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Thème 1 : Science, climat et société
Introduction
Ch. 1
L'atmosphère terrestre et la vie
Ch. 2
La complexité du système climatique
Ch. 3
Le climat du futur
Ch. 4
Énergie, développement et futur climatique
Objectif Bac : Thème 1
Thème 2 : Le futur des énergies
Introduction
Ch. 5
Deux siècles d’énergie électrique
Ch. 6
Les atouts de l’électricité
Ch. 7
Optimisation du transport de l’électricité
Ch. 8
Choix énergétiques et impacts
Objectif Bac : Thème 2
Thème 3 : Une histoire du vivant
Introduction
Ch. 9
La biodiversité et son évolution
Ch. 10
L’évolution, une grille de lecture du monde
Ch. 11
L’évolution humaine
Ch. 12
Les modèles démographiques
Ch. 13
De l’informatique à l’intelligence artificielle
Objectif Bac : Thème 3
Livret maths
Fiches méthode
Annexes
Chapitre 8
Activité 2 - en groupe
Vers un mix énergétique pour le village d'Eklaugy
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Introduction
Eklaugy est une commune fictive d'environ 2 000 habitants. Devant les enjeux environnementaux et humains, la maire et ses administrés souhaitent se tourner vers un développement fondé sur un régime durable de conversion et d'utilisation de l'énergie.
Le mix énergétique correspond à un choix d'utilisation de différentes sources d'énergie. Quelles options sont disponibles pour le village ? Vous constituez des groupes d'experts en charge d'étudier les solutions possibles.
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Groupe 1 Experts en panneaux solaires
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Doc. 1Principe de fonctionnement des panneaux solaires
Le panneau solaire est un dispositif qui capte l'énergie radiative et la transforme en énergie thermique et/ou électrique. Il existe trois types de panneaux solaires :
- les panneaux solaires thermiques transforment l'énergie radiative en énergie thermique pour la transférer à un fluide caloporteur qui circule dans un ballon de stockage d'eau sanitaire permettant de la chauffer ;
- les panneaux solaires photovoltaïques transforment une partie de l'énergie radiative en courant électrique continu, qui est ensuite converti en courant alternatif par un onduleur ;
- les panneaux solaires hybrides transforment l'énergie radiative en énergie thermique et en énergie électrique selon les deux procédés précédents.
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Doc. 2Points forts et points faibles des panneaux solaires photovoltaïques
Points forts :
Points faibles :
- source d'énergie inépuisable ;
- temps de retour énergétique (durée nécessaire pour fournir autant d'énergie que celle utilisée pour la production du dispositif) et des émissions de \text{CO}_2 faibles ;
- peuvent être développés presque partout ;
- pose sur les bâtiments qui permet un déploiement sans emprise au sol ;
- secteur générateur d'emplois en France.
Points faibles :
- coût encore trop élevé, mais qui diminue rapidement et de façon ininterrompue depuis plus de 20 ans ;
- pollution provoquée par certains procédés mal gérés ;
- concurrence pour l'utilisation des sols dans le cas des fermes photovoltaïques.
D'après Les avis de l'ADEME : le solaire photovoltaïque, ADEME, avril 2016.
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Doc. 3Fonctionnement d'un panneau photovoltaïque
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Retrouvez le fonctionnement d'un panneau en vidéo :
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Indicateurs de réussite
1. Avoir décrit théoriquement un panneau solaire.
2.
3. Avoir communiqué oralement sur son intérêt dans un mix énergétique.
Oral
Avoir communiqué sur son fonctionnement avec ses avantages et inconvénients.
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Groupe 2 Experts en éoliennes
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Doc. 4Dimension acoustique d'un projet éolien
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Doc. 5Schéma de fonctionnement d'une éolienne
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Doc. 6Principe d'une éolienne
Une éolienne est un dispositif qui convertit l'énergie mécanique du vent en énergie électrique.
L'énergie mécanique est captée par les pales de l'éolienne qui mettent en rotation l'axe sur lequel elles sont fixées. Celui-ci, relié à un multiplicateur, permet d'augmenter la vitesse de rotation du rotor de l'alternateur, constitué d'un aimant et d'une bobine. En tournant, l'aimant de l'alternateur crée un courant alternatif dans la bobine par induction électromagnétique. Cet ensemble se situe au sommet d'un mât de 20 à 120 m de hauteur pouvant être orientée selon le sens du vent.
L'énergie mécanique est captée par les pales de l'éolienne qui mettent en rotation l'axe sur lequel elles sont fixées. Celui-ci, relié à un multiplicateur, permet d'augmenter la vitesse de rotation du rotor de l'alternateur, constitué d'un aimant et d'une bobine. En tournant, l'aimant de l'alternateur crée un courant alternatif dans la bobine par induction électromagnétique. Cet ensemble se situe au sommet d'un mât de 20 à 120 m de hauteur pouvant être orientée selon le sens du vent.
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Doc. 7L'éolien, une dégradation des paysages ?
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Découvrez une vidéo sur la transformation de l'énergie cinétique en énergie électrique dans une centrale éolienne :
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Indicateurs de réussite
1. Avoir décrit théoriquement le fonctionnement d'un alternateur.
2.
3. Avoir communiqué oralement sur son intérêt dans un mix énergétique.
Oral
Avoir communiqué sur le fonctionnement d'une éolienne avec ses avantages et inconvénients.
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Groupe 3Experts en méthanisation
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Doc. 8Principe d'un méthaniseur
Un méthaniseur est un dispositif qui transforme la matière qui fermente en biogaz composé essentiellement de méthane (de 50 à 70 %), de dioxyde de carbone et de compost appelé « digestat », utilisé comme fertilisant. L'énergie du biogaz peut être convertie :
- en énergie thermique par combustion et ainsi chauffer des circuits d'eau ;
- en énergie électrique en alimentant un moteur couplé à un alternateur ;
- en énergie mécanique par combustion dans un moteur à injection dans un véhicule.
