En juin 1849, un brasseur du nord de l’Angleterre présente à la Royal Society de Londres le résumé d’années d’expériences. James Prescott Joule fait tomber des poids ; leur chute entraîne des palettes qui brassent de l’eau dans un récipient. L’eau se réchauffe, de l’ordre d’un degré. Le mouvement des poids s’est changé en chaleur, dans une proportion toujours la même. Cette mesure contribue à fonder un principe central de la physique, la conservation de l’énergie. Elle soulève aussi un paradoxe du quotidien. Si l’énergie ne se perd jamais, pourquoi faudrait-il l’économiser ?
LE DÉCLIC EN IMAGE
Au freinage, l’énergie change de forme
Le mouvement diminue tandis que les freins et leur environnement se réchauffent.
Le vélo en mouvement possède de l’énergie liée à sa vitesse.
Le frottement des freins transforme une partie de cette énergie.
De l’énergie est transférée aux freins, à la roue et aux alentours.
LES BASESLes bases, si vous découvrez le sujet
- Énergie
- Une quantité que l’on suit quand des objets bougent, chauffent ou se transforment. Elle se mesure en joules.
- Chaleur
- Un transfert d’énergie dû à une différence de température.
- Entropie
- Une grandeur qui mesure à quel point l’énergie est dispersée entre les constituants microscopiques. Pour un système isolé, elle ne diminue jamais.
Au fil de cette lecture
Une grandeur pour suivre les changements
Un vélo qui roule, une batterie chargée et une tasse chaude peuvent tous produire des changements. L’énergie permet de faire le compte de ce qui se transfère et se transforme entre eux. Elle se mesure en joules, l’unité qui porte le nom du brasseur. Quelques repères : un cycliste et son vélo, 80 kilos à eux deux, lancés à 20 kilomètres à l’heure, possèdent une énergie de mouvement, dite cinétique, d’environ 1 200 joules. Réchauffer un litre d’eau d’un seul degré en demande environ 4 200.
Pour tenir ce compte, il faut tracer une frontière autour de ce que l’on étudie. Regarde-t-on la tasse seule, la tasse et la table, ou toute la pièce ? Un transfert peut sortir du premier ensemble et rester dans le troisième. Une comptabilité honnête de l’énergie commence par cette question très concrète : qu’avons-nous inclus dans l’observation ?
Le freinage transforme le mouvement
Quand les patins serrent la roue, le frottement transforme l’énergie du mouvement en énergie interne : les atomes des freins et de la jante s’agitent davantage, les pièces chauffent, puis cèdent cette énergie à l’air. Le mouvement visible diminue tandis que l’agitation microscopique augmente. Pour retrouver le bilan complet, il suffit d’inclure les objets qui ont reçu l’énergie.
Les ordres de grandeur sont parlants. Les 1 200 joules de notre cycliste, versés dans un litre d’eau, ne la réchaufferaient que d’environ trois dixièmes de degré. L’énergie est intacte, mais elle s’est répartie en une multitude de petits mouvements désordonnés. C’est cette dispersion qui va tout changer.
Batteries, watts et kilowattheures
Une batterie chargée possède une organisation chimique capable de fournir de l’énergie électrique. Un moteur en convertit une partie en mouvement ; une lampe en fait de la lumière et de la chaleur. La recharge restaure l’état chimique de la batterie grâce à une source extérieure. À chaque étape de cette chaîne, une part de l’énergie part ailleurs que vers l’effet recherché.
La puissance, elle, indique la vitesse du transfert. Une lampe de dix watts reçoit dix joules chaque seconde ; allumée cent heures, elle consomme un kilowattheure, soit 3,6 millions de joules. C’est pourquoi une facture d’électricité compte des kilowattheures, une quantité d’énergie, tandis que les appareils affichent leur puissance en watts.
