Énergie libre
L'énergie libre est un intermédiaire de calcul utilisé en thermodynamique.
La deuxième loi de la thermodynamique nous permet de dire si une réaction ou un processus est réversible, irréversible ou impossible. Le problème est que pour le déterminer, nous devons posséder l'entropie totale du système(l'entropie de l'univers), c'est-à-dire celle du système et celle de son environnement ce qui est très difficile à déterminer. Il serait plus pratique d'obtenir une fonction d'état qui ne dépende que du système lui-même. Une telle fonction est appelé énergie libre, soit de Helmoltz à température et volume constants, soit de Gibbs à pression et température constantes. L'énergie libre essaie donc de représenter la part d'énergie d'un système que l'on peut utiliser pour un travail « utile ». Lorsqu'un système évolue naturellement, son énergie libre diminue.
Énergie libre de Gibbs
L'énergie libre de Gibbs est notée « G », et est définie par :
- dG = dH − TdS
H étant l'enthalpie (en J), T la température absolue (en K) et S l'entropie (en J).
L'énergie libre de Gibbs représente la quantité de travail, qui n'est pas du travail d'expansion ( − PΔV), que peut fournir un système à température et pression constantes.
L'énergie libre molaire partielle pour une espèce chimique i est appelée « potentiel chimique » de l'espèce, et est noté µi :
où Ci est la concentration de l'espèce i.
Énergie libre de Helmoltz
L'énergie libre de Helmoltz est notée « F » et est définie par
- F = E − TS
où E est l'énergie totale du système, T est la température absolue et S l'entropie.
Énergie libre en pseudo-science
Le terme « énergie libre » est également utilisé par des pseudo-scientifiques pour désigner une manière soi-disant gratuite et ne nécessitant aucune matière première pour produire un travail mécanique ou électrique.
Le terme est en général utilisé pour des machines s'appuyant sur la notion de mouvement perpétuel ou consistant à extraire l'énergie du vide. Lorsque l'on oppose le fait que l'on ne peut pas extraire un travail ex nihilo, les pseudo-scientifiques invoquent en général la main-mise sur les sciences par une élite qui ne veut pas lâcher son pouvoir ainsi que des lobbies des entreprises productrices d'énergie (voir l'article Théorie du complot).
S'il existe des sources d'énergie renouvelable (énergie éolienne, énergie solaire, énergie marémotrice), le travail mécanique provient bien d'une source et modifie bien l'environnement, même si l'impact est négligeable (ralentissement infime de la rotation de la Terre pour l'éolien ou le marémoteur, diminution de l'ensoleillement du sol et donc de la température pour le solaire) ; il ne s'agit pas d'énergie apparaissant spontanément.
La confusion est entretenue par le fait qu'« énergie libre » se dit « free energy » en anglais, ce qui se traduit aussi par « énergie gratuite ».