Questions de débutant...

[Floda200489]

Bonjour !

Je pense avoir une mauvaise conception de ce qu'est l'énergie. Je connais la définition physique mais je ne sais pas à quoi elle doit s'appliquer concrètement. Je m'intéresse par exemples aux énergies fossiles, mais pourquoi ont-elles un potentiel énergétique ? Qu'est-ce qui détermine physiquemenr le potentiel énergétique d'un matériau. Est-ce qu'on peut tracer une frontière fixe entre matériaux étant concentrés en énergie et d'autres non ? Ou alors la frontière est ténue ?
Par extension, à quel titre les métaux sont utilisés ? Parce qu'on peut en tirer de l'énergie comme l'uranium ? Ou alors parce qu'ils ont des propriétés spéciales et des usages spéciaux, et donc du coup, sont équivalent en terme énergétique que n'importe quel autre matériaux ou minerai, comme le sable, le calcaire ou le ciment par exemple ?

Ensuite mon deuxième souci (qui est peut-être le même que le premier, vous me direz ?), est en rapport entre les molécules et l'énergie. J'ai entendu dire que l'eau n'avait aucun potentiel énergétique car elle était déjà le produit d'une transformation chimique. Donc ma question c'est, comment reconnaître un matériau qui présente ces caractéristiques (énergie chimique nulle) ? Y a-t-il une règle spéciale nous permettant de reconnaître ces matériaux ou non ?

Merci beaucoup pour vos réponses !
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[gts2]

Bonjour,

Pour que l'on puisse répondre, il faudrait préciser le niveau scolaire, parce que cela part dans tous les sens.

Je vais prendre les métaux, on peut en tirer de l'énergie, la quasi-totalité des piles consomment du métal, MAIS c'est uniquement parce que les piles sont pratiques, on dépense plus d'énergie pour fabriquer des piles qu'elles n'en fournissent. L'uranium n'a rien à voir là-dedans, on ne tire pas de l'énergie de l'Uranium en tant que métal : ce sont des réacteurs nucléaires.

[Deedee81]

Pour que l'on puisse répondre, il faudrait préciser le niveau scolaire, parce que cela part dans tous les sens.

Bonjour,

Et après avoir précisé, j'ai déplacé en physique, où ce sera sans doute mieux placé

[f6bes]

Bonjour !

Je pense avoir une mauvaise conception de ce qu'est l'énergie. Je connais la définition physique mais je ne sais pas à quoi elle doit s'appliquer concrètement. Je m'intéresse par exemples aux énergies fossiles, mais pourquoi ont-elles un potentiel énergétique ? Qu'est-ce qui détermine physiquemenr le potentiel énergétique d'un matériau. Est-ce qu'on peut tracer une frontière fixe entre matériaux étant concentrés en énergie et d'autres non ? Ou alors la frontière est ténue ?
Par extension, à quel titre les métaux sont utilisés ? Parce qu'on peut en tirer de l'énergie comme l'uranium ? Ou alors parce qu'ils ont des propriétés spéciales et des usages spéciaux, et donc du coup, sont équivalent en terme énergétique que n'importe quel autre matériaux ou minerai, comme le sable, le calcaire ou le ciment par exemple ?

Ensuite mon deuxième souci (qui est peut-être le même que le premier, vous me direz ?), est en rapport entre les molécules et l'énergie. J'ai entendu dire que l'eau n'avait aucun potentiel énergétique car elle était déjà le produit d'une transformation chimique. Donc ma question c'est, comment reconnaître un matériau qui présente ces caractéristiques (énergie chimique nulle) ? Y a-t-il une règle spéciale nous permettant de reconnaître ces matériaux ou non ?

Merci beaucoup pour vos réponses !

Bjr à toi,
On peut " tirer" de l'énergie à peu prés ....de tout quel que soit le " composant " de base.
Ca ne veut pas dire que cela que cela sera..."gratuit".
Ca dépend sous quelle forme d'énergie au veut aboutir pour l'utiliser.
Un bout de bois peut ....fournir de l'énergie.
( devine comment)
Bonne journée
Bonne journée

[A voir en vidéo sur Futura]

[Floda200489]

Merci pour ces réponses !

