Voir la source de Densité massique d'énergie

{{voir homonymes|Densité (homonymie)|Densité d'énergie|Densité surfacique d'énergie}}
En [[physique]], la '''densité massique d'énergie''' désigne le quotient d'une [[énergie]] ''E'' par la [[masse]] ''m'' de matière dans laquelle cette énergie est déposée ou stockée :
:<math> D\ =\ \frac{E}{m}\ </math>

Pour le [[stockage de l'énergie|stockage d'énergie]], quand il s'agit d'une propriété intrinsèque du matériau (ou du dispositif) considéré, on l'appelle '''énergie spécifique'''.

L'[[unité dérivée]] de référence pour exprimer la densité massique d'énergie dans le [[Système international d'unités|Système international]] est le [[joule]] par [[kilogramme]] ([[joule|J]]/[[kilogramme|kg]]).

== Rapport à la densité d'énergie ==
Pour un élément de matière homogène, de [[masse volumique]] <math>{\rho} =\ \frac{m}{V}\ </math> et de [[volume]] ''V'', la densité massique d'énergie est reliée à la [[Densité_d'énergie|densité volumique d'énergie]] par :
:<math>D\ =\ \frac{1}{\rho}\  \frac{E}{V}</math>

Utilisant le [[volume massique]] <math>v\ =\ \frac{V}{m}\ =\ \frac{1}{\rho}\ </math> au lieu de masse volumique, cela devient :
:<math>D\ =\ v\  \frac{E}{V}</math>

== Densité d'énergie dans les stockages d'énergie et les carburants ==
{{Section à sourcer|date=mai 2022}}
[[File:Energy density-fr.svg|vignette|redresse=1.5|Densité volumique d'énergie (en MJ/l) en fonction de la densité massique d'énergie (en MJ/kg) pour quelques carburants (valeurs brutes).]]

Dans le domaine du [[stockage d'énergie]], la densité massique d'énergie est utilisée conjointement avec la [[Densité d'énergie|densité volumique d'énergie]] pour [[Diagramme de Ragone|comparer les performances]] des technologies de stockage. L'unité généralement utilisée dans ce domaine est le [[watt-heure]] par [[kilogramme]] : {{unité|1|Wh/kg}} = {{unité|3600|J/kg}}

Plus la densité d'énergie est élevée, plus il y a d'énergie pouvant être stockée ou transportée pour un volume ou une masse donné. Ceci est particulièrement important dans le domaine des transports (automobile, avion, fusée…). On notera que le choix d'un [[carburant]] pour un moyen de transport, outre les aspects économiques, tient compte du [[Consommation spécifique de carburant|rendement]] du groupe motopropulseur.

Les sources d'énergie de plus forte densité sont issues des réactions de fusion et de fission. En raison des contraintes générées par la fission, elle reste cantonnée à des applications bien précises. La fusion en continu, elle, n'est pas encore maîtrisée à ce jour. Le [[charbon]], le [[Gaz naturel|gaz]] et le [[pétrole]] sont les sources d'énergie les plus utilisées au niveau mondial, même s'ils ont une densité d'énergie beaucoup plus faible, le reste étant fourni par la combustion de la [[Biomasse (énergie)|biomasse]] qui a une densité d'énergie encore plus faible.

=== Densités d'énergie typiques ===
La liste suivante fournit la densité d'énergie de matières potentiellement utilisables pour le stockage ou la production d'énergie. La liste ne prend pas en compte la masse des [[réactif (chimie)|réactifs]] nécessaires, comme l'[[oxygène]] pour la combustion ou la matière pour l'annihilation avec l'[[antimatière]]. La conversion d'unités suivante peut être utile pour la lecture du tableau : {{nobr|1 [[Joule|MJ]]}} ≈ {{nobr|0,28 [[Kilowattheure|kWh]]}}. Pour les combustibles, sauf mention contraire, le [[pouvoir calorifique supérieur]] est indiqué (en pratique une partie de cette énergie est perdue sous forme l'[[Enthalpie de vaporisation|énergie absorbée par la vaporisation]] de la vapeur d'eau produite lors de la réaction chimique) ; pour les systèmes électrochimiques, les pertes internes sont écartées. Dans les deux cas, la valeur de la densité d'énergie pratique peut se réduire de 5 à 10 %. Le poids et le volume des équipements annexes indispensables (contenants et réservoirs, pompes et tuyaux, protections des opérateurs{{etc.}}) ne sont pas pris en compte.

