\documentclass[12pt,a4paper]{book}
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage[french]{babel,varioref}

\usepackage{amsmath} % support des écritures mathématiques la ligne suivante pour les polices et la suivante pour les symboles
\usepackage{amsfonts}
\usepackage{amssymb}
\usepackage{wasysym} % support des symboles astronomiques

\usepackage{xcolor}

\usepackage{hyperref} %support des url via le tag \url
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\hypersetup{colorlinks=true,pdfborder = {0 0 0}, urlcolor=couleurURL, linkcolor=couleurLiensInternes, citecolor=couleurBiblio}

\usepackage{chemfig} % Pour les molécules chimiques

\usepackage{multicol} % pour permettre des textes en colonnes multiples avec un \begin{multicols}{nb de cols}
\setlength{\columnsep}{5mm} % espace de séparation

\usepackage{array} % permet de définir des tableaux à longueur fixe pour les textes.

\usepackage{amsthm} % permet de définir le tag " theorem "
\newtheorem{theorem}{Theorem}

\usepackage{graphicx} % nécessaire pour inclure des images
\graphicspath{ {./Images/} } % indique le chemin relatif où sont situées les images
\usepackage{wrapfig} % paquet pour pouvoir contourner les images par du texte. Tag : \begin{wrapfigure}
\usepackage{float} %permet de positionner exactement les figures

\usepackage{pgfplots} %permet de tracer directement des graphiques depuis latex
\usepackage{siunitx} % affichage des nombres et unités
\sisetup{locale = FR}

\usepackage{chemist} % pour les formules chimiques
% https://fr.wikibooks.org/wiki/LaTeX/%C3%89crire_des_formules_chimiques
\usepackage{etex}
\usepackage{m-pictex,m-ch-en}
\usepackage{isotope} % pour représenter correctement les atomes avec le numéro atomique et le nombre de masse, exemple : \isotope[7][3]{Li}

\usepackage[left=20.00mm, right=20.00mm, top=15.00mm, bottom=15.00mm]{geometry}

\setlength{\parskip}{0.5cm} % définit l'espacement entre paragraphes

% \author{\textbackslash Moane}
\author{F. L. G.}
\title{Les notions à retenir du cycle 4}

% version du document 0.0.1 : 23/06/2018 - Création

\begin{document}

\begin{titlepage}

\maketitle
		
%		\begin{quotation}
%			Le savoir est la seule matière qui croît quand on la partage. Socrate.
%		\end{quotation}

\end{titlepage}

\chapter*{Introduction}

\section*{Pourquoi ce livre et comment l'aborder}

Ce document qui doit être encore considéré comme incomplet (jusqu'à la version 1.0.1) s'adresse aux élèves qui veulent avoir plus d'infos que celles données en classe et/ou à leurs parents mais aussi à ceux et celles qui souhaitent revoir par la suite ce qui a pu être vu, cet ouvrage va répertorier du mieux possible de façon structurée toutes les notions que vous êtes sensé·e avoir vues au cours du cycle 4 et aussi un peu au cours du cycle 3. Vous pouvez bien sûr sauter cette introduction si les prochains paragraphes vous semblent trop abstraits ou compliqués. Ce document peut être lu de deux façons :
	
\begin{itemize}
	\item ponctuellement en utilisant la table des matières au début du document ou les listes finales des figures et des équations à la fin.
	\item tel quel en le lisant au fur et à mesure (mais il faud beaucoup de courage).
\end{itemize}
	
Bien évidemment tout retour positif comme négatif est plus que vivement souhaité de ma part afin d'améliorer encore le travail qui a été accompli ici.
	
Ce livre est le résultat d'une demande de quelques élèves de 3e qui désiraient un " résumé " de ce qu'il fallait avoir vu et retenu au collège, mais, en commençant à écrire ce document je me suis rendu à l'évidence : faire un résumé est \underline{impossible}  : 3 années de cours, à raison de 36 semaines officielles par an et 1,5 h de cours par semaine, ce qui représente 54 h annuelles de cours donc un total de 162 h de cours sur les 3 ans (je ne compte pas la classe de 6e même si en fait on pourrait aussi l'y ajouter), au total cela faire beaucoup trop pour résumer. D'ailleurs fallait-il résumer ?

L'arrivée à ce stade de la réflexion personnelle m'a poussé à finalement ne pas résumer mais au contraire faire un document beaucoup plus complet et enrichi avec une vision différente, qui va pouvoir être consulté non pas linéairement mais au cas par cas, en fonction d'un besoin ponctuel.

\section*{Que retenir du cycle 4 ?}

Au cycle 4 il est \underline{très important} de comprendre que la démarche scientifique ce n'est pas de la magie, ce n'est pas une discussion entre quidams au bistrot du coin ou ce n'est pas à celui ou celle qui va hurler ou cogner le plus fort. Ces méthodes issues d'un passé lointain ont été remplacées par une autre bien plus pertinente : la démarche scientifique qui se base sur quelques principes simples résumés en cette série de points :
	
\begin{itemize}
	\item Vous êtes confronté·e à un problème à résoudre ou comprendre ;
	\item Vous pensez à une idée d'explication du phénomène ou du problème ;
	\item Vous imaginez une expérience pour vérifier si votre explication est correcte et vous imaginez ce qui va arriver pendant l'expérience ;
	\item Vous effectuez l'expérience en prenant un maximum d'observations et de mesures dont vous avez besoin pour vérifier l'idée par la suite et vous notez chaque détail avec le plus de précision possible ;
	\begin{itemize}
		\item la prise d'observations peut se faire avec un enregistrement visuel, sonore ou à l'écrit ;
		\item les mesures peuvent nécessiter un appareil spécial qu'il faut savoir brancher ou utilise ;
		\item si c'est trop petit, grand ou rapide, l'emploi d'un ordinateur peut s'avérer utile et donc il faut savoir programmer l'outil qui fera les mesures à votre place ;
	\end{itemize}
	\item On analyse ensuite les mesures et les observations en tentant de les interpréter ce qui amène alors à deux possibilités :
	\begin{itemize}
		\item Les mesures ne permettent pas de vérifier l'idée ou ce qui avait été prévu : On analyse alors à nouveau, l'idée est-elle mauvaise ? Y a-t-il eu un problème lors des expériences ? Si l'idée est mauvaise il faut revenir à une autre idée (ou la modifier), s'il y a eu des problèmes lors des expériences ou des mesures, refaire l'expérience en corrigeant ce qui est nécessaire.
		\item Les mesures valident l'idée car elles collent aux prédictions : On formalise (mise en équations, rédaction d'un compte rendu précis où tout est détaillé, précisé etc...), on publie (quand on est chercheur ou chercheuse c'est ce qui fait votre réputation mondialement), on a trouvé une nouvelle théorie ! Pour vous faire une idée regardez sur le site arxiv.org \url{https://arxiv.org} toutes les prépublications dans des domaines scientifiques hyperpointues\footnote{notez pour la biologie le site biorxiv.org \url{https://biorxiv.org}}.
	\end{itemize}
	\item Lorsque la théorie a été validée et formalisée, d'autres chercheurs et chercheuses tenteront de la mettre à l'épreuve dans des cas différents, voire à la limite de la théorie, s'ils la mettent en défaut cela conduit soit à une modification de la théorie, soit à une refonte complète.
\end{itemize}

Voilà la méthode qui est utilisée.

Le cycle 4 est là aussi pour vous faire comprendre que les sciences savent expliquer et utiliser beaucoup de phénomènes, (ceux qui ne sont pas encore expliqués trouveront sans doute une explication dans les années ou les siècles qui viennent). Vous êtes entouré·e de tout un tas d'objets technologiques qui sont le résultat de l'application concrète de grandes découvertes scientifiques du passé récent ou lointain, les récentes découvertes vous ouvriront de nouveaux horizons, de nouvelles découvertes, de nouvelles utilisations qui ne sont même pas encore dans nos imaginations.

\section*{Le cycle 4 : Moins d'oral, plus d'écrit et le début de l'abstraction.}

L'autre point important du cycle 4 est \underline{le formalisme et l'abstraction}. Vous allez passer du cycle 3 où vous expliquiez les phénomènes avec des mots et des phrases ${\pm}$ claires, ou des explications au doigt mouillé à une mise en équations, à l'utilisation de théorèmes, de lois, de propriétés des phénomènes ou des objets, certaines de ces lois portent le nom de leur inventeur comme la \emph{loi de Lavoisier} ou la \emph{Loi d'Ohm} ou un nom générique comme le \emph{théorème de l'inertie} ou la \emph{loi d'addition des tensions dans un circuit en série}. Il y a quelques lois (peu nombreuses pour le cycle 4) à retenir, chacun de leurs mots a un sens précis et l'ensemble des phrases indiques des choses précises, un peu comme un théorème en mathématiques. Le vocabulaire utilisé en sciences est précis et important pour se comprendre.

