L'énergie : vocabulaire et schématisation

[Aranel53]

Le but de tout ça est pédagogique... La "réalité" n'existe pas et on s'en fout, nous, les formes d'énergie n'existent pas ce sont des modélisations. La thermodynamique n'est pas la réalité, c'est une manière de calculer des trucs. Relisez les pages wikipédia sur le sujet, c'est instructif.

L'échelle de durée est ce qui permet de simplifier l'analyse. Pour la balle de golf frappée par le club, on parle de transfert mécanique et énergie cinétique pour la forme à l'arrivée. Alors qu'on passe par de l'énergie potentielle élastique qui est zappée car à notre échelle de temps on s'en fout on l'englobe dans le transfert mécanique. Mais si on avait la frappe au super ralentit on parlerait de la déformation de la boule...
https://www.shutterstock.com/fr/video/c ... low-motion

L'énergie lumineuse existe forcément, c'est pas la question, la question est "est-ce qu'il est pertinent de la classe dans les formes d'énergie en collège ou non? ", c'est tout.
Si vous parlez d'énergie lumineuse, il faut un transfert pour passer de la forme d'avant à la forme d'après. Vous abordez ça en collège ? Ou alors vous avez une autre définition de ce qu'est un transfert ?

Si on chipote, on pourrait dire aussi que l'énergie thermique n'existe pas, n'étant qu'une manière macroscopique de concevoir des variations d'énergie potentielle et cinétiques pour les molécules et les atomes...

Mon but ici est d'avoir un ensemble cohérent que je puisse présenter aux élèves avec une logique qu'ils puissent appliquer seuls, mais ensuite chacun fait comme il peut/veut.

Il faut que les élèves sachent distinguer une forme d'un transfert, ce qui est impossible puisqu'on n'est ni d'accord ni cohérents entre nous et que le programme ne précise rien. :/

Je vais reprendre le livre de Geneviève Bissuel, très clair et complet sur toutes ces notions (même si c'était il y a plus de 25 ans) et je proposerai mon article au BUP et ensuite on verra bien...

[xavier29]

La "réalité" n'existe pas et on s'en fout, nous, les formes d'énergie n'existent pas ce sont des modélisations. La thermodynamique n'est pas la réalité, c'est une manière de calculer des trucs. Relisez les pages wikipédia sur le sujet, c'est instructif.

Comme toutes les théories de physique-chimie .
Pour autant on enseigne en restant cohérent avec ces théories.

Donc ce que j'enseigne sur la distinction entre forme d'energie et modes de transfert, la définition d'un convertisseur, les diagrammes énergétiques étant :
- cohérents avec le 1er principe de la thermodynamique
- adaptés au niveau scolaire de mes élèves pour leur permettre d'y donner du sens
- conformes aux programmes de collège ET de lycée,
- appréciés, soutenus et conseillés à mes collègues par les inspecteurs
- enseignés en formation dans d'autres académies
- appuyés par des références didactiques sérieuses
je pense continuer ainsi .

[Ben86]

@Aranel53 : Quel est le titre du livre de Geneviève Bissuel ? Cela pourrait m'intéresser.

Je viens de relire les derniers échanges à tête reposée et les choses s'éclaircissent un peu. Je me rends compte que la confusion qui régnait dans ma tête venait en partie du fait que je définissais mal le système étudié, ainsi que de l'oubli de quelques notions fondamentales de physique. Merci pour vos précieuses réponses.
Par ailleurs, le tout premier message de ce sujet, publié et mis à jour par Xavier29, résume finalement bien tous ces concepts.
Merci pour vos échanges et désolé d'avoir semé le trouble avec mes questionnements.

Je retiens quand même que pour être cohérent avec tout ce qu'on a dit, il ne faut plus dire qu'un convertisseur convertit l'énergie d'une forme à une autre mais permet plutôt de passer d'un mode de transfert à un autre, ce qui est quand même moins simple à expliquer aux élèves, je trouve.

