Conversion de Électronvolts en Térajoules

Informations sur le Électronvolt (eV)

L’électronvolt est une unité d’énergie égale au travail accompli sur un seul électron traversant une différence de potentiel d’un volt. Son symbole est eV. Depuis la redéfinition du SI de 2019, il possède une valeur exacte, 1,602176634 fois dix puissance moins dix-neuf joule, car la charge élémentaire est désormais une constante définie.

Il existe parce que le joule est désespérément grand pour le monde atomique. Un seul photon visible porte entre environ 1,6 et 3,3 électronvolts, et l’exprimer en joules réclame dix-neuf zéros initiaux. Travailler en électronvolts permet à un physicien d’énoncer l’énergie d’une liaison chimique, d’une transition atomique ou d’une collision subatomique par un nombre compris entre un et quelques-uns, ce qu’une unité est censée faire.

L’échelle organise des disciplines entières. La chimie vit à quelques électronvolts, l’énergie des liaisons et des photons visibles et ultraviolets qui les brisent. Les rayons X occupent les kiloélectronvolts. La physique nucléaire travaille en mégaélectronvolts, l’échelle des énergies de liaison et de la désintégration radioactive. La physique des particules emploie les gigaélectronvolts, où la masse au repos du proton vaut 0,938, et les téraélectronvolts au Grand collisionneur de hadrons, dont les protons portent 6,8 chacun.

La masse s’exprime dans la même unité par la relation masse-énergie. La masse au repos d’une particule se donne en électronvolts divisés par le carré de la vitesse de la lumière, et les physiciens omettent couramment le diviseur pour dire simplement que l’électron vaut 511 kiloélectronvolts. Le boson de Higgs vaut 125 gigaélectronvolts selon la même convention.

L’ingénierie des semi-conducteurs en dépend. La bande interdite qui détermine le comportement électrique et optique d’un matériau est une énergie en électronvolts : environ 1,1 pour le silicium, 3,4 pour le nitrure de gallium, et ce seul nombre décide si un composant est une cellule solaire, un transistor ou une diode électroluminescente bleue.

L’astronomie hérite de la convention pour les photons de haute énergie : les télescopes à rayons gamma rapportent donc leurs observations en gigaélectronvolts et téraélectronvolts plutôt qu’en longueurs d’onde.

Les accélérateurs de particules portent le nom des énergies qu’ils atteignent, et leurs noms suivent donc les préfixes. La machine de Cockcroft et Walton qui brisa un noyau pour la première fois en 1932 travaillait à quelques centaines de kiloélectronvolts ; le Bévatron des années cinquante atteignit le milliard et trouva l’antiproton ; et le Grand collisionneur de hadrons porte les protons à 6,8 téraélectronvolts chacun. Les rayons cosmiques remettent tout cela en perspective en arrivant avec des énergies allant jusqu’à 10 puissance vingt électronvolts, des dizaines de millions de fois plus que toute machine, même si une poignée seulement de telles particules frappe la Terre en un siècle sur un kilomètre carré.

Un électronvolt équivaut à environ 1,602 fois dix puissance moins dix-neuf joule, soit à peu près 3,83 fois dix puissance moins vingt calorie.

Informations sur le Térajoule (TJ)

Le térajoule est une unité d’énergie valant mille gigajoules, soit 1 000 000 000 000 joules. Son symbole est TJ. C’est l’unité dans laquelle les pays comptabilisent leur énergie, et elle paraît bien plus souvent dans les statistiques officielles que dans un catalogue d’ingénierie, car elle est taillée pour la consommation annuelle d’une commune et non d’une machine.

La comptabilité énergétique internationale fonctionne avec elle. L’Agence internationale de l’énergie publie les bilans énergétiques nationaux en térajoules, et les inventaires de gaz à effet de serre déposés dans le cadre climatique des Nations unies déclarent la consommation de combustibles dans la même unité. Les facteurs d’émission sont exprimés en conséquence : brûler un térajoule de gaz naturel libère environ 56 tonnes de dioxyde de carbone, de gazole environ 74 et de houille environ 95, ce qui transforme tout chiffre d’énergie en chiffre d’émissions.

La production s’y décrit aussi. Une éolienne de trois mégawatts fonctionnant avec un facteur de charge réaliste produit à peu près 33 térajoules par an. Une seule cargaison de gaz naturel liquéfié dans un grand méthanier renferme près de 3800 térajoules, et c’est pourquoi une expédition unique peut couvrir plusieurs semaines de la demande gazière d’un petit pays. Les batteries à l’échelle du réseau, à l’inverse, se mesurent encore en fractions de térajoule.

L’énergie destructrice atteint elle aussi cette échelle. Une kilotonne de TNT vaut exactement 4,184 térajoules, de sorte que la bombe lâchée sur Hiroshima a libéré quelque 63 térajoules. Un séisme de magnitude cinq rayonne environ deux térajoules d’énergie sismique, et chaque degré entier de l’échelle multiplie ce chiffre par une trentaine, ce qui fait qu’un événement de magnitude sept est mille fois plus grand qu’un événement de magnitude cinq.

L’unité marque en outre une frontière dans la manière de parler d’énergie. En dessous, les quantités appartiennent aux bâtiments, aux véhicules et aux appareils, et l’on discute d’efficacité. À ce niveau et au-dessus, elles appartiennent à la politique : importations de combustibles, dispositifs de soutien, objectifs d’émissions, planification du réseau. C’est la même physique qui se mesure, mais le térajoule est l’endroit où la conversation cesse d’être technique pour devenir politique.

Au-dessus du térajoule, l’échelle continue avec le pétajoule, employé pour des secteurs nationaux entiers, et l’exajoule, employé pour les totaux mondiaux : la consommation mondiale d’énergie primaire dépasse les 600 exajoules par an. Redescendre cette échelle revient à déplacer la virgule de trois rangs à chaque fois.

Un térajoule équivaut à 1 000 000 000 000 joules, à environ 277,8 mégawattheures ou à environ 239 gigacalories.