L'énergie : vocabulaire et schématisation

Sur les différentes pratiques pédagogiques et les documents généraux, les évaluations, la didactique, l'épistémologie... Tout ce qui est disciplinaire mais non lié à un niveau donné.

L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 11 Déc 2016, 22:30

Bonjour à tous,

Mise à jour 8 avril 2017 : suite aux échanges de cette discussion, j'ai rédigé cette synthèse (vous devez être connectés pour la télécharger) :
enseigner l energie_4.pdf

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Mise à jour 10 mai 2017 : dr75 a publié un cours et un paddlet rassemblant de nombreuses ressources très pertinentes pour enseigner le thème de l'énergie tel qu'il est abordé dans cette discussion.
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Note : pour élaborer les diagrammes, je conseille cet excellent outil : https://www.draw.io/ . Ici un exemple de diagramme vierge que j'utilise (à ouvrir avec https://www.draw.io/ ) :
Diagramme_base.xml


Message d'origine :
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Je crée cette discussion pour échanger autour de ce thème "L'énergie" parce qu'il prend une place très importante dans le programme de Cycle 4 (et 3) et qu'il me semble que les pratiques sont très différentes d'un collègue à l'autre, que ce soit la schématisation d'une chaine d'énergie ou le vocabulaire associé à l'énergie.

Le but c'est de nous simplifier la tache : discours commun = efficacité.

Ci-dessous ce que j'utilise (ou vais utiliser) dans mes cours, n'hésitez pas à commenter.

Chaine énergétique

Que mettez vous dans les rectangles ? Dans les ronds ? A côté des flèches ?

  • Dans les rectangles je mets le nom des réservoirs d'énergie : il peut stocker de l'énergie. Et je mets aussi dans le rectangle le nom de la formé d'énergie stockée (voir ci-dessous).
    Exemples : environnement, vélo, etc.
  • Dans les ronds je mets le nom des convertisseurs d'énergie : ils ne peuvent pas stocker de l'énergie.
    Exemple : lampe.
  • A côté de la flèche, je mets le nom du mode de transfert d'énergie.
    Exemple : transfert thermique.

diagramme_energie1.png


Vocabulaire : source d'énergie, forme d'énergie, transfert d'énergie, conversion d'énergie

Le vocabulaire du langage courant lié à l'énergie mélange sans distinction : source d'énergie, mode de transfert, formes d'énergie. Comme souvent il y a un travail d'explicitation à faire, sans quoi les élèves auront des obstacles d'apprentissage qui se développeront.

  • Source d'énergie : système qui peut stocker et transférer de l'énergie à un autre système.

    Exemples : le bois, l'uranium, le vent, l'eau, etc.
    L'électricité n'est pas une source d'énergie, le feu non plus (ce ne sont pas des systèmes).
    Les panneaux solaires (PV) ne sont pas non plus des sources d'énergie, mais des convertisseurs.
    Note : ce sont les sources d'énergie qui sont renouvelables ou pas. On ne devrait pas parler d' "énergie renouvelable".
    .
  • Formes d'énergie
    2 grandes catégories : cinétique et potentielle.
    Au macroscopique :
    - cinétique et potentielle sont l'énergie mécanique.
    Au microscopique :
    - énergie cinétique c'est ce qu'on appelle l'énergie thermique
    - énergie potentielle : c'est l'énergie chimique et l'énergie nucléaire

    Pour l'énergie électrique, voir ci-dessous.
    .
  • Transfert d'énergie
    4 façons de transférer l'énergie :
    - transfert thermique
    - transfert mécanique (travail d'une force)
    - transfert électrique : préférable à l'utilisation du terme "énergie électrique" qui n'est pas véritablement une énergie.
    - rayonnement

    Je ne sais pas trop si je dois ajouter "rayonnement", c'est aussi considéré comme un mode de transfert thermique. Quels sont les cas de transfert d'énergie par rayonnement qui ne sont pas un transfert thermique.