Et il reste la question du mode de transfert par rayonnement : faut-il le mentionner comme mode de transfert à part entière ou l'intégrer au transfert thermique, comme c'est le cas dans le supérieur ? Là, je crois que c'est une question d'ordre pédagogique et je pense qu'il est peut-être préférable de le garder séparé du transfert thermique.

[Aranel53]

@Aranel53 : Quel est le titre du livre de Geneviève Bissuel ? Cela pourrait m'intéresser.

"Si la physique était symbolique" (titre choisi par l'éditeur comme d'hab)
https://pufc.univ-fcomte.fr/et-si-la-ph ... lique.html

Je retiens quand même que pour être cohérent avec tout ce qu'on a dit, il ne faut plus dire qu'un convertisseur convertit l'énergie d'une forme à une autre mais permet plutôt de passer d'un mode de transfert à un autre, ce qui est quand même moins simple à expliquer aux élèves, je trouve.

Je pense que tu as bien résumé !

Effectivement, pour rester le plus cohérent possible, il vaut mieux ne parler que des phénomènes de transferts quand on parle d'un convertisseur. Par définition le boulot d'un convertisseur n'est pas de stocker une certaine forme d'énergie donc il reçoit du transfert et en fournit d'autres.

On a une distinction ici à faire avec la techno car ils mettent une partie de mes convertisseurs dans la "chaine de transmission", Pour moi le système bielle-manivelle par exemple est un convertisseur, ou la pale d'une éolienne, ou la turbine... même si ça reçoit un transfert mécanique et fournit aussi un transfert mécanique (mais pas le vraiment même)... Ou bien la boule métallique du milieu dans un pendule de Newton, ça ne me choque pas qu'on la considère comme un convertisseur. Je ne pense pas qu'il faille rajouter dans la définition qu'il faut que le type de transfert change forcément par exemple. Et comme on a des frottements, on a forcément un transfert thermique vers l'extérieur en plus mais pour moi ce n'est pas lié à la définition d'un convertisseur.

Mais je comprends que ça se plaide ou bien qu'on ne veuille pas rentrer à ce niveau de détails en collège.

Et il reste la question du mode de transfert par rayonnement : faut-il le mentionner comme mode de transfert à part entière ou l'intégrer au transfert thermique, comme c'est le cas dans le supérieur ? Là, je crois que c'est une question d'ordre pédagogique et je pense qu'il est peut-être préférable de le garder séparé du transfert thermique.

Pour moi c'est très clair, il est absolument nécessaire d'abord d'en parler comme un phénomène à part séparé du transfert thermique. En effet le rayonnement peut faire quasiment ce qu'on veut comme conséquence, changer l'énergie chimique comme pour la photosynthèse, changer l'énergie cinétique comme pour un radiomètre, et aussi changer l'énergie thermique.
Et ensuite, on pourra dire que le plus souvent et qu'en majorité l'énergie finit sous forme thermique et que toute matière émet du rayonnement en fonction de sa température donc on peut considérer qu'il s'agit d'un transfert qui ne fait que changer l'énergie thermique... Mais ça entraine le problème de la définition d'un transfert "thermique" et d'un transfert tout court.

Si on a un transfert thermique quand on change la température des deux objets on sort d'une définition par phénomène de transfert pour rentrer dans une définition basée sur les résultats. Quand on chauffe un glaçon qui fond, la température n'augmente pas. Est-ce encore un transfert "thermique" alors ? Mais s'il suffit de changer la température d'un des deux objets, alors un frottement est un transfert thermique ? Un fil électrique qui chauffe a reçu un transfert thermique ? non, pas pour moi.

C'est pour sortir de ces incohérences qu'il est à mon avis nécessaire de baser les définitions de transfert sur le phénomène et non pas sur les résultats.
Certaines définitions sont encore sur "si la forme d'énergie ne change pas, c'est un transfert, sinon c'est une conversion" et bien ça ne marche pas en pratique ce genre de définition quand on essaye de décrire des cas concrets.