Puisque le vocabulaire a été abordé, le cycle 4 est aussi le moment où vous allez commencer à utiliser d'autres expressions spécifiques au " langage " des sciences, mais aussi à d'autres langues vivantes telles que l'anglais (ou l'espagnol car c'est aussi une langue que je pratique) qui est la langue d'échange entre scientifiques pour les publications internationales actuellement.

C'est aussi lors du cycle 4 où vous allez progressivement augmenter la production écrite. Lorsque vous avez présenté un protocole expérimental, autant nous avons dialogué ensemble à l'oral lorsqu'en passant entre les paillasses je vous ai demandé de m'expliquer vos propositions d'expériences afin de résoudre un problème posé, autant la trace écrite de cette proposition est exigée de plus en plus. Le naturel et la spontanéité de l'oral sont conservés mais progressivement on introduit une phase écrite d'approfondissement et de réflexion face à des problèmes posés.

\section*{La notion de mesure et d'incertitude}

Une autre notion à retenir concerne les systèmes et les milieux qui sont étudiés : il faut souvent y mesurer des informations. Vous devrez toujours tenir en compte que l'introduction de n'importe quel appareil de mesure dans un système modifie le comportement du système. La qualité de vos appareils de mesures n'est pas liée à leur côté high-tech ou gadget mais à la qualité des composants qui ont servi à sa fabrication, aux conditions de fabrication et à la manière dont elle a été pensée en ingénierie.

\tableofcontents

\chapter*{Évolution du document et diverses versions}

Nom et adresse électronique des personnes ayant participé à cette oeuvre.

\begin{tabular}{ m{15em} | m{20em} }
	Nom et prénom & adresse électronique \\
	\hline\hline
	Moi & moi@moi.moi \\	
\end{tabular}

Évolution des versions

\begin{tabular}{ m{5em} | m{3em} | m{8em} | m{21em} }
	date & version & nom du modifiant & nature des modifications \\
	\hline\hline
	2018-06-23 & 0.0.1 & Moi & Création du document, mise en place de la structure, insertions de tableaux, formules et images \\
	\hline
	2018-06-24 & 0.0.2 & Moi & Ajout de nouveaux paragraphes, insertion de graphigues (images) et de tableaux expérimentaux factices. \\
	\hline	
	2018-06-25 & 0.0.3 & Moi & Corrections diverses et variées en multiples endroits, ajout du paragraphe 4.7 sur la relativité du mouvement. \\
	\hline
	2018-06-28 & 0.0.4 & Moi & Ajouts des paragraphes sur la loi d'ohm, sur le vocabulaire du mouvement, sur l'énergie nucléaire et ses équations. \\
	\hline
	2018-06-30 & 0.0.5 & Moi & Encapsulages des images dans des structures de figures et des tableaux dans des structures de tables avec labelisations et remarques. Ajout des parties, ajout des tables des figures et des tableaux à la fin du document. Ajout du paragraphe sur les piles comme tansformateur énergétique. \\
	\hline
	2018-07-01 & 0.0.6 & Moi & Mise en commentaire des parties et des chapitres en lien avec les exercices. Il seront décommentés ultérieurement.
\end{tabular}

\begin{tabular}{ m{5em} | m{3em} | m{8em} | m{21em} }
	date & version & nom du modifiant & nature des modifications \\
	\hline\hline
	2018-07-08 & 0.1.0 & Moi & Grosse refonte du document, corrections diverses et variées, refonte de certains passages, ajout de la radioactivité naturelle, corrections jusqu'au chapitre 3 et les chapitres sur l'énergie et ses transformations. Comme il y a eu grosses modifications, changement de version médiane. \\
	\hline
	2018-07-26 & 0.2.0 & Moi & Diverses modifications et ajouts de nouvelles figures, déplacement des tables de figures et de tableaux à la fin du document, table des matières conservée au début. Ajout de nouveaux renseignements sur les planètes et sur les ondes TV et Radio. \\
	\hline
	2018-08-06 & 0.3.0 & Moi & Diverses relectures et ajouts, ajouts de toutes les images manquantes (sauf erreur) corrections et compléments. Dernière version mise en ligne ce même jour et avant version qui sera mise en ligne à la date prévue le 15/08. \\
	\hline
	2018-08-07$\rightarrow$ ? & 0.4.0 & Moi, root, darialalala et Cafou & Diverses relectures ajouts et ... \\
	\hline
\end{tabular}


\chapter*{Notices Légales}

Ce document a été entièrement réalisé en \LaTeX \space \space à l'aide des logiciels et librairies incluses dans GNU/Linux Debian 9.4 et suivantes, Archlinux ou Voidlinux via \emph{textmaker}. L'exportation en PDF pour impression s'est faite directement depuis le logiciel \emph{Texmaker}, les graphiques ont été réalisés soit avec Libreoffice Calc et capturés en images avec gnome-screenshot soit directement avec le langage \LaTeX (voir \ref{Effet_joule}), les images des montages expérimentaux ont été réalisés avec kolourpaint. Les modèles moléculaires \ref{modeles-molecules} ont été réalisés avec le logiciel Avogadro. Tous ces logiciels sont libres de droits et placés sous licence GPL accessible ici : \url{https://www.gnu.org/licences/gpl.html}. La création de la version ebook de ce document disponible aux adresses cités plus bas a été effectuée à l'aide du logiciel \emph{ebook-edit} de la suite \emph{calibre}.

Les différentes marques et produits cités dans ce document sont la propriété exclusive des sociétés ayant-droit à qui elles appartiennent. La majorité des liens hypertextes pointent sur wikipedia, les images de wikipedia ont parfois été intégrées à la compilation du document et sont soit sous licence Creative Commons, GPL, WTF ou Creative Commons Attribution (CCA).

Hormis les images à licences restrictives (CCA), le reste du document est placé sous licence Creative-commons Zero, il peut être modifié à partir de sa source situés à l'adresse suivante : https://bidule.org/rapport-tice-01.tex

Remerciements à toute ma famille pour m'avoir supporté lors de la rédaction de ce document (étant donné que par ma concentration le reste de l'univers aurait pu s'effondrer sans que j'en sois conscient) car pendant que je me concentre sur cette longue tache je suis ailleurs.

Remerciements aussi à @root @darialalala et @cafou pour leurs relectures, retours, conseils et compléments d'informations afin de compléter encore plus ce document.

\part{La matière}

% insertion des chapitres sur la matière et sur sa description

 \include{la-matiere}
 
% Les prochaines lignes correspondent aux chapitres concernant les exercices et ont été
% volontairement mises en remarques afin de réduire le nombre de pages à imprimer.
% La notion de partie a aussi été supprimée ce qui fait économiser un certain nombre de
% pages dans l'impression et un certain nombre de lignes dans la table des matières.
%
%	\chapter{Exercices sur la matière}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Application directe}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Exercices de réflexion}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe

% Inclusion du chapitre sur l'organisation de la matière.
	
\include{organisation-matiere}

% Inclusion du chapitre sur les transformations de la matière

\include{transformations-matiere}

% Les prochaines lignes correspondent aux chapitres concernant les exercices et ont été
% volontairement mises en remarques afin de réduire le nombre de pages à imprimer.
% La notion de partie a aussi été supprimée ce qui fait économiser un certain nombre de
% pages dans l'impression et un certain nombre de lignes dans la table des matières.
%
%	\chapter{Exercices sur les transformations de la matière}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Application directe}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Exercices de réflexion}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	

\part{Mouvements et interactions mécaniques}

\include{mouvements}

% Les prochaines lignes correspondent aux chapitres concernant les exercices et ont été
% volontairement mises en remarques afin de réduire le nombre de pages à imprimer.
% La notion de partie a aussi été supprimée ce qui fait économiser un certain nombre de
% pages dans l'impression et un certain nombre de lignes dans la table des matières.
%
%	\chapter{Exercices sur les mouvements}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Application directe}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Exercices de réflexion}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe

\include{interactions-mecaniques}

% Les prochaines lignes correspondent aux chapitres concernant les exercices et ont été
% volontairement mises en remarques afin de réduire le nombre de pages à imprimer.
% La notion de partie a aussi été supprimée ce qui fait économiser un certain nombre de
% pages dans l'impression et un certain nombre de lignes dans la table des matières.
%
%	\chapter{Exercices sur les interactions mécaniques}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Application directe}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Exercices de réflexion}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	

\part{L'énergie et ses transformations}

\include{circuits-electriques}

% Les prochaines lignes correspondent aux chapitres concernant les exercices et ont été
% volontairement mises en remarques afin de réduire le nombre de pages à imprimer.
% La notion de partie a aussi été supprimée ce qui fait économiser un certain nombre de
% pages dans l'impression et un certain nombre de lignes dans la table des matières.
%
%	\chapter{Exercices sur les transformations de la matière}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Application directe}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Exercices de réflexion}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%

% \include{produire-energie}

\chapter{Produire de l'énergie}
	
%	\begin{quotation}  citation sur la production d'énergie à trouver  \end{quotation}
	
Le grand défi pour nourrir l'économie est la production d'énergie à coût le plus faible, puis, depuis quelques temps déjà de la produire de façon la moins polluante et plus écoresponsable possible. Il y a plusieurs façons de produire de l'énergie les voici dans les prochains paragraphes.

