Dans le langage de la vie quotidienne, la notion d'« énergie » est indissociable de la vitalité, du dynamisme, de l'action, du confort et de la performance.  Il y a quelques dizaines d'années on mettait un tigre dans son moteur, aujourd'hui on consomme des boissons énergisantes...  Dans un monde où seule la performance semble compter, l'énergie apparaît comme un facteur vital au point que, pour certains, il n'est pas envisageable de réduire la consommation d'énergie ni même d'arrêter ou de ralentir sa croissance.

De nos jours, un enfant sait éventuellement très tôt que l'énergie électrique peut se transformer en chaleur dans une plaque de cuisson ou un four à micro-ondes, ou encore que l'énergie chimique peut se transformer en énergie électrique dans une pile ou une batterie.  La notion d'énergie n'est cependant pas claire pour autant...  Toutefois, un détail est remarquable : la notion d'énergie est associée à l'idée de transformation...

Pour le scientifique également, l'énergie est demeurée longtemps mystérieuse.  Ce n'est que depuis le milieu du 19^ème siècle, soit environ deux siècles après la clarification du concept de force par Isaac Newton, que la notion d'énergie commençe à être éclaircie.  Ces progrès très tardifs témoignent sans doute du caractère complexe de l'énergie. 

Premières étapes scientifiques décisive

A la fin du 18^ème siècle, la distinction entre température et chaleur demeure confuse.  En 1798, Benjamin Thompson, Comte de Rumford, surveille le forage de tubes à canon en cuivre à l'arsenal de Munich.  Il est bien connu à l'époque que cette opération échauffe fortement les pièces.  Ceci est interprété tout naturellement comme la libération d'un fluide contenu dans la matière, le calorique, lorsque la mèche rogne le métal.  Un jour, Thompson constate que, lorsqu'on utilise une mèche mal affutée, l'échauffement est beaucoup plus important alors que la pénétration de l'outil est insignifiante.  Il est ainsi frappé par le caractère inépuisable de cette source de chaleur qui ne peut donc provenir de la matière elle-même mais du travail mécanique fourni.   Il note :

Je suis persuadé que l'habitude de bien observer ce qui se passe dans le cours ordinaire de la vie a plus souvent conduit, comme par hasard ou par le vagabondage folâtre de l'imagination mise en action par la contemplation des phénomènes les plus communs, à des doutes utiles et à des projets sensés d'investigation et de perfectionnement que les méditations les plus profondes des philosophes dans les heures expressément consacrées à l'étude...  D'où vient la chaleur produite par l'opération mécanique du forage des canons ?  Est-elle fournie par les copeaux qui sont séparés par la tarière de la masse solide du métal ?...  En réfléchissant sur ce sujet, nous ne devons pas oublier de prendre en considération cette circonstance hautement remarquable que la source de chaleur produite, dans ces expériences, par le frottement paraissait manifestement inépuisable.  Il est à peine nécessaire d'ajouter que ce qu'un corps isolé quelconque, ou un système de corps, peut continuer à fournir sans limitation, ne peut pas être une substance matérielle...

Il faut cependant encore attendre près d'un demi siècle pour voir progresser les idées de façon significative.  C'est en 1842 que Julius Robert Mayer, un médecin allemand, établit une corrélation entre chaleur et travail mécanique, deux formes de l'énergie.  Il est le premier à proposer une Loi de conservation de l'énergie.  L'année suivante, James Prescott Joule, un brasseur anglais, mesure l'augmentation de température produite par l'agitation mécanique de l'eau et en déduit une équivalence entre travail mécanique et chaleur.  Enfin, en 1847, Herman Ludwig von Helmholtz produit un article fondamental intitulé Sur la conservation de l'énergie.

Il faut noter que les bases expérimentales qui ont mené à ce progrès significatif dans la clarification du concept d'énergie est le fait d'« amateurs » : Rumford est un aventurier américain, ministre de la guerre en Bavière, Mayer est médecin et Joule est brasseur.  Aucun n'est physicien.

Quelques années plus tard, en 1853, la notion d'énergie potentielle est introduite.  Le pot de fleurs déposé sur la tablette de fenêtre du 5^ème étage possède une énergie potentielle d'autant plus élevée qu'il est juché haut. Si la tablette se dérobe, le pot dégringole.  Il réalise son énergie potentielle sous forme d'énergie cinétique : au cours de la chute, l'énergie cinétique du pot de fleurs croît avec sa vitesse tandis que son énergie potentielle diminue avec son altitude.  De la même manière, un objet fixé à un ressort tendu possède une énergie potentielle qui peut se réaliser en énergie cinétique au moment où le ressort est libéré.

Les grandes révolutions
de la physique au 20^ème siècle

Le début du 20^ème siècle connaît encore quelques révolutions importantes en matière de conception de l'énergie.

Max Planck fait un premier pas vers la théorie de la quantification.  En décembre 1900, il établit qu'une substance ne peut émettre de la lumière qu'à certaines énergies.  Ceci implique que certains processus physiques ne sont pas continus et ne peuvent produire que des quantités spécifiques d'énergie qu'il baptise le quantum d'énergie.

Les propos de Louis De Broglie, Prix Nobel de Physique en 1929, restent d'actualité : nous ne pouvons pas ignorer les quanta et cependant nous devons rester modestes quant à la maîtrise de ce concept dont même des génies ont bien du mal à percevoir tous les détails ! 

En guise de conclusion...

L'énergie est un sujet de préoccupation majeur des citoyens de ce début de 3^ème millénaire à bien des points de vue : de l'économie à l'écologie en passant par le développement.  Elle est également omniprésente dans les diverses disciplines scientifiques.  Le Printemps des Sciences 2002, qui a l'énergie pour thème, sera une passionnante occasion de dialogue entre la communauté scientifique et le grand public.