[xavier29]

Pour moi le système bielle-manivelle par exemple est un convertisseur, ou la pale d'une éolienne, ou la turbine...

Oui pour moi aussi, pour la simple raison (comme tu dis par la suite) qu'une partie de l'énergie est cédée par transfert thermique. C'est important de le dire à mon avis, puisque ça correspond à une réalité très compréhensible : on cherche à réduire le nombre de convertisseurs pour réduire les pertes.

Je ne pense pas qu'il faille rajouter dans la définition qu'il faut que le type de transfert change forcément par exemple. Et comme on a des frottements, on a forcément un transfert thermique vers l'extérieur en plus mais pour moi ce n'est pas lié à la définition d'un convertisseur.

Ca me parait pourtant plus pédagogique : un convertisseur convertit. Si en entrée et en sortie on représente le même transfert, pourquoi mentionner qu'il s'agit d'un convertisseur.
Et en plus ça correspond à la réalité : il y a des pertes, le mode de transfert en entrée n'est pas le même qu'en sortie.

Et il reste la question du mode de transfert par rayonnement : faut-il le mentionner comme mode de transfert à part entière ou l'intégrer au transfert thermique, comme c'est le cas dans le supérieur ? Là, je crois que c'est une question d'ordre pédagogique et je pense qu'il est peut-être préférable de le garder séparé du transfert thermique.

Pour moi c'est très clair, il est absolument nécessaire d'abord d'en parler comme un phénomène à part séparé du transfert thermique. En effet le rayonnement peut faire quasiment ce qu'on veut comme conséquence, changer l'énergie chimique comme pour la photosynthèse, changer l'énergie cinétique comme pour un radiomètre, et aussi changer l'énergie thermique.

Oui pour moi aussi il faut le distinguer.

Et ensuite, on pourra dire que le plus souvent et qu'en majorité l'énergie finit sous forme thermique et que toute matière émet du rayonnement en fonction de sa température donc on peut considérer qu'il s'agit d'un transfert qui ne fait que changer l'énergie thermique... Mais ça entraine le problème de la définition d'un transfert "thermique" et d'un transfert tout court.

+1 : ce type raccourci amène des confusions entre transfert et forme d'énergie.
Un transfert thermique n'amène pas systématiquement une variation de l''énergie thermique stockée.
Pour bien distinguer "transferts" et "formes d'énergie stockées", ne pas dire : "il y a transfert d'énergie thermique", par exemple. Mais "DE" l'énergie est transférée... par transfert thermique ou par rayonnement, ou par transfert mécanique, etc.

Ils sont intéressants tes exemples :
> Quand on chauffe un glaçon qui fond, la température n'augmente pas. Est-ce encore un transfert "thermique" alors ?
On pourra dire que le glaçon voit son énergie chimique augmenter parce qu'il reçoit de l'énergie par transfert thermique (ou autre).

> alors un frottement est un transfert thermique ?
Qu'une plaquette de frein voit son énergie thermique augmenter parce qu'elle reçoit de l'énergie par transfert mécanique.
Etc.

Certaines définitions sont encore sur "si la forme d'énergie ne change pas, c'est un transfert, sinon c'est une conversion" et bien ça ne marche pas en pratique ce genre de définition quand on essaye de décrire des cas concrets.

D'accord pour la forme d'énergie, mais si l'on compare les modes de transfert en entrée et en sortie, je crois qu'on peut dire sans se tromper que si les modes de transfert sont les mêmes, alors ce n'est pas un convertisseur.

[Aranel53]

J'ai balancé tout ça à mes troisièmes et j'ai l'impression que ça va de mieux en mieux... Le fait de parler du vocabulaire en technologie et de comment on peut déplier les formes d'énergie dont la liste doit toujours être exhaustive a aidé certains élèves.
Le fait de dire explicitement qu'on va séparer les formes d'énergie qui ne se calculent pas avec la même formule (si on en a besoin)

J'espère maintenant avoir moins de "énergie mécanique" qui se baladent dans les interros.