J'ai fais une filière ES donc je n'ai pas eu beaucoup de cours sur le sujet... Mais la science est une passion donc je dirais que mon niveau se limite à des vidéos de vulgarisation ...

Donc oui, on peut tirer de l'énergie de tout, le bois j'imagine que c'est pr combustion ^^' mais alors comment le sait-on ? Comment sait-on que l'eau a un potentiel faible en énergie chimique ?

[Patzewiz]

Bonjour,

Le potentiel énergétique d'un matériau dépend de la réaction chimique dans laquelle il est engagé. En général on raisonne sur des réactions d'oxydation par l'oxygène mais on obtiendrait des résultats différents pour une oxydation par le chlore.
La plupart des réactions chimiques impliquant l'eau en tant que réactif conduisent à une décomposition de celle-ci avec production d'hydrogène. Cette décomposition consomme de l'énergie comme le montre la réaction d'électrolyse. La réaction globale peut néanmoins libérer de l'énergie si le potentiel énergétique de l'autre réactif est suffisant. C'est par exemple le cas lors de la réaction du sodium avec l'eau. L'oxydation du sodium libère plus d'énergie que ce qui est nécessaire pour décomposer l'eau.
La seule façon rigoureuse de traiter ces questions d'énergie est de se placer dans le cadre de la thermodynamique. Celle-ci permet de définir un certain nombre de grandeurs (énergie interne, énergie libre, enthalpie, ...) caractérisant un matériau dans des conditions données de température et de pression. La thermodynamique n'est enseignée de façon approfondie qu'après le bac. Avant celui-ci quelques éléments sont cependant déjà traités: lois relatives aux gaz (relation pression-volume-température), aspect exothermique ou endothermique d'une réaction chimique.

[Baal149]

Bonjour,

Sans trop rentrer dans des détails, il y a une généralité commune pour toutes sources d'énergies fossiles : on fait passer un système d'un niveau d'énergie à un niveau d'énergie plus bas* (plus bas = plus stable). La différence d'énergie entre ces niveaux corresponds à ce qui va être libérer dans le milieu. Et avec de l'ingénierie on peut récupérer une partie de cette énergie.

Par exemple, dans le cas d'une combustion (gaz, charbon, pétrole, etc) l'oxygène de l'air est le principale moyen d'atteindre cet objectif. La liaison O=O initiale de l'oxygène est plus haute en énergie que les liaisons C=O et H-O que l'on forme après combustion (les autres liaisons jouent aussi un rôle, de même que la notion d'entropie de réaction ou encore le fait que une combustion peut être incomplète ; mais je simplifie ici).
Au passage, ça explique pourquoi l'eau (H2O) ne va pas bien réagir : la liaison H-O est relativement forte et il va être difficile pour "O" ou "H" de former de meilleur liaison avec d'autres atomes.

Dans le cas d'une pile, on utilise le potentiel d'oxydoréduction d'un métal que l'on va oxyder (en réalité ça dépend aussi de l'oxydant qu'on va utiliser pour faire la réaction). Le métal M va alors s'oxyder en ions métalliques Mⁿ⁺. Certains métaux sont d'ailleurs trop stables pour que ça soit possible.

Dans le cas d'une réaction de fission nucléaire, on part d'un noyau d'atome dont l'énergie de liaison entre constituants du noyau est haut en énergie ; et que l'on va diviser en noyaux plus petit donc la somme des énergies de liaisons sont plus basses.


*Note : suivant la convention on parle de niveau en énergie négative (parce qu'on parle en réalité en différence d'énergie d'où le fait que ça peut être négatif) pour des états du coup le plus stable c'est celui qui est plus bas ; alors que dans d'autre convention on va parler en niveau d'énergie positif (donc le plus stable sera celui plus haut en énergie). Ici je considère le plus bas comme étant le plus stable.

[Floda200489]

Clairement je ne suis pas de niveau là... Mais promis au fil de mes recherches et de mes compréhensions, je reviendrais voir vos réponses pour voir si j'ai mieux saisis ^^'

Merci beaucoup pour votre aide !

