confusion sources et formes d'énergie élève

[chocoaddict44]

Bonjour,

je me rends compte que les élèves ont beaucoup de mal à ne pas confondre "source" et " forme" d'énergie , comment faites-vous pour que vos élèves évitent cette confusion?

Je me dis qu'il serait peut-être intéressant de leur faire un jeu de cartes sur le sujet afin de d'identifier les sources et les formes d'énergie.

Merci d'avance pour vos avis

[Delva]

6e : je fais deux colonnes dans le document et dans les objectifs avant évaluation, il y a spécifié "différencier sources et formes".

Bien entendu, il y a plein d'erreurs mais on répète en 5e avec des documents (vidéos) plus ciblés "sources d'énergie renouvelables ou non" et ils s’approprient mieux ce que sont les sources. Ils voient également que d'une vidéo à une autre le vocabulaire utilisé n'est pas toujours le même ce qui n'empêche pas comprendre le concept.(dans "mes" vidéos : énergies primaires, flux d'énergie qui peuvent prendre plusieurs formes, énergie utile ...)

5e : https://www.youtube.com/watch?v=mqzOGYD ... REEWD&t=0s

http://www.planete-energies.com/fr/medi ... s-energies
et carte mentale à réaliser avec les deux vidéos (+ le temps d'allumer les ordinateurs, il y a de quoi les occuper une heure...)

[xavier29]

je me rends compte que les élèves ont beaucoup de mal à ne pas confondre "source" et " forme" d'énergie , comment faites-vous pour que vos élèves évitent cette confusion?

4 concepts importants : sources, formes, transferts, conversions.

Je leur fait dire ce qu'est l'énergie pour eux, plein de mots ressortent, dont beaucoup de "c'est ce qu'il faut pour faire du sport" ou équivalent. On arrive à une définition approximative mais éclairante pour la suite : l'énergie est ce qui permet d'agir. Par exemple : grandir, bouger, chauffer, déformer, etc.

L'énergie peut être stockée dans des sources.
Les sources peuvent être classées en deux familles : renouvelables et non renouvelables. Dans les non renouvelables on distingue : fossiles et nucléaire.
On cite des exemples : soleil, eau ou air en mouvement, bois, pétrole, etc.

Dans ces sources, l'énergie est stockées sous différentes formes, on en voit 4 au collège : énergie thermique (liée à la température), énergie cinétique (liée au mouvement), énergie chimique (liée à la composition), énergie potentielle (liée à la position). Au lycée ils parleront aussi de l'énergie nucléaire (évidemment ils me demandent alors j'en parle un peu).
On fait le lien entre les sources citées et la forme de l'énergie qu'elles stockent.

J'explicite pourquoi on parle "d'énergie éolienne", "énergie solaire", "énergie hydroélectrique", etc (parce que les élèves citent ces mots), en disant qu'ils font référence à la source d'énergie exploitée (vent, soleil, eau, etc). Pour l'énergie musculaire, il s'agit en fait de l'énergie chimique stockée dans les nutriments utilisés par les muscles.

Les transferts : l'énergie stockée dans une source peut être transférée vers un autre système. Exemple : on prend quelqu'un dans ses bras pour le réchauffer, on fait un carreau à la pétanque, etc. On distingue deux modes de transfert : transfert thermique et transfert mécanique, que l'on peut détailler en :
transfert thermique et transfert par rayonnement | transfert mécanique et transfert électrique.
J'explicite alors le terme "énergie électrique" : souvent désignée comme forme d'énergie, mais l'énergie électrique ne se stocke pas, il s'agit d'un mode de transfert. "Énergie électrique" = énergie transférée par électricité.

J'introduis alors les diagrammes énergétiques par des exemples très simples en représentant les sources dans des rectangles (dans lequel j'indique le nom de la source et la forme d'énergie mise en oeuvre), les transfert par des flèches au dessus desquelles j'indique le mode de transfert (un des 4 cités ci-dessus).

Les conversions je garde ça pour plus tard, mais on verra qu'il est possible de convertir une forme d'énergie en une autre grâce aux convertisseurs. Et qu'une forme d'énergie peut aussi se transformer en une autre dans un système, exemples : lors d'une combustion (chimique -> thermique) ou lors de la chute d'un objet (potentielle -> cinétique).