D'ailleurs levons une première ambiguïté : on ne produit pas de l'énergie nucléaire, thermique, fossile ou renouvelable, on utilise des énergies nucléaires, thermiques, fossiles ou renouvelables pour produire de l'énergie, et l'énergie la plus commune qui est demandée est l'énergie \underline{élecrique}.

\section{Les différentes formes d'énergie}

Même si l'énergie est une chose difficile à expliquer -- chose qui ne vous est pas demandé en cycle 4 -- on vous demandera par contre d'en connaître différentes formes : l'énergie peu être électrique, mécanique (cinétique ou de position), chimique, thermique, ...

\subsection{Les piles électrochimiques : produire de l'énergie électrique à partir d'énergie chimique}

Comme son nom l'indique une pile électrochimique produit de l'énergie électrique à partir d'une transformation chimique. L'énergie libérée (et les électrons libérés) lors de cette transformation chimique alimente ensuite les dipôles du circuit électrique.

La première pile électrochimique admise actuellement comme ayant été montrée académiquement est celle présentée par Alessandro Volta en 1800 devant l'académie des sciences de Paris. Cette pile fût le travail de Volta pour modéliser des observations d'un autre savant italien, Luigi Galvani, qui observa un phénomène de nature électrique dans les cuisses de grenouilles et qu'il attribua à de l'électricité animale.

Il existe depuis les années 1930 une pile plus ancienne datant du IIIe siècle avant J.C. appelée " pile électrique de Bagdad " suite à la découverte par des archéologues d'une poterie datant de cette époque dans un village près de Bagdad (en Irak) et de bijoux plaqués à sa proximité. La composition de la pile (poterie fermée par du bitume, tige en fer, cylindre en cuivre) suppose bien une pile mais aucune trace d'un électrolyte interne (substance acide ou très saumurée) ce qui indique que ce n'est pas en tant que fournisseur d'énergie qu'elle devait être utilisée.

En effet, la composition et les bijoux trouvés près de l'objet indiqueraient un usage en orfèvrerie pour plaquer des objets avec de l'argent, tout comme Galvani au XVIIIe siècle c'était une pile sans le savoir ! ( ou peut être que oui mais aucun écrit trouvé non plus pour l'attester).

Une pile électrochimique a besoin de 3 éléments spécifiques pour fonctionner : une solution électrolytique (pure ou un mélange de solutions électrolytiques) très chargée en ions (et de préférence un peu acide ce qui est encore mieux), un métal (qui sera sacrifié car il va peu à peu disparaître tandis que la pile va fonctionner) et un autre métal différent du premier (qui lui restera).

La pile suivante, dite pile de (John) Daniell\footnote{J. Danniel .... bibliographie} date de 1836. Elle est très visuelle (d'où le fait qu'on l'étudie) et se compose de 2 métaux : du métal zinc (de couleurs gris, qui va disparaître), du métal cuivre (orange pour le métal, bleu pour les ions $Cu^{2+}$) et deux solutions de sulfate de cuivre II ($Cu^{2+} \ ; \ {SO}_{4}^{2-}$) formée par la dissolution de cristaux de sulfate de cuivre hydraté ($CuSO_4$,5${H}_{2}{O}$) ou anydre ($CuSO_4$) et (mais c'est optionnel) de sulfate de zinc ($Zn^{2+} \ ; \ {SO}_{4}^{2-}$) formée par la dissolution de cristaux blancs de sulfate de zinc ($ZnSO_4$).

\begin{figure}[H]
\begin{center}
\label{exp-pile-daniell}
	\includegraphics[scale=0.5]{exp-pile-daniell.png}
\caption{La pile de Daniell, exemple de pile électrochimique}
\end{center}
\end{figure}

Lors de son fonctionnement la tension maximale qu'on ait pu mesurer en classe est de l'ordre de 1,24 Volt. Le pôle positif étant sur la plaque de cuivre et le pôle négatif sur la plaque de zinc. La pile lorsqu'elle fonctionne (à savoir quand elle est branchée sur un dipôle et produit donc du courant électrique) produit des électrons allant de la plaque de zinc vers la plaque de cuivre (le sens normal des électrons) et on observe la plaque de zinc se détériorer, par contre, la plaque de cuivre, quant à elle, grossit peu à peu.

\begin{figure}[H]
\begin{center}
	\includegraphics[scale=0.5]{exp-pile-daniell-usee.png}
\caption{La pile de Daniell un peu usagée}
\end{center}
\end{figure}

\subparagraph*{\textit{Remarque : Pile ou batterie ?}} Une batterie (ou batterie rechargeable) est une pile qui utilise une autre transformation chimique que celle des piles dites "non-rechargeables", cette transformation est réversible (elle fonctionne dans les deux sens) et on trouve aussi dans ces batteries une substance absorbant les gaz qui pourraient se produire lors de la recharge de la batterie.

\subsection{La production d'énergie à partir de matières fossiles}
	
Les énergies fossiles (comme on les appelle aussi) sont des énergies fabriquées à partir de matière non-renouvelable car fabriquée sur de très longues durées et qu'il est difficile d'utiliser, il s'agit généralement du charbon fossile et du pétrole (fabriqués depuis la préhistoire), et certains minéraux (uranium en particulier).

Ces énergies ont généralement des déchets polluants (que ce soit le ${ {CO}_{2} }$  ou les déchets nucléaires hautement radioactifs)

Comment s'est fabriqué le charbon fossile ?

Le charbon s'est fabriqué à partir de l'ère géologique appelée Carbonifère vers -360 à -295 millions d'années. L'accumulation en présence d'un peu d'eau et à basse température dans un environnement pauvre en dioxygène provoque la carbonification des végétaux qui eux doivent être présents en grande quantité, ce phénomène conduira à la formation du charbon.

Et pour le pétrole ?

Le pétrole est une roche liquide formée de substances appelées hydrocarbures (car riches en hydrogène et en carbone) il se forme par la présence de beaucoup de matière organique (végétaux principalement), leur maturation et leur cloiseonnement. Les sous-débris et débris de la biosphère (végétale, animale, eau ...) sédimente peu à peu et se trouve enfouie dans la matière minérale du sol. Pour que la maturation soit possible il faut aussi que ce soient des milieux confinés (des lacs, des lagunes par exemple) afin que, par l'action combinée d'un réchauffement climatique (tel qu'il y a pu en avoir dans la préhistoire à différents moments) fait que plus de déchets sont produits que ce milieu fermé ne peut en recycler et augmente ces sédiments.

Par enfouissement naturel (les couches de sédiments se superposent) la chaleur va s'accumuler et la pression aussi, donnant ainsi le champ libre à certaines bactéries anaérobie (c'est à dire vivant sans oxygène) de transformer ces sédiments en une substance appelée kérogène qui va se pyrolyser (détruire par la chaleur) et produire du pétrole et/ou du gaz naturel.

\subsection{La production d'énergie à partir de sources renouvelable}

Une énergie est renouvelable si elle est disponible en quantité illimitée et sur une durée gigantesque par rapport à la durée d'une vie humaine. Ces énergies sont liées au vent, au soleil ou à l'eau.

En fait on ne produit pas une énergie renouvelable mais on utilise une énergie renouvelable pour produire de l'énergie (électrique).

\subsection{La production d'énergie à partir de carburant nucléaire}
	
Je sépare volontairement l'énergie nucléaire des énergies fossiles bien que son carburant (l'uranium) soit un fossile en soi. Cette énergie se base sur un principe découvert grâce aux travaux de nombreux scientifiques et est une énergie qui reste ultra-controversée. Cette controverse mêle à la fois politique, états, militaires et civiles dans ce qui est sans doute l'une des conquêtes les plus importantes de l'homme, à savoir la domestication de l'énergie issue de l'atome.

