Enseignement scientifique Terminale - 2024
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Mes Pages
Sciences, climat et société
Ch. 1
L’atmosphère terrestre et la vie
Ch. 2
La complexité du système climatique
Ch. 3
Le climat du futur
Se préparer à l'évaluation - Thème 1
Le futur des énergies
Ch. 4
Deux siècles d’énergie électrique
Ch. 5
Conversion et transport de l’énergie électrique
Ch. 6
Énergie, développement et futur climatique
Se préparer à l'évaluation - Thème 2
Une histoire du vivant
Ch. 7
La biodiversité et son évolution
Ch. 8
L’évolution comme grille de lecture du monde
Ch. 9
L’évolution humaine
Ch. 10
Les modèles démographiques
Ch. 11
De l’informatique à l’intelligence artificielle
Se préparer à l'évaluation - Thème 3
Livret maths
Fiches méthode
Esprit critique et scientifique
Améliorer ses compétences
Fiches histoire
Annexes
Ch. 5
Activité 1 - documentaire
Diversité des moyens de production d'électricité
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Introduction
Depuis la fin du XIXe siècle, de nombreuses technologies ont été développées
pour diversifier les moyens de production de l'énergie électrique. Elles
permettent aujourd'hui d'en produire sans combustion et de diminuer les
émissions de gaz à effet de serre.
Problématique
Comment peut-on produire de l'électricité sans combustion ?
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- Formes d'énergie
- Transferts et conversions d'énergie
- Chaînes énergétiques
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Documents
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Doc. 1Conversion d'énergie chimique
Les piles fonctionnent grâce à des réactions
d'oxydoréduction impliquant des échanges
d'électrons entre deux réactifs. Dans une pile,
ces réactifs sont séparés dans des compartiments
différents. Si l'on relie ces compartiments à l'aide
d'un circuit électrique et d'un pont salin, les
électrons peuvent se déplacer dans le circuit et
générer un courant électrique. Les piles permettent
ainsi de convertir l'énergie chimique en
énergie électrique.
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Doc. 2Pile à combustible
Une pile à combustible (ou pile
à hydrogène) est une pile dont
les réactifs sont le dihydrogène
\mathrm{H}_2 et le dioxygène \mathrm{O}_2.
La réaction d'oxydoréduction
mise en jeu produit uniquement
de l'eau \mathrm{H}_2 \mathrm{O}.
Néanmoins, le dihydrogène \mathrm{H}_2 reste pour le moment une espèce chimique massivement produite à partir de combustibles fossiles, comme le pétrole ou le charbon, ce qui libère du dioxyde de carbone \mathrm{CO}_2 dans l'atmosphère.
2 \mathrm{H}_2+\mathrm{O}_2 \rightarrow 2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}
Néanmoins, le dihydrogène \mathrm{H}_2 reste pour le moment une espèce chimique massivement produite à partir de combustibles fossiles, comme le pétrole ou le charbon, ce qui libère du dioxyde de carbone \mathrm{CO}_2 dans l'atmosphère.
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Doc. 3Conversion à partir d'énergie mécanique
Centrales hydroélectriques
Les centrales hydroélectriques sont associées à un barrage. Le barrage stocke une grande quantité d'eau qui s'écoule pour mettre en mouvement la turbine de la centrale. L'énergie potentielle de pesanteur stockée par l'eau du barrage est alors convertie, au cours de l'écoulement, en énergie cinétique et transférée à la turbine.
Éoliennes, hydroliennes
Le vent fait tourner les pales des éoliennes qui transmettent ce mouvement à une turbine reliée à un alternateur. Les éoliennes peuvent être placées sur terre comme en mer. Il existe même des hydroliennes plongées dans l'eau et dont les pales tournent grâce aux courants marins.
Les centrales hydroélectriques sont associées à un barrage. Le barrage stocke une grande quantité d'eau qui s'écoule pour mettre en mouvement la turbine de la centrale. L'énergie potentielle de pesanteur stockée par l'eau du barrage est alors convertie, au cours de l'écoulement, en énergie cinétique et transférée à la turbine.
Éoliennes, hydroliennes
Le vent fait tourner les pales des éoliennes qui transmettent ce mouvement à une turbine reliée à un alternateur. Les éoliennes peuvent être placées sur terre comme en mer. Il existe même des hydroliennes plongées dans l'eau et dont les pales tournent grâce aux courants marins.