L’entropie, ou la qualité de l’énergie
En 1824, l’ingénieur français Sadi Carnot se demande comment améliorer les machines à vapeur. Ses travaux établissent qu’une machine thermique, même idéale, ne peut convertir en travail qu’une partie de la chaleur qu’elle reçoit, et que cette part maximale dépend seulement des températures d’une source chaude et d’une source froide. Sans différence de température, aucune machine thermique ne produit de travail, quelle que soit la quantité d’énergie disponible.
Les physiciens ont ensuite donné un nom à ce qui distingue une énergie utile d’une énergie dispersée : l’entropie. Elle mesure, en simplifiant, à quel point l’énergie est éparpillée entre les innombrables constituants d’un système. Dans le vélo lancé, d’innombrables atomes avancent ensemble ; après le freinage, la même énergie est répartie en agitation désordonnée dans les freins et dans l’air. L’entropie a augmenté. Le second principe de la thermodynamique l’établit : pour un système isolé, elle ne diminue jamais. Une tasse de thé refroidit dans la pièce ; jamais la pièce, plus fraîche, ne lui rend spontanément sa chaleur.
Ce que l’on économise vraiment
Le paradoxe se dénoue. Ce que nous consommons n’est pas la quantité d’énergie, qui reste constante, mais sa concentration : des sources où l’énergie est encore rassemblée, comme un carburant, une batterie chargée ou un courant électrique. Chaque usage les transforme en chaleur dispersée, presque inutilisable. Dans une voiture à essence, seulement 12 à 30 % environ de l’énergie du carburant sert à faire avancer le véhicule, selon le type de trajet ; le reste se perd dans le moteur et la transmission, surtout sous forme de chaleur, ou alimente les accessoires.
Un appareil plus efficace rend donc le même service en dispersant moins d’énergie concentrée. Une voiture électrique qui récupère une partie de son freinage renvoie de l’énergie vers sa batterie avant qu’elle ne se disperse, sans jamais rembourser tout le trajet. Joule avait mesuré que le mouvement devient chaleur ; Carnot avait compris que la chaleur ne redevient jamais entièrement mouvement. Entre ces deux découvertes tient toute la différence entre une énergie qui se conserve et une énergie qui sert.
Ce qu’on garde en tête.
- Pas un joule ne disparaît : au freinage, le mouvement devient agitation des atomes des freins et de l’air.
- L’entropie mesure la dispersion de l’énergie ; pour un système isolé, elle ne diminue jamais, et une énergie dispersée devient difficile à utiliser.
- Économiser l’énergie revient à ménager des sources concentrées : une voiture à essence n’utilise qu’environ 12 à 30 % de son carburant pour avancer.
Ce que l’on sait. Ce qui reste ouvert.
Le bilan dépend de ce que l’on inclut dans le système observé. Les exemples simplifient les échanges réels, et les ordres de grandeur sont arrondis. L’entropie est présentée ici comme une mesure de la dispersion de l’énergie : c’est une image utile, qui ne remplace pas sa définition précise en thermodynamique. Conserver l’énergie ne signifie pas pouvoir la récupérer entièrement sous la forme souhaitée.
UN PETIT DÉCLIC POUR LA ROUTE
Si l’énergie se conserve toujours, pourquoi parle-t-on de « pertes » dans un moteur ?
Remonter à la source.
- Conservation de l’énergieOpenStax — Rice University↗
- Le cycle de CarnotOpenStax — Rice University↗
- L’entropieOpenStax — Rice University↗
- Juin 1849 : Joule et l’équivalent mécanique de la chaleurAmerican Physical Society · Histoire de la physique, anglais↗
- Chaleur, température et équivalent mécaniqueOpenStax — Rice University↗
- Où va l’énergie dans une voiture à essenceU.S. Department of Energy · fueleconomy.gov, anglais↗
Sources consultées le 9 octobre 2026. Rédaction assistée par IA, sans relecture indépendante d’expert à ce stade.
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