De nombreux savants dont par exemple Heiseinberg, Fermi, Hoppenhaumer, Einstein, Marie Curie etc... ont travaillé sur la radioactivité et sur l'énergie de l'atome. Le projet le plus ancien à ma connaissance est le projet Manhattan (1935 - 1945 ) qui avait pour but de fabriquer la première bombe atomique de l'histoire. Ce sont les japonais de la ville d'Hiroshima qui s'en rappellent encore de ce jour du 6 août 1945. La bombe A, appelée \emph{Little Boy} a été larguée sur cette ville causant en quelques jours plus de 80000 morts.

L'histoire de l'énergie de l'atome est tout d'abord militaire, chasse gardée des états dans ce qui suit le monde post-2e guerre mondiale, mais aussi monde de la Guerre Froide telle que vous l'avez appris en histoire. Si vous avez l'occasion (1h de libre) et vos oreilles disponibles je vous conseille l'écoute du podcast sur la bombe H française disponible ici : \url{https://www.franceinter.fr/emissions/affaires-sensibles/affaires-sensibles-17-novembre-2016} où le 1er essai nucléaire français nom de code "Gerboise bleue" réussit, s'en suivant ensuite de nombreux essais et une histoire officieuse sur comment la France a obtenu ou trouvé la bombe H (bombe à fusion ou bombe à hydrogène ou bombe thermonucléaire).

Ce premier volet militaire de l'énergie nucléaire permet aussi d'utiliser civilement et pacifiquement l'énergie nucléaire dans les réacteurs à eau pressurisée dont le premier et plus ancien sur le territoire hexagonal est le réacteur du site de Marcoule (débutant en 1956 et fermé en 1968).

La production d'énergie électrique à partir d'un carburant nucléaire se fait exclusivement dans des centrales. Les centrales utilisent toutes un des procédés détaillés dans la suite :

\begin{figure}[H]
\begin{center}
%\label{}
\includegraphics[scale=0.35]{img-7-technos-nucleaires.png}
\caption{Les 7 genres de réacteurs nucléaires existant dans le monde ou en construction actuellement. Source : Le point/Sciences et Vie par numérisation et recoupement.}
\end{center}
\end{figure}

Actuellement dans le monde on note 7 types de réacteurs : 

\begin{itemize}
	\item Le réacteur à eau bouillante (REB ou BWR en anglais) où de l'eau chauffée jusqu'à ébullition par la réaction nucléaire de l'uranium enrichi donne de la vapeur qui va ensuite directement alimenter la turbine couplée à l'alternateur pour fabriquer de l'électricité, c'est le fluide caloporteur\footnote{Fluide caloporteur : C'est un fluide (liquide ou gaz) qui transporte (-porteur) de la chaleur (calo-).} Cette vapeur est refroidie directement par échange thermique avec l'eau extérieure. Il n'y a pas de circuit secondaire. En avril 2011 il y avait 92 réacteurs dans le monde de ce type, dont à Fukushima-Daïchi.
	\item Le réacteur graphite-gaz (AGR) fonctionne avec de l'uranium faiblement enrichi, la régulation se fait par des barres de carbone graphite et le refroidissement se fait par du gaz carbonique qui va refroidir l'enceinte et les fluides. De l'eau circule dans un circuit étanche allant du coeur à la turbine puis et refroidie par un condenseur (autre circuit d'eau étanche) pour retourner dans le coeur c'est son fluide caloporteur. En 2011 18 réacteurs de ce type fonctionnaient encore, cette technologie est française et date de 1950. Elle a été remplacée par la suite par les réacteurs à Eau pressurisée.
	\item Le réacteur RBMK est une technologie soviétique des années 1950 a servi tout autant à fabriquer de l'électricité que du plutonium à destin militaire. La chaleur émise par la réaction nucléaire est modérée par des barres de graphite et un circuit conduit l'eau du coeur (fluide caloporteur) à la turbine avec un refroidissement par condenseur ou par air. Il n'y a pas de réelle enceinte de confinement pour protéger autour. Ce type de réacteur dont 11 exemplaires fonctionnaient encoer dans le monde en 2011 sont ceux de la célèbre centrale de Tchernobyl.
	\item Le réacteur à eau pressurisée (REP ou PWR en anglais) est le plus présent dans le monde avec 269 réacteurs en fonctionnement en 2011. Il utilise 3 fluides caloporteurs dans des circuits étanches. Le coeur est contrôlé par des barres de contrôle en graphite mais est modéré et refroidi par de l'eau d'un circuit primaire (donc eau très radioactive). Ce liquide est ensuite refroidi par échange thermique avec un circuit secondaire d'eau qui va se vaporiser et faire tourner la turbine. L'eau est refroidie par un 3e circuit d'eau qui lui même est refroidi par de l'air dans des tours de refroidissement.
	\item Le réacteur EPR est une évolution du REP afin de produire de l'énergie de la même façon que dans le REP mais avec un rendement plus élevé (en théorie 22 \% en plus). Il possède en plus un récupérateur de coeur fondu (en cas de problème) et une enceinte de confinement renforcée.
	\item Le réacteur à eau lourde sous pression (RELP) fonctionne avec de l'uranium naturel (donc non enrichi). Il utilise de l'eau lourde comme modérateur et comme fluide caloporteur ce qui permet de moins ralentir les neutrons libérés lors des transformations nucléaires (voir \ref{fission-nucleaire}).
	\item Le surgénérateur (à neutrons rapides ou FBR) est un générateur de conception très différente où on ne ralentit pas les neutrons. L'énergie est telle que c'est un métal fondu (le sodium\footnote{Le sodium métallique fondu ou pas est une substance TRÈS DANGEREUSE : elle prend naturellement feu au contact de l'air et explose au contact de l'eau. Sa conservation en laboratoire demande de la rigueur et de l'attention constante, les morceaux de Sodium solide sont conservés totalement recouverts dans de l'huile de paraffine par exemple ou du pétrole liquide.)} ou un gaz tel que l'hélium qui est utilisé comme fluide caloporteur. Cette technologie est onéreuse et compliquée à maintenir aussi actuellement ce type de surgénérateurs reste utilisé uniquement en Russie ou en Chine. La france a fait fonctionner par le passé 2 de ces générateurs : phénix et superphénix qui ont tous les deux été arrêtés.
\end{itemize}

\subsection{L'énergie et la puissance électriques}

L'énergie électrique est celle qui intéresse le plus notre monde. La quasi-totalité de ce qui vous entoure fonctionne à l'électricité (même les véhicules migrent peu à peu vers cette énergie).

L'énergie électrique provient principalement de 2 sources : l'énergie électrique du secteur (réseau électrique national) qu'on trouve dans les prises électriques, ou bien l'énergie électrique venue de batteries rechargeables ou de piles.

L'énergie électrique est mesurée en Joules, mais aussi en kilowatt x heure. Le facteur de conversion de l'un à l'autre est ${ {1} \space {kW.h} = {3,6} \times {10}^{6} \space {J}}$.

L'énergie électrique (E en joule) dépend du temps de fonctionnement de l'appareil (t en seconde), de la tension électrique qui alimente l'appareil (U en volt) et de l'intensité du courant électrique qui a traversé l'appareil (I en ampère). Ces quatre termes sont reliés ensemble par :

\begin{equation}
	{E} = {U} \times {I} \times {t}
\end{equation}

à partir de cette équation et par analogie avec la relation de la vitesse $ {d} = {v} \times {t}$ on va pouvoir définir une sorte de vitesse de consommation d'énergie qui s'appelle la puissance électrique, notée P et dont l'unité est le Watt\footnote{Le Watt a été choisi en l'honneur de James Watt, ingénieur anglais du XVIIIe siècle qui a beaucoup oeuvré à la fabrication de machines à vapeur qui ont permis la révolution industrielle de la fin du XVIIIe et du XIXe siècle.} (symbole W) ce qui donne la relation suivante : 

\begin{equation}
	{E} = {P} \times {t}
\end{equation}

en écrivant les deux équations l'une à la verticale de l'autre :

\begin{equation*}
\begin{split}	
	{E} &= {U} \times {I} \times {t} \\
	{E} &= {P} \times {t}
\end{split}
\end{equation*}

on associe très rapidement la puissance électrique P (en Watt), l'intensité du courant électrique I (en Ampère) et la tension électrique U (en Volt) par la relation mathématique :

\begin{equation}
	{P} = {U} \times {I}
\end{equation}

Notez que toutes ces grandeurs (E, P, U, I) sont écrites en majuscules car cette relation est valable pour des valeurs continues dans le temps. le temps (t) est lui écrit en minuscule car la lettre T est utilisée pour la période (une durée particulière).