Voilà, dites moi ce que vous en pensez.
Sur le sujet je trouve cette animation très claire : http://www.ostralo.net/5_sites/flash/energie.swf

image_energie.png
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Dernière édition par xavier29 le 30 Mai 2019, 18:22, édité 4 fois.
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Célestine » 11 Déc 2016, 23:40

Dans le cadre du programme de terminale S, je fournis la fiche méthode ci-contre (fortement inspirée de je ne sais plus quel manuel).

Je suis globalement d'accord avec tout ce que tu décris (même si je ne distingue pas les rectangles et les ellipses en TS). Par contre, je suis un peu gênée par les formes et les transferts d'énergie.
Si l'on part du premier principe de la thermodynamique, il n'y a que deux grands types de transferts thermiques (ah non, d'énergie !) : le travail W et la chaleur Q.
Dans ce cadre, je placerais le transfert électrique comme exemple de travail, et le rayonnement prend toute sa place dans les transferts thermiques (avec la conduction et la convection, c'est l'un des trois modèles microscopiques de transfert thermique).

Et pour les formes d'énergie, même si j'imagine qu'on ne fait pas de liste exhaustive en cycle 4, je trouve qu'il manque l'énergie thermique. Sinon, la suite n'a que peu de sens.

Qu'en dis-tu ?

EDIT en gras... (13/12/2016)
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 12 Déc 2016, 03:37

Merci pour ton retour Céline. Très content qu'une collègue de lycée participe à cette réflexion, à vrai dire elle m'est venue parce que j'ai pu comparer les cours de collègues du lycée avec ceux de collègues du cycle 4, si j'avais été élève j'aurai été complètement paumé ! Et pour l'enseignant j'ai imaginé la galère que ça doit être de reprendre tout le vocabulaire lié à l'énergie au lycée qui a été répété pendant 4 ans au collège.

Pour les transferts, j'utilise plutôt le terme "transfert thermique" plutôt que "chaleur", pour éviter les expressions du style "Transfert de chaleur" qui n'a aucun sens et ressuscite la théorie du calorique.

Classer le transfert électrique comme un travail, c'est intéressant. D'après toi c'est le travail de la forcé électrique sur les électrons en mouvement ?

Pour les formes d'énergie, justement la liste exhaustive des formes d'énergie est assez réduite : que vois-tu en plus des 4 que j'ai citées ?
Il ne manque pas l'énergie thermique, je l'ai citée :) .

Merci pour ton document, voici quelques modestes commentaires :
- je n'ai jamais fait la distinction entre transmetteur et convertisseur, mais c'est intéressant. C'est un niveau de détail supplémentaire je dirai. Je mettais par exemple turbine et alternateur dans le même système convertisseur qui reçoit de l'énergie par transfert mécanique (travail) et fournit de l'énergie par transfert électrique.
- tu dis "Le réseau électrique est un réservoir d’énergie électrique", je crois que j'aurai distingué "le réseau" et "les convertisseurs" que sont les centrales électriques. Le réseau permet le transfert d'énergie, il n'en stocke pas et il ne convertit rien.
Et je n'aurai pas parlé d'énergie électrique.
- tu dis : "Indiquer, au-dessus de chaque flèche, le type d’énergie transférée (cinétique, potentielle, électrique,...)", pour moi les flèches n'ont pas du tout vocation à préciser la forme d'énergie transférée, mais le mode de transfert.
Et ce sont deux choses bien différentes : un transfert mécanique (travail) n'entraine pas nécessairement une variation d'énergie mécanique pour le système qui reçoit cette énergie.
La forme d'énergie qui va varier dans le système est indiquée dans le rectangle du système.
On dissocie ainsi bien transfert et forme d'énergie.
Exemple : dans le freinage d'une voiture, le système voiture voit son énergie mécanique diminuer, l'environnement voit son énergie thermique augmenter mais le transfert se fait par travail.

