La conservation de l'énergie
Définition
Dans un système isolé — qui n'échange ni matière ni énergie avec l'extérieur — l'énergie totale reste constante.
Elle ne se crée pas et ne se détruit pas. Elle se transforme, se déplace, se répartit autrement.
Changer de forme, pas de quantité
| Transformation | Forme de départ | Forme d'arrivée |
|---|---|---|
| Chute d'un corps | Potentielle de pesanteur | Cinétique |
| Freinage | Cinétique | Thermique |
| Combustion | Chimique | Thermique et rayonnante |
| Photosynthèse | Rayonnante | Chimique |
Le total reste le même à chaque ligne. Un pendule idéal échange indéfiniment potentielle et cinétique ; un pendule réel finit par s'arrêter, non parce que l'énergie disparaît, mais parce qu'elle se disperse en chaleur dans l'air et les axes.
Le mot « isolé » fait tout le travail
Sur un système ouvert, l'énergie varie — et le bilan reste exact à condition de compter les échanges :
ΔE=W+Q
La variation d'énergie du système égale le travail reçu plus la chaleur reçue. C'est le premier principe de la thermodynamique : la conservation, énoncée pour un système qui n'est pas isolé.
Élargir la frontière jusqu'à englober l'extérieur ramène au cas isolé. La conservation ne tombe jamais en défaut ; elle exige seulement qu'on déclare ce qu'on compte.
Masse et énergie
La relation E=mc2 ne contredit pas la conservation : elle en étend le domaine. La masse est une forme d'énergie parmi d'autres, et c'est l'énergie totale — masse comprise — qui se conserve.
Dans une réaction nucléaire, une part de la masse des réactifs se retrouve en énergie de rayonnement et de mouvement. Rien n'est perdu : le bilan se ferme dès qu'on compte la masse comme de l'énergie.
D'où vient cette loi
La conservation de l'énergie n'est pas un fait constaté puis érigé en règle. Le théorème de Noether montre qu'à toute symétrie continue des lois physiques correspond une quantité conservée.
La symétrie en cause ici est l'invariance par translation dans le temps : une expérience menée aujourd'hui ou demain, toutes choses égales par ailleurs, donne le même résultat. C'est de cette invariance que découle la conservation de l'énergie.
Résumé
L'énergie d'un système isolé change de forme sans changer de quantité, parce que les lois physiques ne dépendent pas de la date.