\section{L'énergie mécanique}

L'énergie mécanique d'un corps est composée principalement de l'addition de ses deux énergies que sont l'énergie cinétique ${ {E}_{C} }$ et son énergie de position ${ {E}_{P} }$. Si le système étudié ne subit aucune action extérieure ni perde par échauffement, alors son énergie mécanique est constante.

L'énergie mécanique est notée  ${ {E}_{M} }$  et vaut  ${ {E}_{M} = {E}_{C} + {E}_{P} }$ 

\subsection{L'énergie cinétique ${{E}_{C}}$}

\begin{quote}
	Tout objet de masse "m" (en kilogramme) et de vitesse "v" (en mètre par seconde) possède une énergie cinétique ${ {E}_{C} }$ (en joule) donnée et calculée par la relation suivante :	
\end{quote}		

\begin{equation*}
	{E}_{C} = \frac{1}{2} \times {m} \times {{v}^{2}}	
\end{equation*}
	
notez que cette formule est théoriquement valable pour un déplacement en ligne droite même si au niveau du cycle 4 on l'appliquera en toutes circonstances.

\subsection{L'énergie de position / énergie potentielle ${{E}_{P}}$}

L'énergie de position est L'énergie que possède un système dès qu'il est en altitude. Cette énergie dépend de 3 facteurs : la masse de l'objet " m ", la hauteur de l'objet " h " et de l'intensité de pesanteur à l'endroit où est l'objet " g ". Cette énergie notée ${{E}_{P}}$ est exprimée en Joule (J).

\begin{equation*}
	{E}_{P} = {m} \times {g} \times {h}	
\end{equation*}

\subsection{Énergie cinétique et sécurité routière : La distance pour freiner.}

Expliquer ce que veut dire freiner

Un obstacle apparaît sur la route, vous êtes au volant (ou au guidon) d'un véhicule et il faut choisir entre éviter l'obstacle ou freiner. C'est la seconde option qui a été la vôtre. Mais comment freine-t-on ?

D'un point de vue mécanique "freiner" veut dire passer d'une vitesse non nulle à la vitesse nulle signifiant que la voiture est arrêtée. D'un point de vue énergétique cela veut dire passer d'une énergie cinétique $E_C$ non nulle à une énergie cinétique nulle.

Il existe plusieurs systèmes de freinage d'un véhicule : patins, disques et plaquettes, mâchoires et tambours. Pour que le freinage soit le plus efficace il faut que la roue ne se bloque pas (contrairement à bon nombre de frimeurs --- pour rester poli --- qui " brûlent du bitume " en faisant crisser leurs pneus sur la route et soutenant que c'est quand ça freine le mieux.

\begin{figure}[H]
\begin{center}
%\label{·}
\includegraphics[scale=0.5]{image-factice.png}
\caption{Chaîne énergétique d'une plaquette de frein (ou d'un freinage par mâchoire)}
\end{center}
\end{figure}

La distance d'arrêt lors de cet événement (l'obstacle et la décision de freiner) se décompose en deux parties, l'une est ce qui s'appelle la distance du temps de réaction (ou distance de réaction) qui sera notée en abrégée $D_R$ et l'autre la distance de freinage $D_F$. L'addition des deux donne la distance d'arrêt $D_A$.

\begin{equation}
	D_A = D_R + D_F
\end{equation}

Quels sont les facteurs de ces deux sous-partie ?

\paragraph{La distance du temps de réaction $D_R$} est la distance correspondant à un temps de réaction moyen pour les conducteurs et conductrices de 1 seconde\footnote{Que les petit·e·s malin·e·s relisent bien, c'est une \underline{moyenne} certaines personnes réagiront plus vite, d'autres moins vite en fonction de beaucoup de facteurs.}. Ce temps de réaction est variable d'après beaucoup de facteurs liés à l'humain : le niveau d'attention qui peut être modifié par la prise de médicaments, la fatigue, un événement imprévu dans le véhicule ou à l'extérieur du véhicule générant un état de sidération, et d'autres raisons illicites entre autre au volant (alcool, drogues ...).

Cette distance est estimée à la distance parcourue en 1 seconde (donc c'est super-pratique de savoir convertir les km/h en m/s !) grâce à la relation vue précédemment à savoir 1 m/s = 3,6 km/h on peut donc trouver rapidement les distances parcourues

\begin{table}[H]
\begin{center}
% \label{·}
\begin{tabular}{c || c | c | c | c}
	vitesse en km/h & 30 & 50 & 70 & 80 \\
	vitesse en m/s & 8,333... & 13,888... & 19,444... & 22,222... \\
	$D_R$ (1 s) en m à 0,1 m près & 8,3 & 13,9 & 19,4 & 22,2 \\
\end{tabular}
% \caption{·}
\end{center}
\end{table}

\paragraph{La distance de freinage $D_F$} est la distance parcourue entre le moment où la pédale de frein est enfoncée et l'arrêt complet du véhicule. Il dépend de facteurs mécaniques (d'origine mécanique, environnementale, ...) il s'agit de l'état de la route et de sa composition (surface rugueuse ou glissante, $\pm$ mouillée ou seiche, présence de neige ou de glace, état des amortisseurs, état des pneus, type de gomme ...

Cette distance de freinage augmente comme le carré de la vitesse ...

\begin{table}[H]
\begin{center}
\begin{tabular}{c || c | c | c | c}
	vitesse en km/h & 30 & 50 & 70 & 80 \\
	\hline\hline
	$D_F$ (sol sec) approximative en m & 9 & 25 & 49 & 64 \\
	$D_F$ (sol humide) approximative en m & 13 & 38 & 72 & 96 \\
\end{tabular}
% \caption{·}
\end{center}
\end{table}

Distance de sécurité n'est pas la distance du TR ...

% Les prochaines lignes correspondent aux chapitres concernant les exercices et ont été
% volontairement mises en remarques afin de réduire le nombre de pages à imprimer.
% La notion de partie a aussi été supprimée ce qui fait économiser un certain nombre de
% pages dans l'impression et un certain nombre de lignes dans la table des matières.
%	
%	\chapter{Exercices sur la production d'énergie}
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%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
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%	\section{Application directe}
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%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
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%	\section{Exercices de réflexion}
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%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe

\chapter{Les transferts d'énergie} \label{transferts-energie}

Dans le cadre du cycle 4 vous avez à connaître le principe du transfert d'énergie et savoir analyser le comportement de tout objet servant de transformateur énergétique. Vous devez être capable de reconnaître les réservoirs d'énergie (celui qui envoie et celui qui reçoit), les formes d'énergie. Pour exprimer cela vous aurez à utiliser des chaînes d'énergie.

\begin{figure}[H]
\begin{center}
\label{chaine-energie-type}
\includegraphics[scale=0.5]{img-chaine-energie.png}
\caption{Une chaîne d'énergie abstraite et réelle avec pertes.}
\end{center}
\end{figure}

\section{Le rendement énergétique}

Tout convertisseur énergétique transforme une forme d'énergie en une autre forme d'énergie, cependant cela ne se produit pas sans pertes. L'énergie consommée par le convertisseur sera appelée énergie reçue ${{E}_{R}}$  et l'énergie fabriquée sera appelée énergie utile ${{E}_{U}}$. On pourra ainsi définir le rendement énergétique $\eta$ par la relation suivante :

\begin{equation}
	{\eta} = \frac{ {E}_{U} }{ {E}_{R} }
\end{equation}

Le rendement est une valeur comprise entre 0 et 1 ce qui n'est pas forcément compréhensible pour beaucoup de gens aussi on transforme ce nombre en pourcentage via :
 
 \begin{equation*}
 	{\eta}_{ (en \%) } = \frac{ {E}_{U} }{ {E}_{R} } \times {100}
 \end{equation*}

\textit{Note : les rendements sont toujours compris entre 0 et 1 (ou si vous préférez entre 0\% et 100\%) mais le rendement total (1 ou 100\%) est rarissime.}

\section{Les piles électrochimiques}

Les piles életrochimiques sont en effet un moyen de produire de l'énergie électrique mais en réalité elles puisent cette énergie à partir de produits hcimiques, ce sont donc des appareils qui transfèrent de l'énergie ! La chaîne d'énergie d'un tel dispositif est la suivante :

\begin{figure}[H]
\begin{center}
\label{diagramme-energie-pile}
\includegraphics[scale=0.5]{diagramme-energie-pile.png}
\caption{Chaîne énergétique avec perte d'une pile électrochimique normale}
\end{center}
\end{figure}

Ce qui montre comme vous le voyez qu'une pile ne restitue jamais la totalité de l'énergie qu'elle transforme sous forme électrique.