Liste minimale :
Énergie mécanique
Énergie chimique
Énergie thermique
Énergie nucléaire

Liste classique : on déplie l'énergie "mécanique" en "énergie potentielle et énergie cinétique"
Énergie cinétique
Énergie potentielle
Énergie chimique
Énergie thermique
Énergie nucléaire

Ma liste à moi : je déplie "énergie potentielle" en "énergie potentielle de pesanteur" (car mgh) et les "énergies potentielles élastiques" en les regroupant toutes sous cette appellation
Énergie cinétique
Énergie potentielle de pesanteur
Énergie potentielle élastique
Énergie chimique
Énergie thermique
Énergie nucléaire

Une liste plus détaillée :
Énergie cinétique
Énergie potentielle de pesanteur
Énergie potentielle élastique
Énergie potentielle magnétique
Énergie potentielle de compression
Énergie chimique
Énergie thermique
Énergie nucléaire

la liste détaillée j'en parle mais on n'insiste pas dessus, on fait l'exemple des aimants et de la seringue bouchée qui se comporte comme un ressort mais c'est tout.

Et je leur dis qu'au brevet, il y aura certainement seulement "énergie potentielle" et non pas "énergie potentielle de pesanteur".

[Aranel53]

Et pour les convertisseurs, j'ai essayé de voir ce que ça donnait... et bien le fait de parler de transferts va éliminer pas mal de systèmes. Comme par définition on n'a pas de transfert chimique (car c'est un transport de matière et pas un transfert énergétique) et bien pas mal de systèmes sortent de la définition.

La cheminée, le moteur à combustion interne, la batterie par exemple...

J'ai tenté rapidement de faire une liste exhaustive de convertisseurs en me basant sur la définition disant qu'un convertisseur change le type de transfert. voici ce que ça donne, si vous trouvez d'autres exemples je suis preneur !
Je ne dis pas qu'on doit parler de tout ça en collège, mais c'est pas mal de l'avoir en tête je pense.

J'ai laissé les objets qui fournissent le même type de transfert que ce qu'ils reçoivent, à voir si on les considère vraiment comme des convertisseurs ou pas...
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[znamrv]

Comme par définition on n'a pas de transfert chimique (car c'est un transport de matière et pas un transfert énergétique) et bien pas mal de systèmes sortent de la définition.

La cheminée, le moteur à combustion interne, la batterie par exemple...

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Il fallait bien une exception... je rajoute réacteur nucléaire (on apporte de la matière uranium). Et je le laisse dans la catégorie convertisseurs en changeant la forme de la flèche (droite pour les transferts d'énergie) courbe pour le transport de matière dans le convertisseur.

Bon en terminale ES j'ai l'impression d'en faire bien moins que toi au collège... enfin j'en reste à 4 formes d'énergie, 4 modes de transfert et je laisse les convertisseurs du type pale d'éolienne ou turbine, parce qu’on en a besoin pour le rendement.

[Aranel53]

Hé ! Mais c'est une sacrément bonne idée de mettre les transports sous forme de flèche courbe ! Merci pour l'idée.

Je vais voir si ça vaut le coup que je rajoute ça, en expliquant comme d'habitude aux élèves que ce niveau de finesse ne sera pas au brevet.

[Lorenzo]

Bonjour à tous, je voudrais proposer l'activité suivante à mes eleves (les formes d'énergies et les différents modes de transferts ont déjà été évoqués)

Mon problème c'est dans le diagramme énergétique que mettriez vous comme transfert entre le poisson (dans lequel de l'énergie chimique est stockée) et le pingouin ? Ce dernier va effectuer un travail mécanique vers le vélo + transfert thermique vers l'environnement mais qu'elle transfert rentre dans le système "pingouin" je commence à me perdre

https://drive.google.com/file/d/1a2oBKdlnwRZWhPss1cNnt3EOvxqccSKn/view?usp=sharing

Merci d'avance pour votre aide !