[xavier29]

(...)

Plusieurs remarques sur ton pdf, espérant être constructif :
- dans la colonne "Formes d'énergie" tu indiques : "On peut aussi classer en énergies renouvelables et énergies fossiles." Pour moi il y a là confusion entre sources et formes d'énergie. Ce sont les sources qui sont renouvelables ou pas.
Ensuite dans le classement que tu indiques il manque le nucléaire qui n'est ni renouvelable, ni fossile.
- "Énergie mécanique (mouvements)" : mouvement ou position
- "énergie lumineuse", "énergie électrique" : ne sont pas des formes d'énergie pour moi.
- "énergie thermique (chaleur)" : énergie thermique et chaleur ne sont pas la même chose (l'un est une forme d'énergie, l'autre un mode de transfert).

[Aranel53]

Très bon bilan, merci Xavier29.

IL est à mon avis important de bien préciser aux élyèves que beaucoup de documents, beaucoup de vidéos, de journalistes ou de livres etc. confondent source d'énergie et forme d'énergie. Car par exemple même si "c'est de la matière qui bouge" dans les deux cas, on ne va pas construire une éolienne de la même manière qu'un barrage, donc on a mis des mots pour dire quelle matière bouge, mais c'est de l'énergie cinétique dans les deux cas. Petit à petit ils s'en sortent. Je distingue énergie potentielle de pesanteur et énergie potentielle élastique pour ma part... car on fait mumuse avec des ressorts !

Par contre, je vais aborder ça avec mes élèves de cette année et j'ai eu des soucis pédagogiques avec la distinction transferts/conversions l'an dernier. Les élèves essayent de bien faire et se dépatouiller avec les définitions et ça fait ressortir les problèmes conceptuels !

La limite entre transfert et conversion est très floue, vu que la plupart des transferts passent par des conversions d'énergie. Le transfert thermique ok, on peut dire qu'il n'y a pas de conversion d'une forme d'énergie en une autre si je mets un objet chaud contre un objet froid. Mais pour le transfert par rayonnement, on ne peut pas parler de transfert thermique, c'est un abus de langage, oui ok c'est souvent un objet chaud qui envoie de l'énergie par rayonnement pour chauffer un autre objet, mais pas toujours. Pas mal de transfert d'énergie véhiculée par des ondes électromagnétiques n'aboutissent pas uniquement à de l'énergie thermique (photosynthèse, téléphonie, bronzage...)

Pour le transfert électrique, il y a forcément conversion, du coup pourquoi parler juste de transfert ? Les élèves froncent les sourcils et j'ai dû leur faire un bilan qui leur a suffi mais qui m'a laissé un goût un peu cendreux en bouche vu le bazar, c'était en temps réel, qu'en pensez vous et comment l'améliorer ?
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Les transferts d’énergie
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Un transfert d'énergie permet de déplacer de l'énergie ou de convertir de l’énergie d’une forme en une autre.

Il existe quatre sortes de transferts d’énergie :

- le transfert mécanique qui met en jeu l’énergie cinétique.
De l’énergie cinétique vers de l’énergie potentielle de pesanteur ; (ou l’inverse)
De l’énergie cinétique vers de l’énergie potentielle élastique ; (ou l’inverse)
De l’énergie cinétique d’un objet vers de l’énergie cinétique d’un autre objet.
De l’énergie cinétique d’un objet vers de l’énergie thermique de cet objet ou d’un autre objet. (frottements)

- Le transfert thermique (quand de l’énergie thermique d’un objet passe dans un autre objet).

- Le transfert par rayonnement. (mettant en jeu la lumière)

- Le transfert électrique. (dans un circuit électrique, le courant électrique permet de passer d’une forme d’énergie à une autre suivant les dipôles utilisés)

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Du coup, il y a deux idées : l'idée de changement d'objet pour qui on compte l'énergie (transfert) et le changement de forme d'énergie (donc la conversion), ce sont deux notions distinctes en fait, non ? Mais la plupart du temps, il y a aussi transfert quand il y a conversion.