\section{Les centrales}

Les centrales sont toutes basées sur le même système de fonctionnement : un dispositif (four pour le charbon, le pétrole ou le gaz), une cuve immergée (pour l'uranium), fournit de la chaleur, cette chaleur fait chauffer jusqu'à vapeur de l'eau (grosse vapeur) et grosse pression, qui va entraîner directement (gaz, pétrole, charbon) ou indirectement (uranium), une turbine couplée à un alternateur. Cet alternateur va produire du courant électrique alternatif qui sera ensuite amplifié grâce à des transformateurs pour être envoyé dans le réseau électrique.

\begin{figure}[H]
\begin{center}
%\label{·}
\includegraphics[scale=0.5]{photo-maquette-centrale-thermique.png}
\caption{schéma d'une centrale thermique au charbon, gaz naturel ou pétrole. Source : Wikipedia, licence CCA, auteur : Serge Ottavia}
\end{center}
\end{figure}

Ci avant des photos de maquette ou de centrale thermique ou nucléaire.

\begin{figure}[H]
\begin{center}
%\label{·}
\includegraphics[scale=0.5]{wikipedia-centrale-nucleaire-schema.jpg}
\caption{schéma d'une centrale nucléaire. Source Wikipedia, auteur : EDF ?}
\end{center}
\end{figure}

Notez que les usines utilisant la biomasse fonctionnent sur un principe similaire, le gaz méthane utilisé pour la combustion venant de la macération de différents déchets ménagers organiques.

Ces centrales utilisent une énergie chimique qui est convertie en énergie thermique puis en énergie cinétique afin de devenir finalement une énergie électrique. Cela occasionne des pertes bien évidemment, le diagramme qui suit nous montre justement le résultat :

\begin{figure}[H]
\begin{center}
\label{chaine-energie-centrale}
\includegraphics[scale=0.5]{chaine-energie-centrale.png}
\caption{Une chaîne énergétique classique pour une centrale}
\end{center}
\end{figure}

\section{Les éoliennes}

Les éoliennes utilisent l'énergie cinétique de l'air qui se déplace (vent) afin de mettre en mouvement les pales d'une hélice reliée à des amplificateurs de rotation et à un alternateur.

Ces éoliennes sont un dispositif intéressant car l'énergie du vent est renouvelable, mais, la construction d'éoliennes nécessite cependant de la place (elles ne peuvent pas être trop proches les unes des autres ET elles sont très grandes).

\begin{figure}[H]
\label{chaine-energie-eolienne}
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{chaine-energie-eolienne.png}
\end{center}
\caption{Exemple de chaîne d'énergie pour une éolienne}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
\label{photo-eolienne}
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.3]{wikipedia-eolienne.png}
\end{center}
\caption{une éolienne terrestre, source wikipedia, licence CCA, auteure AnnaTallulah}
\end{figure}

\section[Les conducteurs ohmiques et leur conversion d'énergie]{Les conducteurs ohmiques et leur conversion d'énergie \\ L'effet Joule.}

\begin{quote}
	\textbf{Les conducteurs ohmiques convertissent l'énergie électrique reçue de la part du générateur.} Cela se produit suivant la chaîne énergétique :
\end{quote}

\begin{figure}[H]
\label{chaine-energie-resistance}
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{chaine-energie-resistance}	
\end{center}
\caption{Chaîne d'énergie d'un conducteur ohmique}
\end{figure}	

\subsection*{L'effet joule}

\label{Effet_joule}
L'effet joule est l'élévation de la température d'un conducteur électrique lorsque celui-ci est traversé par du courant électrique, il va échanger alors de l'énergie thermique avec l'environnement. Attention cependant : trop de courant risque de faire fondre le conducteur qui peut déclencher un incendie.

\begin{figure}[H]
\begin{center}
\label{schema-exp-effet-joule}
\includegraphics[scale=0.5]{effet-joule-experience.png}
\caption{Exemple d'expérience pour étudier l'effet joule.}
\end{center}
\end{figure}	

Dans cette expérience le thermomètre peut être manuel ou électronique, mais il doit atteindre au moins les 100 \ensuremath{^{\circ}}C. La résistance est en fait le thermoplongeur qui est branché sur une prise électrique murale. Le chronomètre a été dessiné analogique mais il pourrait aussi être électronique. La prise de mesures avec 0,5 L d'eau du robinet dans un récipient en verre Pyrex\ensuremath{^{©}} donne les résultats du tableau de mesure qui suit pendant les 5 minutes de la durée d'expérience.	

Tableau des mesures expérimentales pour un conducteur ohmique de résistance ${R = 4 \Omega}$ :

\begin{table}[H]
\label{table-effet-joule}
\begin{center}
\begin{tabular}{| l | c | c | c | c | c | c |}
	\hline
	durée (min) depuis le début de l'expérience & 0 & 1 & 2 & 3 & 4 & 5 \\
	\hline
	température ${^{\circ}}$C & 19 & 22 & 29 & 42,5 & 61 & 76 \\
	\hline
\end{tabular}
\caption{Tableau des résultats expérimentaux d'un exemple d'effet Joule avec un conducteur ohmique de résistance ${R = 4 \Omega}$}
\end{center}
\end{table}

\begin{center}
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
    title={\Large{Effet Joule}},
    xlabel={Temps (s)},
    ylabel={température \ensuremath{^{\circ}} C},
    xmin=0, xmax=5,
    ymin=0, ymax=100,
    xtick={0,1,2,3,4,5},
    ytick={0,20,40,60,80,100},
    xmajorgrids=true,
    xminorgrids=true,
    ymajorgrids=true,
    yminorgrids=true,
    grid style=dashed,
]
\addplot[
    color=blue,
    mark=square,
    ]
    coordinates {
    (0,19.0)(1,22.0)(2,29)(3,42.5)(4,61.0)(5,76)
    };
\end{axis}
\end{tikzpicture}
\end{center}
	
	Exemples d'applications dans la vie courante : radiateurs électriques d'appoint, sèche-cheveux chauffant, fer-lissant, grille-pain, four électrique, fer à repasser ...

\section{Les panneaux photovoltaïques / cellules solaires}

Les panneaux photovoltaïques utilisent l'énergie lumineuse issue du soleil en énergie électrique. Ces panneaux utilisent l'effet photoélectrique\footnote{L'effet photoélectrique a été découvert par Einstein et lui a valu le prix Nobel de physique en 1921.} afin de produire une tension électrique à partir des photons\footnote{La lumière est une entité physique extraordinaire, elle possède la curieuse particularité d'être à la fois une onde et une particule. Dans les études scientifiques le phénomène est appelé dualité onde-particule.} reçus du soleil.

\begin{figure}[H]
\begin{center}
\label{photo-panneau-solaire}
\includegraphics[scale=0.35]{image-panneau-solaire.png}
\caption{Un panneau solaire contenant des cellules photovoltaïques, source wikipedia, licence CCA, auteur Pelerin}
\end{center}
\end{figure}

\section{Les barrages}

Les barrages convertissent l'énergie de position de l'eau en énergie cinétique dans des conduites forcées, puis en énergie électrique au moyen d'un couple turbine-alternateur.

L'eau est retenue derrière un mur (barrage) inondant malheureusement un écosystème derrière elle, afin d'accumuler assez de hauteur et donc de pression, puis, des conduits vers la base de ce mur sont ouvert ce qui fait que l'eau peut s'échapper par eux et avoir beaucoup de force pour entraîner les pales des turbines qui sont à l'intérieur faisant tourner l'axe du couple turbine-alternateur et produisant ainsi de l'électricité.

\begin{figure}[H]
\begin{center}
\label{img-barrage}
\includegraphics[scale=0.5]{barrage-hydroelectrique.png}
\caption{Le barrage de Donzere-Mondragon, source wikipedia, licence libre, auteur Iguanebobo}
\end{center}
\end{figure}

\section{Les hydroliennes}

Une hydrolienne est une turbine couplée à un alternateur totalement immergés qui produit une énergie électrique à partir du courant marin et de son énergie cinétique.

\begin{figure}[H]
\begin{center}
\label{img-hydroliennes}
\includegraphics[scale=0.5]{wikipedia-hydroliennes.png}
\caption{Différentes sortes d'hydroliennes, source wikipedia, licence CCA / Libre, auteurs sel (CCA) Feldoncommon (CCA) Frankgg (CCA) Ocean Flow Energy LTD (Libre)}
\end{center}
\end{figure}

\section{Le principe physique sous-jacent et les objets techniques insérés}

Les centrales, les barrages et mes hydroliennes et les éoliennes utilisent toutes le même objet appelé turbine couplé avec un alternateur. La turbine est un objet simple : ce sont des pales accrochées perpendiculairement à un axe qui va tourner et entraîner l'objet intéressant appelé l'alternateur.