{| class="wikitable sortable" style="text-align: center;"
! Source / Type !! Réaction 
!data-sort-type=number|Énergie spécifique<br>({{unité|kWh/kg}})!! data-sort-type=number|Énergie spécifique<br>({{unité|MJ/kg}})
! data-sort-type=number|Densité d’énergie<br>({{unité|MJ/l}})
! Utilisations
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Antimatière]]'''||[[Annihilation (physique)|Annihilation]] matière-antimatière
|25 000 000 000 <br>soit ~50 TWh/kg<ref>{{Lien web |langue=en |titre=180 PJ/kg in Twh/kg |url=https://www.wolframalpha.com/input?i=180+PJ%2Fkg+in+Twh%2Fkg |site=[[WolframAlpha]] }}.</ref> ||{{nombre|180000000000}}<ref>[[E=mc2|E=mc{{2}}]] ; {{Article |langue=en |prénom1=Gerald A. |nom1=Smith |titre=High density storage of antimatter for space propulsion applications |périodique=AIP Conference Proceedings |volume=552 |éditeur=AIP |date=2001 |doi=10.1063/1.1358031 |lire en ligne=http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1358031 |consulté le=2022-05-21 |pages=939–943}}.</ref> <br>soit 180 PJ/kg || || Expérimentation, recherche et utilisation future
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Deutérium]] et [[tritium]]''' || [[Fusion nucléaire]]
|93 718 719||{{nombre|337387388}}|| {{nombre|6368000000}}{{Refnec}} ||  Production d'électricité (en développement)
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Plutonium-239]]''' ||  [[Fission nucléaire]]
|23 230 277||{{formatnum:83629000}} || {{nombre|1657000000|}}|| Production d'électricité (surgénération)
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Uranium-235]]''' ||  Fission nucléaire
|22 083 333||{{formatnum:79500000}} || {{nombre|1534000000}} ||  Production d'électricité
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Hydrogène]] (comprimé à 700 bars)''' ||[[Réaction chimique|Chimique]]
|34,1|| 123 || {{nombre|5.6}} || Moteurs de véhicules
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Essence (hydrocarbure)|Essence]]''' || Chimique
|13,1|| 47,2 || 34 ||Moteurs de véhicules
|-
| style="text-align:left;" | '''[[Propane]] (ou [[Gaz de pétrole liquéfié|GPL]])'''||Chimique
|12,8|| 46,4 || 26 ||Cuisson, chauffage domestique, Moteurs de véhicules
|-
| style="text-align:left;" | '''[[Fioul|Fioul / carburant Diesel]]'''|| Chimique
|12,6|| 45,4 || 36,4 ||Moteurs de véhicules, chauffage domestique
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Kérosène]]''' || Chimique
|11,9|| 43 || 33 || Moteurs d'avions
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Graisse]]s (animales ou végétales)''' || Chimique
|10,2|| 37 ||  ||Nutrition humaine ou animale, moteurs de véhicules 
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Éthanol]]''' || Chimique
|8,25|| 29,7<ref>{{Lien web |langue=fr |auteur=Patrice Lecomte |titre= Éthanol de synthèse |passage=Fiche produit éthanol CH3CH2OH |url=https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/archives-th12/archives-operations-unitaires-genie-de-la-reaction-chimique-tiajb/archive-1/ethanol-de-synthese-j6305/fiche-produit-ethanol-ch3ch2oh-j6305niv10003.html |site=[[Techniques de l'ingénieur]] |date=1994 |consulté le=2023-05-04}}.</ref>|| 23,4 || Moteurs de véhicules, chauffage, nutrition
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Charbon]] maigre<br>[[houille]] [[anthracite]]use''' || Chimique
|6,2|| 29 ||  || Production d'électricité, chauffage domestique
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Lignite]] séché''' || Chimique
|4,8|| 18 ||  || Production d'électricité, chauffage domestique
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Hydrates de carbone]] (y compris sucre)''' || Chimique
|4,7|| 17 || || Nutrition humaine ou animale
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Protéine]]s nutritives''' || Chimique
|4,6|| 16,8 ||  ||Nutrition humaine ou animale