[xavier29]

La limite entre transfert et conversion est très floue, vu que la plupart des transferts passent par des conversions d'énergie. Le transfert thermique ok, on peut dire qu'il n'y a pas de conversion d'une forme d'énergie en une autre si je mets un objet chaud contre un objet froid. Mais pour le transfert par rayonnement, on ne peut pas parler de transfert thermique, c'est un abus de langage, oui ok c'est souvent un objet chaud qui envoie de l'énergie par rayonnement pour chauffer un autre objet, mais pas toujours. Pas mal de transfert d'énergie véhiculée par des ondes électromagnétiques n'aboutissent pas uniquement à de l'énergie thermique (photosynthèse, téléphonie, bronzage...)

Pour moi le transfert est indépendant de la forme d'énergie. La forme d'énergie n'est à considérer que là où elle est stockée : dans le système qui cède ou dans celui qui reçoit l'énergie. L'énergie peut être transférée par différents modes, indépendamment de la forme d'énergie stockée dans les systèmes.
Dit autrement, ce n'est pas une forme d'énergie qui est transférée, mais de l'énergie... tout court.

Un transfert d'énergie permet de déplacer de l'énergie ou de convertir de l’énergie d’une forme en une autre.

Plus simple : un transfert d'énergie, c'est de l'énergie qui va d'un système à un autre. Pas de conversion là dedans.
La conversion se fait lorsque l'énergie passe par un convertisseur. Il n'a pas pour fonction de stocker de l'énergie, donc on ne parle même pas de forme d'énergie liée à un convertisseur. Dans le diagramme ci-dessous, la forme d'énergie stockée dans les sources (rectangles) est indiquée, mais pas dans le convertisseur.

Diagramme_energie_panneau_PV(2).png

Il existe quatre sortes de transferts d’énergie :

- le transfert mécanique qui met en jeu l’énergie cinétique.
De l’énergie cinétique vers de l’énergie potentielle de pesanteur ; (ou l’inverse)
De l’énergie cinétique vers de l’énergie potentielle élastique ; (ou l’inverse)
De l’énergie cinétique d’un objet vers de l’énergie cinétique d’un autre objet.
De l’énergie cinétique d’un objet vers de l’énergie thermique de cet objet ou d’un autre objet. (frottements)

- Les deux premiers sont pour moi des transformations : ça se passe à l'intérieur d'un système. Pas des transferts.
- Le troisième peut être le résultat d'un transfert, mais je ne dis pas que c'est de l'énergie cinétique qui est transférée. C'est de l'énergie, point. Après bien sûr dans des cas simples comme un carreau à la pétanque, dire que l'énergie cinétique est transférée est un raccourci très acceptable .
- Le quatrième est un transfert avec conversion. Exemple : un freinage en formule 1 (je montre l'image d'un disque de frein chauffé au rouge). La fonction du frein n'est pas de chauffer mais de "prendre" l'énergie des roues pour la transférer à l'environnement, donc les freins n'ont pas pour fonction de stocker de l'énergie, il s'agit d'un convertisseur.

Diagramme_freins.png

- Le transfert électrique. (dans un circuit électrique, le courant électrique permet de passer d’une forme d’énergie à une autre suivant les dipôles utilisés)

Du détail, mais je dirais que ce sont les convertisseurs et non le courant électrique qui permet de passer d'une forme d'énergie à une autre. Exemple : la lampe est un convertisseur, elle reçoit l'énergie d'un objet qui perd de l'énergie chimique (la pile), elle transfère cette énergie à l'environnement, son énergie thermique augmente.

Du coup, il y a deux idées : l'idée de changement d'objet pour qui on compte l'énergie (transfert)

Transfert sans conversion, ou transfert passant par un convertisseur.

et le changement de forme d'énergie (donc la conversion), ce sont deux notions distinctes en fait, non ? Mais la plupart du temps, il y a aussi transfert quand il y a conversion.

S'il n'y a pas de changement d'objet, pas de transfert pour moi. Il s'agit de transformation : Ep -> Ec lors d'une chute ou Echimique -> Ethermique lors d'une combustion ou autre transformation chimique.

[Damdé]

La confusion est fréquente, et pas que chez les élèves.
- Les sources d'énergie sont les "réservoirs" (Soleil = énergie solaire / pétrole, gaz, charbon = énergies fossiles / vent = énergie éolienne / eau = énergie hydraulique, ...)
- Ce que l'on qualifie d'énergies renouvelables sont toutes des sources d'énergie.
- Les formes d'énergie à connaitre au collège : électrique, lumineuse, thermique et mécanique (déclinée en cinétique et potentielle en 3ème pour moi), puis chimique (4ème et 3ème pour moi).