[Amanuensis]

annulé, fausse manip

[Amanuensis]

Juste un point.

Comme on peut l'inférer du message de Baal149, les "énergies fossiles", c'est à dire du carbone ou des hydrocarbures, n'ont pas de "potentiel énergétique" en propre

C'est seulement avec du dioxygène que peut être libérée de l'énergie qu'on va pouvoir convertir en énergie "noble", énergie mécanique (mouvement, déplacement, élévation luttant contre la pesanteur, ...) ou électrique (comme ce qui est fournit par le réseau de distribution).

Le carbone et les hydrocarbures sont des réducteurs. Comme le sont aussi le papier, les huiles, le sucre, etc.

Ces matériaux, réducteurs, peuvent entrer en une réaction d'oxydo-réduction avec le dioxygène (oxydant) : ils brûlent, en dégageant de l'énergie sous forme de chaleur. Les aliments réducteurs (huiles, sucres, ...) sont aussi, combinés à l'oxygène de l'air respiré, l'origine de l'énergie qui nous maintient en vie.

Le "potentiel énergétique" n'est pas dans les fossiles (ou dans le sucre), il n'est pas dans le dioxygène, il est dans la combinaison des deux.

Il y a différentes classes de "réactions chimiques", l'oxydo-réduction en est une, une autre groupe les réactions entre acides et bases.

Pour l'oxydo-réduction, on attribue à chaque "matériau" un pouvoir oxydant ou réducteur, qui permet de prédire quelles combinaisons pourront donner lieu à une oxydo-réduction dégageant de l'énergie ou, au contraire, nécessitant un apport d'énergie.

Pour un atome dans une molécule, quelques "règles du pouce" permettent de le classer dans l'échelle oxydant/réducteur. O dans O2 est très oxydant, et H dans H2 est très réduit. Leur oxydo-réduction mutuelle libère beaucoup d'énergie, et donne H2O, l'eau,, une molécule dans laquelle O est dans un état réduit, et H dans un état oxydé, une sorte de molécule "neutre" pouvant difficilement entrer dans une nouvelle réaction d'oxydo-réduction libérant de l'énergie.

Oxygène et hydrogène permettent d'avoir une idée des états oxydés ou réduits d'autres atomes. Par exemple le carbone est totalement oxydé dans le CO2, et totalement réduit dans CH4. Et est "moyennement oxydé ou réduit" dans le sucre.

En règle générale, comme nous vivons dans un milieu oxydant (à cause du dioxygène de l'air), les oxydes sont des matériaux "neutres", des "cendres", difficilement utilisables pour libérer de l'énergie. On a vu H2O et CO2, mais cela inclut aussi la vaste majorité des roches, formés d'oxydes, soit métalliques (Al2O3, CaO, Fe2O3, ...), ou pas (SiO2, la silice).

Mais ce n'est qu'une partie du sujet. Il y a des matériaux neutres pour d'autres raisons, comme le diazote N2 ou les gaz rares, hélium, argon.

[Amanuensis]

PS: Une erreur (grave) de terminologie.

A la place de "et H dans H2 est très réduit.", lire "et H dans H2 est très réducteur."

Le piège dans lequel je suis tombé en écrivant trop vite est classique. En gros, "Réducteur" signifie "qui peut entrer dans une réaction d'oxydo-réduction, en réduisant un oxydant", "réduit" signifie "qui peut être le résultat de la réduction d'un oxydant dans une réaction d'oxydo-réduction".

[f6bes]

Donc oui, on peut tirer de l'énergie de tout, le bois j'imagine que c'est pr combustion ^^' mais alors comment le sait-on ? Comment sait-on que l'eau a un potentiel faible en énergie chimique ?

Remoi,
Nos trés lontains ancétres (homme des cavernes) n'en savait strictement...rien !
Ils ont " découverts" que le bois pouvait bruler (et donc libérer des calories).
Ils n'ont certainement pas du le deviner .. tout seul.
C'est en " découvrant" la nature (action de la foudre ) qu'ils en ont déduit cela.
Observation et expérimentation, c'est le plus de l'évolution !
Pour le reste c'est le meme processus.
Bonne journée