En fait est-ce qu'il ne vaudrait mieux pas, quand on parle de transfert d'énergie, éviter de parler de la forme d'énergie ?
Plutôt que dire : "le système A transfert de l'énergie mécanique au système B", plutôt dire "le système A transfert de l'énergie par travail au système B". Pour éviter que l'élève ait du mal à comprendre que le système B qui reçoit cette énergie s'échauffe, par exemple.
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede physix » 12 Déc 2016, 10:24

C'est un belle discussion que j'aurais bien aimé voir dans le programme lui-même.
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Célestine » 12 Déc 2016, 16:40

xavier29 a écrit:Il ne manque pas l'énergie thermique, je l'ai citée :) .


Si je savais lire, aussi...

Pour le reste, il faut que je réfléchisse un peu, et on en reparle !
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Célestine » 13 Déc 2016, 10:48

xavier29 a écrit:Pour les transferts, j'utilise plutôt le terme "transfert thermique" plutôt que "chaleur", pour éviter les expressions du style "Transfert de chaleur" qui n'a aucun sens et ressuscite la théorie du calorique.

Je suis d'accord. J'ai d'ailleurs fait une erreur (corrigée maintenant) dans mon premier post. C'est ballot quand on parle justement de précision du vocabulaire...

xavier29 a écrit:Classer le transfert électrique comme un travail, c'est intéressant. D'après toi c'est le travail de la forcé électrique sur les électrons en mouvement ?

Oui, je le vois ainsi.

xavier29 a écrit:- tu dis "Le réseau électrique est un réservoir d’énergie électrique", je crois que j'aurai distingué "le réseau" et "les convertisseurs" que sont les centrales électriques. Le réseau permet le transfert d'énergie, il n'en stocke pas et il ne convertit rien.

En effet. Comme quoi, reprendre un exemple tout fait d'un bouquin n'est jamais chose aisée.

xavier29 a écrit:- tu dis : "Indiquer, au-dessus de chaque flèche, le type d’énergie transférée (cinétique, potentielle, électrique,...)", pour moi les flèches n'ont pas du tout vocation à préciser la forme d'énergie transférée, mais le mode de transfert.
Et ce sont deux choses bien différentes : un transfert mécanique (travail) n'entraine pas nécessairement une variation d'énergie mécanique pour le système qui reçoit cette énergie.
La forme d'énergie qui va varier dans le système est indiquée dans le rectangle du système.
On dissocie ainsi bien transfert et forme d'énergie.
Exemple : dans le freinage d'une voiture, le système voiture voit son énergie mécanique diminuer, l'environnement voit son énergie thermique augmenter mais le transfert se fait par travail.

En fait est-ce qu'il ne vaudrait mieux pas, quand on parle de transfert d'énergie, éviter de parler de la forme d'énergie ?
Plutôt que dire : "le système A transfert de l'énergie mécanique au système B", plutôt dire "le système A transfert de l'énergie par travail au système B". Pour éviter que l'élève ait du mal à comprendre que le système B qui reçoit cette énergie s'échauffe, par exemple.

Pourquoi pas, ça se défend. Mais comment gères-tu alors le cas suivant ? Quel type d'énergie privilégies-tu dans le carburant : l'énergie chimique ou mécanique ?
L'avantage que je trouvais à la version que je présente, est que les élèves visualisaient les conversions (plus facile ensuite pour faire les calculs de rendement). Et là, je sèche un peu, du coup.
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 13 Déc 2016, 18:40

Pour le carburant, je privilégie l'énergie chimique, dans le cas cité.

Voici comment j'indiquerais les formes d'énergie mises en jeu : dans les rectangles des réservoirs, tout simplement.
Ce sont bien des réservoirs d'énergie, donc c'est là qu'il le semble le mieux d'indiquer les formes des énergies en jeu (et pas sur les flèches).
Les convertisseurs sont sous forme d'ovale pour bien distinguer : ils ne stockent pas d'énergie, donc pas de précision sur la forme d'énergie dans ces éléments du schéma.

schema_energie.png


Pour les rendements, ça ne me semble pas poser de soucis : il y a les transferts d'énergie utile (Travail d'une force) et les transferts d'énergie perdue (pertes par transfert thermique).