Concernant les transferts d'énergie, je les aborde en 5eme lors des changements d'état (transfert d'énergie thermique uniquement).
Les conversions d'énergies sont abordées plus fréquemment (circuits électriques, transformation chimique, méca 3ème ...)

Pour la conversion énergie cinétique / énergie thermique, j'ai trouvé cette chouette vidéo des disques de freins d'une voiture de course :
http://www.sciphy.fr/index.php/disques-de-frein-d-une-voiture-de-course

Pour illustrer la dissipation de l'énergie cinétique, j'avais aussi fait ces montages vidéos de crash-tests :
Influence de la vitesse : http://www.sciphy.fr/index.php/danger-de-la-vitesse-crash-tests
Influence de la masse : http://www.sciphy.fr/index.php/crash-tests-influence-de-la-masse

[xavier29]

La confusion est fréquente, et pas que chez les élèves.

Et dans les programmes aussi : qui confondent forme d'énergie et mode de transfert quand ils écrivent que l'"énergie lumineuse" et "l'énergie électrique" sont des formes d'énergie, ce qui est une erreur.

"Proscrire l’usage de l’expression « énergie électrique » assure cohérence et lisibilité quant à la distinction entre forme d’énergie (stockée) et transfert d’énergie (par définition non stockable). L’expression figure pourtant dans le projet de programme et on peut le regretter. C’est le signe d’une superposition langage courant / langage scientifique qui peut créer de la difficulté chez l’élève et conduire à faire confondre énergie et électricité, confusion courante et observable jusque dans les propos de candidats à l’élection présidentielle..."
http://bupdoc.udppc.asso.fr/consultatio ... iche=22075

Pour ceux qui veulent creuser (c'est long mais c'est bon ) : les conceptions des élèves et des pistes pour enseigner (primaire et secondaire)

[Delva]

(...)

Plusieurs remarques sur ton pdf, espérant être constructif :
- dans la colonne "Formes d'énergie" tu indiques : "On peut aussi classer en énergies renouvelables et énergies fossiles." Pour moi il y a là confusion entre sources et formes d'énergie. Ce sont les sources qui sont renouvelables ou pas.
Ensuite dans le classement que tu indiques il manque le nucléaire qui n'est ni renouvelable, ni fossile.
- "Énergie mécanique (mouvements)" : mouvement ou position
- "énergie lumineuse", "énergie électrique" : ne sont pas des formes d'énergie pour moi.
- "énergie thermique (chaleur)" : énergie thermique et chaleur ne sont pas la même chose (l'un est une forme d'énergie, l'autre un mode de transfert).

Tu as raison : j'ai modifié le document en remplaçant énergies fossiles par énergies non renouvelables. Je parle davantage des énergies fossiles en 5e concernant leur impact sur le réchauffement climatique.
Je garde le reste car c'est pour des 6emes (je leur précise que c'est juste un début et qu'il y a quelques points à approfondir"énergie mécanique, thermique etc").
Par contre, je me rends compte que je suis une des seules à introduire les conversions d'énergie mais également la notion d’énergie chimique dès la 6e.
En 5eme, la compréhension de ce qu'est une énergie chimique (non, il n'y a pas "d'électricité dans la pile"...) ne pose plus problème à la majorité...c'est toujours ça

[ppgaza]

La confusion est fréquente, et pas que chez les élèves.

Et dans les programmes aussi : qui confondent forme d'énergie et mode de transfert quand ils écrivent que l'"énergie lumineuse" et "l'énergie électrique" sont des formes d'énergie, ce qui est une erreur.

On peut pourtant, je crois, parler d'énergie électrique. Dans un condensateur par exemple.

Pour simplifier avec mes collégiens je parle de l'énergie de rayonnement et de l'énergie électrique, en disant que ces énergies ne sont pas "stockable" (on ne parle pas du condensateur évidemment). Ça me semble plus coller au programme en sacrifiant un peu la précision...
Et le transfert d'énergie est vu simplement comme le passage d'une forme d'énergie en une autre, sans préciser tous les transferts qui existent.