L’énergie cinétique d'un courant d’eau peut être transformée en énergie mécanique par une turbine, puis en énergie électrique par un alternateur. (©photo)
L'énergie cinétique est une forme d'énergie que possède un objet en mouvement.
Définition
Par énergie cinétique, on désigne l’énergie possédée par un corps du fait de son mouvement de translation et/ou de rotation par rapport à un référentiel donné supposé fixe. Cette énergie dépend de la masse de l'objet et de sa vitesse, et est même directement proportionnelle à la masse et au carré de la vitesse de l'objet.
Ainsi, un objet en mouvement rapide ou lourd possède une énergie cinétique élevée, illustrant l'influence significative de la vitesse sur cette forme d'énergie.
Précisons par ailleurs que la température d’un corps est directement liée à l’énergie cinétique des molécules et atomes le constituant. Plus ces particules sont en mouvement, plus elles recèlent d’énergie cinétique et plus la température du corps considéré est élevée.
Équation
Un corps de masse m et de vitesse de translation relative v possède une énergie Ec = ½ mv2(où Ec s’exprime en joules, m représente la masse de l'objet en kilogrammes et v sa vitesse en mètres par seconde par rapport au référentiel).
Elle est proportionnelle à la masse de l'objet et au carré de sa vitesse.
Cette relation quadratique signifie que si la vitesse de l'objet double, son énergie cinétique est multipliée par quatre (puisque 22=4). Cela illustre que même de petites augmentations de vitesse entraînent des augmentations significatives de l'énergie cinétique, soulignant l'importance de la vitesse dans la détermination de l'énergie en mouvement.
Concrètement, l’énergie cinétique caractérise par exemple l’énergie d’une voiture lancée sur la route. Il est d’ailleurs rappelé dans le Code de la route que la distance de freinage est multipliée par 4 lorsque la vitesse double.
Applications pour la production d'énergie
Dans le domaine de la production d’énergie, l'énergie cinétique de translation du vent est utilisée pour générer de l'électricité grâce aux éoliennes. Le vent, en mouvement constant, exerce une force sur les pales des éoliennes, les faisant tourner. Cette rotation est ensuite convertie en énergie électrique par un générateur électrique situé à la base de l’éolienne. Le principe repose sur la conversion de l'énergie mécanique des pales en énergie électrique via l'induction électromagnétique.
De même, l'énergie cinétique de translation de l'eau est exploitée dans plusieurs systèmes de production d'électricité. Dans les usines hydroélectriques, l'eau en mouvement, provenant généralement de barrages ou de cours d'eau à fort débit, est dirigée vers des turbines. La force de l'eau en mouvement fait tourner les turbines, et cette rotation est transformée en électricité par des générateurs. Les centrales marémotrices utilisent les mouvements des marées pour produire de l'électricité de manière similaire. Les hydroliennes, quant à elles, fonctionnent comme des éoliennes sous-marines, captant l'énergie des courants marins pour faire tourner des turbines et générer de l'électricité.