Voici comment Mme Coudert présente les calculs de rendement : https://www.youtube.com/watch?v=_kF8xPd ... K9CaK6kiC7
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Spilou » 14 Déc 2016, 13:31

Très intéressante comme discussion! Je suis plutôt partie prenante du point de vue défendu par Xavier29, notamment en ce qui concerne le cas de l'électricité.
Mais je reste toujours dubitatif, prenons deux cas de convertisseurs:
- la pile, qui est à la fois un réservoir d'énergie chimique (potentielle micro) et un convertisseur qui fournit... quoi? un travail électrique, un transfert par travail électrique, une énergie électrique ? et vers quel autre réservoir? le circuit? mais dans ce cas, l'énergie/ travail n'est pas stockée... :? ou faut-il inclure la lampe? mais dans ce cas, la lampe n'est pas un réservoir mais aussi un convertisseur...

- la lampe, qui fournit de l'énergie thermique (pour faire simple et globaliser) à l'air qui est identifié comme réservoir. mais que reçoit elle? quelle énergie? électrique? de la part de quel réservoir? la pile? pourtant la pile est identifiée comme convertisseur...

donc la lampe devrait être plutôt considérée comme un transmetteur au même titre que la turbine, non?

bref, je m'y perds franchement et je ne sais pas comment aborder ce cas (et d'autres) en apparence simple dans le cas de l'étude des circuits. pourtant cela me semblait être une porte d'entrée intéressante pour aborder l'énergie.

Considérer l'électricité comme un mode de transfert plutôt qu'une énergie me semble plus pertinent.
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede xavier29 » 14 Déc 2016, 17:14

Spilou a écrit:- la lampe, qui fournit de l'énergie thermique (pour faire simple et globaliser) à l'air qui est identifié comme réservoir. mais que reçoit elle? quelle énergie? électrique? de la part de quel réservoir? la pile? pourtant la pile est identifiée comme convertisseur...


Est-ce que la source de difficulté n'est pas de vouloir identifier la forme d'énergie dans les transferts ? Il me semble que ce n'est pas nécessaire : un transfert c'est "de l'énergie" qui va de A à B. Il y a deux grands modes de transfert : transfert thermique Q (dit aussi chaleur), transfert mécanique W (dit aussi travail). Chacun pouvant être précisé si besoin, par exemple : travail électrique We, travail d'une force Wf, etc.

Dans les transfert je nomme donc le mode de transfert, mais pas la forme d'énergie transférée, je dissocie forme d'énergie et mode de transfert.

Dans l'exemple choisi, j'aurai simplement dit :
- pour les transferts : "la lampe reçoit de l'énergie de la pile par travail électrique, et transfert cette énergie à l'environnement par transfert thermique."
- pour les réservoirs, convertisseurs et formes d'énergie : "la pile est un réservoir d'énergie chimique, la lampe un convertisseur, le réservoir qui reçoit l'énergie est l'environnement, son énergie thermique augmente."

Diagramme_energetique_pile_1.png


Le diagramme a été réalisé en ligne avec cette excellent outil que je recommande à tous : https://www.draw.io/ .
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Re: L'énergie : vocabulaire et schématisation

Messagede Spilou » 14 Déc 2016, 19:12

Bon d'accord, ça me va et c'est effectivement plus clair. Mais maintenant, comment traduire cela en concepts simples à transmettre au niveau du cycle 4?
Je me vois mal aborder les énergies, leur transfert sous l'appellation travail ou chaleur, la notion de convertisseur (de travail ou chaleur et non plus d'énergie du coup) et de réservoir stockant l'énergie. A ce stade, on est au niveau de la TS comme le souligne Célestine.

Que peut-on simplifier sans retomber dans les travers de vocabulaire dénoncés?

Par exemple, comment éviter de parler d'énergie électrique en 5°? Accorde moi le fait que c'est bien pratique pour définir les rôles d'un générateur et d'un récepteurs.
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