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Bois]]''' || Chimique
|4,5|| 16,2 ||  || Chauffage, cuisson
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Tourbe]]''' || Chimique
|4,5|| 12 ||  || Chauffage, cuisson
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Accumulateur lithium-air]]''' || [[Électrochimie|Électrochimique]] 
|2,5|| 8 ||  || Appareils électroniques portables, véhicules électriques (en développement)
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Trinitrotoluène|TNT]]''' || Chimique
|1,2|| 4,6 ||  || Explosifs
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Poudre noire]]''' || Chimique
|0,83|| 3 ||  || Explosifs
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Accumulateur lithium]] '''|| Électrochimique
|0,5|| 1,8 || 4,32 ||Appareils électroniques portables, lampes de poche(non-rechargeable)
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Accumulateur lithium-soufre]]''' || Électrochimique
|0,5|| 1,8 ||  ||Véhicules électriques
|-
| style="text-align:left;"| ''' [[Accumulateur lithium-ion]]''' || Électrochimique
|0,2|| 0,72 ||0,9-2,23 || Appareils électroniques portables, véhicules électriques
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Pile alcaline]]''' || Électrochimique
|0,163|| 0,59 ||  ||Appareils électroniques portables, lampes de poche(non-rechargeables)
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Supercondensateur]] (graphene/SWCNT)<ref>Quiang Cheng et.al. "Graphene and carbon nanotube composite electrodes for supercapacitors with ultra-high energy density" Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, {{doi|10.1039/C1CP21910C}}.http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/cp/c1cp21910c</ref>''' || Électrique
|0,155||0.56 ||  || Véhicules électriques, régulation de puissance
|-
| style="text-align:left;"|'''[[Air comprimé]] (300 bar)'''
|[[Énergie pneumatique|Pneumatique]]
|0,138
|0,5
|0,2
|Stockage d'énergie
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Batterie sodium-ion]]''' || Électrochimique
|0,101|| 0,367 || ||Équilibrage de charge, stockage d'énergie
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Accumulateur nickel-hydrure métallique]]''' || Électrochimique
|0,080|| 0,288|| 0,504-1,08 || Appareils électroniques portables, lampes de poche
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Supercondensateur]]''' ||[[électricité|Électrique]] 
|0,0277|| 0,1 ||  || Régulation de puissance
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Batterie au plomb]]''' || Électrochimique
|0,0277|| 0,1 ||  ||Démarrage de moteurs de véhicules
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Volant d'inertie#Stockage d'énergie|Volant d'inertie]]''' || [[Energie cinétique|Mécanique]]
|0,010||0,036-0,5 ||  || Système de récupération de l'énergie cinétique|Récupération de l'énergie cinétique (KERS)
|-
| style="text-align:left;"| '''[[Condensateur (électricité)|Condensateur]]''' || Électrique
|0,001||0,000036 ||  || Circuits électroniques
|}

== Autres applications ==
En [[physique médicale]], de nombreuses [[grandeurs physiques]] sont par définition des densités massiques d'énergie. C'est le cas de la [[dose radioactive|dose absorbée]] et des grandeurs qui en sont dérivées, par exemple la [[dose équivalente]] et la [[Dose efficace (radioprotection)|dose efficace]]. On utilise alors des noms spécifiques pour le [[joule]] par [[kilogramme]] : le [[gray (unité)|gray]] ([[gray (unité)|Gy]]) et le [[sievert]] ([[sievert|Sv]]) :
:{{unité|1|Sv}} = {{unité|1|Gy}} = {{unité|1|J/kg}}

== Notes et références ==
{{références}}

== Voir aussi ==
* [[Dose absorbée]] ~ [[dose équivalente]] ~ [[Dose efficace (radioprotection)|dose efficace]]
* [[Densité d'énergie]] ~ [[Diagramme de Ragone]]

{{Portail|énergie|physique}}

[[Catégorie:Stockage de l'énergie]]
[[Catégorie:Physique médicale]]
[[Catégorie:Grandeur massique]]