La turbine (pour faire simple) n'est qu'une hélice qui va être mise en mouvement par le fluide qui s'écoule (l'air pour les éoliennes, l'eau pour le reste), un axe va alors être partagé entre la turbine ET l'alternateur.

L'alternateur quant à lui est un moteur électrique utilisé à l'envers, l'axe (entraîné par la turbine) fait tourner un ensemble de bobines autour de lui, ces bobines sont donc en rotation dans un environnement entouré d'électroaimants. Au final à la sortie une tension électrique sinusoïdales est produite.

\subsection{L'induction électromagnétiques}

\begin{figure}[H]
\begin{center}
%\label{•}
\includegraphics[scale=0.5]{image-factice.png}
%\caption{•}
\end{center}
\end{figure}

\subsection{Le transformateur électrique et ses rôles} \label{transfo-electrique}

Un transformateur électrique transforme de l'électricité (alternative au moins, sinusoïdale c'est encore mieux) en électricité (sinusoïdale) en passant d'énergie électrique vers de l'énergie électromagnétique (magnétique) puis à nouveau à de l'énergie électrique entre un circuit entrant (circuit primaire) et un circuit sortant (circuit secondaire) isolés électriquement l'un de l'autre.

Les éléments qui comptent dans un tel circuit sont la tension du circuit primaire (entrée) $u_1$, la tension du circuit secondaire (sortie) $u_2$, le nombre de spires du circuit primaire $N_1$ et le nombre de spires du circuit secondaire $N_2$. On appelle "k" le rapport $ k = \dfrac{N_2}{N_1}$ et la tension de sortie est donnée par la relation suivante :

\begin{equation*}
	u_2 = \dfrac{N_2}{N_1} u_1 = k \times u_1
\end{equation*}

\textit{Vous aurez noté que j'ai utilisé des "u" et non des "U" car ... la tension de sortie est sinusoïdale (donc non constante), mais au collège vous pourrez quand même utiliser un "U" quand même sans qu'on vous explique pourquoi.}

Le médiateur magnétique est un circuit magnétique fermé (souvent torique) et feuilleté (afin d'éviter le phénomène des courants de Foucault\footnote{On appelle courants de Foucault les courants électriques créés dans une masse conductrice, soit par la variation au cours du temps d'un champ magnétique extérieur traversant ce milieu (le flux du champ à travers le milieu), soit par un déplacement de cette masse dans un champ magnétique. (Extrait de Wikipedia) Ces courants de Foucault ont des applications connues telles que le freinage électromagnétique (bus, car, camion) ou encore le chauffage par induction.})

\begin{figure}[H]
\begin{center}
\label{schema-transfo-electrique}
\includegraphics[scale=0.4]{wikipedia-transformateur.png}
\caption{Fonctionnement transformateur, source wikipedia, auteur BillC, licence CCA}
\end{center}
\end{figure}

Un transformateur électrique peut avoir 3 rôles suivant le bobinage des circuits primaires et secondaires\footnote{On retrouve la relation $ \dfrac{U_1}{N_1} = \dfrac{U_2}{N_2} $ car le flux magnétique est ce qui est conservé} :

\begin{itemize}
	\item Il peut être élévateur de tension, dans ce cas la tension de sortie est plus élevée que celle d'entrée, $k > 1$, c'est ce qu'on retrouve à l'arrière des TV à l'ancienne (tubes cathodiques) pour alimenter ce qui s'appelle le canon à électrons, ou bien à la sortie des centrales électriques pour élever la tension avant son transport sur de longues distances
	\item il peut être abaisseur de tension, dans ce cas la tension de sortie est plus faible que celle d'entrée, $k < 1$, c'est le cas de la majorité des chageurs électriques ou des blocs d'alimentation de vos ordinateurs fixes.
	\item il peut être isolateur de tension si le nombre est identique, ce qui est utilisé à ce moment là c'est un circuit débarrassé de la Terre du fournisseur d'énergie.
\end{itemize}

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%	\chapter{Exercices sur les transferts d'énergie}
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%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
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%	\section{Exercices de réflexion}
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%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
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\part{Signaux et informations}

\chapter{Les signaux}

\begin{quotation}
	Si vous voulez trouver les secrets de l’univers, pensez en termes d’énergie, de fréquence, d’information et de vibration. \textit{Nikola Tesla}.
\end{quotation}
	
Dans la vie de tous les jours nous utilisons des signaux pour communiquer avec la réalité qui nous entoure, ces signaux sont captés par des capteurs sensoriels naturels chez nous (nos yeux, nos oreilles, notre langue, nos narines, notre peau) et sont transmis au cerveau qui analyse ce qu'il a reçu. C'est sur ce principe que se base le film " Matrix " sorti en 1999? où la question est posée de savoir si une personne ferait la différence entre la réalité et la réalité virtuelle lorsque les ordinateurs du monde seront assez puissants pour pouvoir simuler entièrement au détail près la réalité (donc de la réalité virtuelle parfaite) et qu'une personne est opérée et branchée sur ces machines au moyen de prises directement reliées aux nerfs en charge de transmettre les informations électriques.
	
	Les physiciens, chimistes et biologistes étudient des phénomènes en récupérant leurs signaux, ou utilisent des signaux pour transmettre des informations aux autres (TV, Radio, spectroscopies, IRM, scanner ...)

%
%	\begin{tikzpicture}
%	\begin{axis}[axis lines = left, xlabel = $t$, ylabel = $S(t)$,]
%	\addplot [domain=0:100, samples=750, color=blue,]
%	{5*sin(10*x)};
%	\addplot [domain=0:100, samples=300, color=green,]
%	{4*sin(5*x)};
%	\end{axis}
%	\end{tikzpicture}
	
	\section{Les notions communes}
	
	Les prochains paragraphes expriment les notions communes aux signaux sonores et lumineux (électromagnétiques pour être plus exact). Ces notions sont valides pour tout signal qui se répète de la même façon à intervalles de temps égaux.
	
	\subsection{La représentation}
	
	Les ondes sonores ou les ondes lumineuses sont souvent présentées par des vaguelettes particulières appelées fonction sinusoïdales, tout comme celles de l'électricité produite par des alternateurs.
	
	% [image d'une fonction sinudoidale]
	
	Une vaguelette d'onde est appelée aussi un motif car il se répète identique à lui même tout au long de la durée et du déplacement de cette onde.	
	
	\subsection{La fréquence}
	\label{frequence-definition}
	
	\textbf{La fréquence est le nombre de fois par seconde où un phénomène se répète}. La fréquence est notée \textit{f} son unité est le hertz (Hz)\footnote{Si un jour vous étudiez d'anciens textes}. Il existe des multiples du hertz :
	
	\begin{table}[H]
	\begin{center}
	\label{table-unites-hertz}
	\begin{tabular}{c c c r}
		unité & symbole & facteur \\
		\hline\hline
		hertz & Hz & 1 & \\
		kilohertz & kHz & ${ {10}^{3} }$ & 1 kHz = 1 000 Hz\\
		Megahertz & MHz & ${ {10}^{6} }$ & 1 MHz = 1 000 000  Hz\\
		Gigahertz & GHz & ${ {10}^{9} }$ & 1 GHz = 1 000 000 000 Hz\\
		Terahertz & THz & ${ {10}^{12} }$ & 1 THz = 1 000 000 000 000 Hz\\	
	\end{tabular}
	\caption{Exemples de multiples du Hertz (Hz)}
	\end{center}
	\end{table}

Histoire d'avoir un peu de vocabulaire en plus le tableau qui suit vous donne quelques abréviations des fréquences utilisées par les humains pour désigner des bandes de fréquences.