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Doc. 9Fonctionnement d'un méthaniseur
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Doc. 10Produire du carburant vert sur son exploitation, c'est possible
Lauréat national des premiers Trophées de la bioéconomie dans la catégorie bioénergies, Philippe Collin [...] produit, sur sa ferme, du bioGNV (gaz naturel véhicule), un carburant vert, distribué directement sur son exploitation, un projet unique en France. [...] Le bioGNV c'est :
- un carburant substituable aux carburants d'origine fossile ;
- une énergie 100 % renouvelable et écologique, car issue de la méthanisation de déchets organiques ;
- 97 % de réduction des émissions de \text{CO}_2 par rapport au diesel ;
- quasiment zéro émission de particules fines à l'échappement.
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Doc. 11Les limites de la revalorisation
« C'est très coûteux en maintenance. C'est une mauvaise surprise », constate Daniel Lamoureux, éleveur de porcs à Rennes. [...]
À eux seuls, fumier ou lisier ne suffisent pas à produire du biogaz. Il faut rajouter de la matière végétale. Les Allemands mettent du maïs, pratique interdite en France pour ne pas concurrencer l'alimentation. Les agriculteurs français rajoutent des déchets organiques : tontes de pelouses, déchets de cantines scolaires ou de l'industrie alimentaire. Facile au début, la récupération de ces matières premières l'est moins aujourd'hui.
« Avant, les industriels payaient pour qu'on les débarrasse de ces déchets. Aujourd'hui, ils savent qu'on en fait du courant, alors ils nous le vendent », souligne Francis Claudepierre, éleveur laitier des Vosges.
À eux seuls, fumier ou lisier ne suffisent pas à produire du biogaz. Il faut rajouter de la matière végétale. Les Allemands mettent du maïs, pratique interdite en France pour ne pas concurrencer l'alimentation. Les agriculteurs français rajoutent des déchets organiques : tontes de pelouses, déchets de cantines scolaires ou de l'industrie alimentaire. Facile au début, la récupération de ces matières premières l'est moins aujourd'hui.
« Avant, les industriels payaient pour qu'on les débarrasse de ces déchets. Aujourd'hui, ils savent qu'on en fait du courant, alors ils nous le vendent », souligne Francis Claudepierre, éleveur laitier des Vosges.
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Compost : engrais formé par le mélange fermenté de débris organiques avec des matières minérales.
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Retrouvez une vidéo décrivant une installation agricole avec un méthaniseur et toutes ses utilisations :
Découvrez le fonctionnement d'un méthaniseur en vidéo :
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Indicateurs de réussite
1. Avoir décrit théoriquement le fonctionnement d'un méthaniseur.
2.
3.
Oral
Avoir communiqué sur le fonctionnement d'un méthaniseur avec ses avantages et inconvénients.
Oral
Avoir communiqué sur son intérêt dans un mix énergétique.
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Groupe 4Experts en plan d'installation d'énergies renouvelables
Ce groupe interviendra dans un second temps, après les présentations des trois premiers. Il disposera de cinq minutes avant d'établir sa conclusion concernant le mix énergétique.
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Doc. 12Les fluctuations de la production d'électricité renouvelable
La production énergétique annuelle par centrale peut varier en fonction des conditions climatiques : une centrale hydraulique dépend de la température et des précipitations annuelles ; une centrale photovoltaïque dépend de la durée d'ensoleillement des panneaux ; une centrale éolienne dépend de la régularité des vents et un méthaniseur de l'état des troupeaux, des récoltes, etc.
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Doc. 13Les fluctuations de la consommation d'énergie
La consommation d'électricité dépend des conditions climatiques : si l'hiver est très froid, il faut chauffer beaucoup ; si l'été est très chaud, il faut faire fonctionner les climatiseurs. Elle dépend aussi des conditions économiques : en période de crise, on cherchera à économiser l'énergie en diminuant par exemple les éclairages, en chauffant ou en refroidissant moins malgré les besoins humains, en prenant moins de bains, en cuisinant moins, etc.
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Doc. 14Émissions des gaz à effet de serre selon la source d'énergie
| Source d'énergie | Émission équivalent \text{CO}_2 (en kW⋅h) Minimum / Médiane / Maximum |
|---|---|
| Charbon | 740 / 820 / 910 |
| Éolien maritime | 8 / 12 / 35 |
| Éolien terrestre | 7 / 11 / 56 |
| Gaz | 410 / 490 / 650 |
| Hydraulique | 1 / 24 / 2 200 |
| Nucléaire | 3,7 / 12 / 110 |
| Photovoltaïque | 26 / 41 / 60 |
GIEC, 2014. Les émissions de \text{CO}_2 calculées comprennent la fabrication des dispositifs d'exploitation et l'utilisation des ressources.
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Doc. 15Le village d'Eklaugy
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De l'automne au printemps, la partie du village Est est à l'ombre des montagnes la majeure partie de la journée. Le vent souffle régulièrement dans la vallée.
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Observez en temps réel la
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Bioénergie : formes d'énergie stockées par la biomasse (matière organique d'origine végétale, animale ou bactérienne).
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Indicateurs de réussite
1. Avoir déterminé des facteurs influençant la production et la consommation d'énergie.
2. Avoir compris les inconvénients des différentes solutions.
3.
2. Avoir compris les inconvénients des différentes solutions.
3.
Oral
Avoir communiqué des analyses proposant des choix de mix énergétiques possibles.
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YolèneÉmilieJean-PaulFatimaSarah