003 et dans son Plan Climat présenté en juillet 2004.


Tenir cet objectif permettra d’aboutir à une concentration supportable de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, évaluée à 450 parties par millions (ppm), contre 380 ppm actuellement et 280 ppm avant l’ère industrielle.

Conséquences pour le secteur bâtiment

Dans le secteur du bâtiment, la consommation moyenne annuelle d’énergie est proche de 400 kWh d’énergie primaire par m² chauffé. La contrainte de réduction des émissions de CO2, mais également la hausse inéluctable du [19] de l’énergie liée à l’épuisement progressif des ressources, nécessiteront de parvenir à une consommation moyenne d’énergie primaire de l’ordre d’une centaine de kWh/m² en 2050 pour l’ensemble des bâtiments en service, dont environ 50 kWh/m² d’énergie primaire pour les usages de chauffage de locaux et de l’eau chaude sanitaire.


Le poids du secteur du bâtiment - Premier consommateur d’énergie

C’est en France le plus gros consommateur d’énergie parmi tous les secteurs économiques, avec 70 millions de tonnes d’équivalent pétrole. Soit 43 % de l’énergie finale totale et 1,1 tonne d’équivalent pétrole consommée annuellement par chacun d’entre nous. Cette énergie consommée entraîne l’émission de 120 millions de tonnes de CO2 représentant 25 % des émissions nationales et 32,7 millions de tonnes de carbone. Cette [20] est du même ordre de grandeur que celle des déchets de chantiers de bâtiments ou des déchets des ménages. C’est aussi une demi-tonne de carbone émise dans l’atmosphère chaque année par chacun d’entre nous. Toutes ces valeurs devront être divisées par quatre en 2050.

Un secteur réputé lent à évoluer

Cependant le flux annuel de constructions (300000 logements et de 14 millions de m² de bâtiments tertiaires chauffés), le stock de bâtiments (près de 30 millions de logements et de plus de 814 millions de m² de bâtiments tertiaires chauffés) et leur très longue durée de vie constituent des caractéristiques à priori pénalisantes pour des progrès rapides du secteur. Si cette rigidité du secteur et son inertie ont longtemps été considérés comme des handicaps par comparaison à des secteurs plus réactifs, tels que les secteurs de l’industrie ou des transports, on peut constater que le secteur du bâtiment est maintenant apprécié de façon beaucoup plus favorable.

Une vision nouvelle du secteur bâtiment

Un acteur clé

Le secteur du bâtiment se positionne dorénavant comme un acteur clé pour parvenir à résoudre les inquiétants défis environnementaux auxquels nous devons faire face. Cette évolution est liée à une prise de conscience récente que ce secteur pourrait bien être le seul qui offre des possibilités de progrès suffisamment fortes pour répondre à nos engagements nationaux de réduction des émissions de [21] à effet de serre.

Des voies de progrès

On constate en effet que les voies de progrès dans le secteur du bâtiment peuvent être bien mieux identifiées maintenant qu’au cours des années passées. Ceci grâce à la [22] de différents aspects : les bâtiments peuvent utiliser plusieurs [23] d’énergie, dont les énergies renouvelables. Ces énergies peuvent être [24]. Elles peuvent, le cas échéant, changer plusieurs fois sur la durée de vie du bâtiment ; les travaux d’amélioration des performances énergétiques des bâtiments peuvent être [25] sur plusieurs années et cette évolution renforce à chaque fois la valeur patrimoniale du bien ; les occupants des bâtiments ont des comportements d’usage relativement constants au cours du temps. Leurs besoins évoluent sur des cycles longs, sans rupture brutale, et peuvent raisonnablement être anticipés.

[1] A) l’énergie, B) science, C) technologie.
[2] A) supérieure, B) égale, C) inférieure.
[3] A) grande, B) petite, C) moyenne.
[4] A) gains, B) pertes, C) offres.
[5] A) transmettre, B) transforme, C) récupérer.
[6] A) rôle, B) moyen, C) nature.
[7] A) mouvements, B) transformations, C) transferts.
[8] A) conversion, B) diminution, C) amélioration.
[9] A) lumineuse, B) calorifique, C) solaire.
[10] A) mouvement, B) déplacement, C) masse. (2 réponses)
[11] A) vitesse, B) masse, C) chaleur.
[12] A) calorie, B) Joule, C) unité.
[13] A) vitesse, B) quantité, C) puissance.
[14] A) watt, B) joule, C) calorie.
[15] A) kilowattheure, B) kilowattseconde, C) kilowattminute.
[16] A) électricité, B) consommation, C) production.
[17] A) refroidissement, B) changement, C) réchauffement.
[18] A) durable, B) égale, C) amélioré.
[19] A) prix, B) coût, C) total.
[20] A) moyenne, B) qualité, C) quantité.
[21] A) gaz, B) production, C) consommation.
[22] A) réorganisation, B) valorisation, C) réussite.
[23] A) moyens, B) origines, C) sources.
[24] A) combinées, B) associées, C) améliorées.
[25] A) enregistrés, B) programmés, C) décidés.

Formulaire pour répondre


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