\begin{table}[H]
\begin{center}
\label{tab-freq-bandes}
\begin{tabular}{c m{8em} m{8em} m{8em}}
	\hline
	Abréviation & Nom de la bande & ... en anglais & Fréquences de ... à ... \\
	\hline\hline
	TLF & Terriblement basse fréquence & Temendously Low frequency & $<$ 3 Hz \\
	\hline
	ELF & Extrêmement basse fréquence & Extremely Low frequency & 3 Hz $\rightarrow$ 30 Hz \\
	\hline
	SLF & Super basse fréquence & Super Low frequency & 30 Hz $\rightarrow$ 300 Hz \\
	\hline
	ULF & Ultra basse fréquence & Ultra Low Frequency & 300 Hz $\rightarrow$ 3 kHz \\
	\hline
	VLF & & & \\
	\hline
	LF & & & \\
	\hline
	MF & & & \\
	\hline
	HF & & & \\
	\hline
	VHF & & & \\
	\hline
	UHF & & & \\
	\hline
	\end{tabular}
\caption{Les abréviations des fréquences}
\end{center}
\end{table}

\subsection{La période} \label{Periode-definition}

La période est la durée d'un motif, c'est à dire la durée de répétition du même phénomène. L'unité est la seconde (s). Une période est notée "T" (en majuscule). Il existe une relation mathématique entre la fréquence \textit{f} en hertz et la période T en seconde :

\begin{equation}
	{f} = \dfrac{1}{T}
\end{equation}

Cette relation peut aussi s'écrire ${ {1} = {T} \times {f} }$ mais aussi de cette troisième façon :

\begin{equation}
	{T} = \dfrac{1}{f}
\end{equation}

\subsection{hors programme : la longueur d'onde}

C'est la distance parcourue par l'onde pendant la durée d'une période. La longueur d'onde est mesurée en mètre (m) et on la note en général \ensuremath{\lambda}. On utilise bien sûr la relation ${{d} = {v} \times {t}}$ ce qui devient par remplacement des lettres d et t par \ensuremath{\lambda} et T : ${ {\lambda} = {v} \times {T} }$

\begin{figure}[H]
\begin{center}
%\label{}
\includegraphics[scale=0.5]{lumiere-sinus-em.png}
\caption{Une onde électromagnétique comme la lumière}
\end{center}
\end{figure}

\section{Décrire les signaux lumineux}
		
Couleur

La couleur d'une onde lumineuse est reliable directement à la fréquence de cette onde. Même si la "lumière" n'est pas visible pour nous, sa fréquence est utilisable dans plein d'autres domaines (radio, TV, téléphonie ...)

\begin{figure}[H]
\begin{center}
\label{spectre-em}
\includegraphics[scale=0.25]{wikipedia-spectre-em.png}
\caption{Le spectre des ondes électromagnétiques et en grossissement celui des lumières visibles. Source : Philip Ronan, Gringer sous licence Creative Commons Attribution.}
\end{center}
\end{figure}

Intensité

L'intensité d'un signal lumineux se mesure en candela (symbole : cd). On utilise aussi l'unité appelée lumen (symbole : lm) qui mesure le flux de lumière.

Vitesse de déplacement\footnote{le terme propagation n'est pas au programme même s'il est réellement plus adapté à ce qu'est une onde électromagnétique.}

Les signaux lumineux se déplacent dans le vide à la vitesse de la lumière, c'est à dire à la vitesse de \textbf{300 000 km/s}  c'est à dire 300 000 000 m/s et plus exactement \textbf{299 792 458 m/s}.

\section{Décrire les signaux sonores}
	
Puissance /	Intensité

Vitesse de déplacement

\section{Utilisation de signaux lumineux pour transporter de l'information}

\subsection{Le code morse}

La lumière est utilisée en alternant durées différentes d'éclairage et d'obscurité. Avec cette modulation de la lumière un code est

\subsection{La fibre optique ${ \rightarrow }$ alarmes optiques}

\subsection{Les spectres lumineux d'absorption et d'émission}

\subsection{Cas plus général (ondes électromagnétiques) :}

Les ondes électromagnétiques sont des ondes où une pulsation électrique et une pulsation magnétique vibrent en même temps et de la même façon (elles sont en phase). La pulsation électrique (en bleu) et la pulsation magnétique (en rouge) sont perpendiculaires l'une de l'autre ET perpendiculaires l'une et l'autre par rapport à la direction où se déplace la lumière (axe noir vers la droite).

\begin{figure}[H]
\begin{center}
%\label{}
\includegraphics[scale=0.5]{lumiere-sinus-em.png}
\caption{Une onde électromagnétique comme la lumière (encore)}
\end{center}
\end{figure}

Les ondes électromagnétiques sont utilisées et présentes tout autour de vous, aussi bien quand vous écoutez la radio, que lorsque vous regardez la TV, elles sont dans le bluetooth de vos oreillettes, de vos téléphones portables, dans le DNLA qui permet à vos appareils d'afficher des documents multimedia ou encore le wifi par lequel vos appareils numériques et tablettes ou ordinateurs communiquent.

Dans d'autres domaines les ondes électromagnétiques servent aussi à faire des radio ou

\subsection{Les ondes TV et radio}

Mêmes ondes mais fréquences différentes

\subsubsection{Les ondes radio} \label{ondes_em_radio}

% source : http://radio.pagesperso-orange.fr/Bandes.htm

Les ondes radio et les ondes sont une partie de la famille des ondes électromagnétiques. Elles sont basées dans des fréquences allant de 160 kHz à 1,6 Mhz ( 160 000 Hz à 1 600 000 Hz) pour les "vieilles" radios à amplitude modulée (AM) ou de 88 MHz à 108 MHz (88 000 000 Hz à 108 000 000 Hz) pour la radio FM. Bien évidemment je m'arrête volontairement aux ondes "grand public" sans rentrer dans le détail des radios marines, militaires ou des transcontinentales qui sont à des fréquences différentes des gammes citées.

La radio : modulation d'amplitude

La radio : modulation de fréquence

La TV / TNT

Les ondes de communication : WiFi, Bluetooth DLNA

Les ondes lumineuse et proches

Les rayons X

Les rayons $\gamma$

% Les prochaines lignes correspondent aux chapitres concernant les exercices et ont été
% volontairement mises en remarques afin de réduire le nombre de pages à imprimer.
% La notion de partie a aussi été supprimée ce qui fait économiser un certain nombre de
% pages dans l'impression et un certain nombre de lignes dans la table des matières.
%
%	\section{Utilisation de signaux sonores pour transporter de\\ l'information}
%	
%	L'exemple du sonar, l'exemple de l'échographie
%
%	\chapter{Exercices sur les signaux}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Application directe}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%	
%	\section{Exercices de réflexion}
%	
%	Texte\\ factice\\ en\\ attendant\\ le\\ vrai\\ paragraphe
%

\part{Annexes}

\chapter{Quelques verreries vues ou utilisées lors du cycle 4}

Voici quelques verreries vues lors du cycle 4.

\chapter*{Bestiaire des formules}
	
Ce chapitre n'en est pas réellement un, c'est surtout un recueil de quelques formules mathématiques vues en classe au cours des 3 années du cycle 4, il est là pour éviter d'aller plus loin dans le document si cela n'est pas nécessaire.

\paragraph{La concentration massique " C "} à partir de la masse du soluté " ${m_solute}$ " et de la masse du solvant " ${m_solvant}$ ".

\begin{equation}
	C = \dfrac{{m}_{solute}}{{V}_{solvant}}
\end{equation}

\paragraph{La masse volumique " $\rho$ "} en fonction de la masse d'un corps pur homogène " m " et du volume " V " de ce corps pur.

\begin{equation}
	\rho = \dfrac{m}{V}
\end{equation}

\paragraph{La vitesse " v "} en fonction de la distance parcourue " d " par rapport à un référentiel fixe et de la durée du parcours " t ".

\begin{equation}
	v = \dfrac{d}{t}
\end{equation}

\paragraph{L'énergie cinétique " $E_C$ " } d'un objet de masse " m " en mouvement à la vitesse " v " par rapport à un référentiel fixe.

\begin{equation}
	{E}_{C} = \dfrac{1}{2} \times {m} \times {{v}^{2}}
\end{equation}

\paragraph{La loi d'ohm pour un conducteur ohmique } de résistance " R " avec une tension électrique " U " à ses bornes et étant traversé par une intensité du courant électrique " I ".

\begin{equation}
	U = R \times I
\end{equation}

\paragraph{La relation Énergie " E ", Puissance " P " et temps d'utilisation " t "}

\begin{equation}
	E = P \times t
\end{equation}

\paragraph{La relation Puissance (électrique), tension (électrique) et intensité (du courant électrique)}

\begin{equation}
	U = R \times I
\end{equation}

\listoftables

\listoffigures

\end{document}