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Doc. 4Conversion à partir d'énergie nucléaire
À l'intérieur d'un réacteur d'une centrale
nucléaire ont lieu des réactions nucléaires,
c'est-à-dire des transformations qui modifient
la nature des noyaux d'atomes. Les
centrales actuelles effectuent des réactions
de fission de l'uranium ^{235}\mathrm{U}. Ces réactions
libèrent beaucoup d'énergie thermique,
récupérée pour vaporiser de l'eau et mettre
en mouvement une turbine reliée à un
alternateur.
La France compte 56 réacteurs en activité au début de l'année 2024 et projette d'en construire au moins six de plus d'ici à 2050. En 2023, ils ont produit 320 TW·h d'énergie électrique.
La France compte 56 réacteurs en activité au début de l'année 2024 et projette d'en construire au moins six de plus d'ici à 2050. En 2023, ils ont produit 320 TW·h d'énergie électrique.
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Doc. 5Conversion d'énergie radiative
Les panneaux photovoltaïques fonctionnent
grâce à l'effet photoélectrique. Leur surface,
souvent constituée de \mathrm{silicium\;Si}, reçoit des
photons (particules de lumière) provenant du
Soleil. Ces photons transfèrent leur énergie
aux électrons du silicium, qui vont alors se
mettre en mouvement et produire un courant
électrique.
En 2023, le photovoltaïque a produit 21,4 TW·h d'énergie électrique en France, alors que cette production ne s'élevait qu'à 600 GW en 2010.
En 2023, le photovoltaïque a produit 21,4 TW·h d'énergie électrique en France, alors que cette production ne s'élevait qu'à 600 GW en 2010.
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Doc. 6Rendement global
Le rendement global r_{\mathrm{g}} d'un système réalisant une succession de conversions
d'énergie est égal au produit du rendement de chaque conversion.
\begin{array}{l|l} r_{\mathrm{g}}=r_1 \cdot r_2 \cdot \ldots \cdot r_{\mathrm{n}} & \begin{array}{l} r_{\mathrm{g}}: \text { rendement global } \\ r_1, r_2, r_{\mathrm{n}}: \text { rendements successifs } \end{array} \end{array}
\begin{array}{l|l} r_{\mathrm{g}}=r_1 \cdot r_2 \cdot \ldots \cdot r_{\mathrm{n}} & \begin{array}{l} r_{\mathrm{g}}: \text { rendement global } \\ r_1, r_2, r_{\mathrm{n}}: \text { rendements successifs } \end{array} \end{array}
Remarque
Pour réaliser des calculs de rendement global, les rendements
doivent être exprimés par un nombre compris entre 0 et 1.
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- Conversion d'unités d'énergie : 1 \mathrm{~W} \cdot \mathrm{h}=3,6 \times 10^3 \mathrm{~J}
- Valeur des préfixes unitaires (téra, giga, méga et kilo) : \mathrm{T}=10^{12}\:;\:\mathrm{G}=10^9\:;\:\mathrm{M}=10^6\:; \:\mathrm{k}=10^3
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Questions
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1. Doc. 1, Doc. 2, Doc. 3, Doc. 4 et Doc. 5 Identifier, pour chaque dispositif de conversion, la
ressource en énergie et la forme fournie permettant de produire
de l'énergie électrique après conversion.
2. Doc. 4 et Doc. 6 Calculer le rendement global d'une centrale nucléaire.
3. Doc. 4 et Doc. 5 Comparer l'énergie électrique fournie par le photovoltaïque
et celle fournie par le nucléaire en 2023. Commenter
l'évolution de la filière photovoltaïque en France depuis 2010.
4. Doc. 1, Doc. 2, Doc. 3, Doc. 4, Doc. 5 et Doc. 6 Réaliser la chaîne énergétique associée à chaque
dispositif présenté.
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Retrouvez une vidéo ci-dessous expliquant
comment l'énergie du vent est
convertie en énergie électrique par les
éoliennes.
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Pont salin : connecteur entre deux compartiments
permettant d'assurer l'électroneutralité et le
passage du courant par l'intermédiaire d'ions.
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j'ai une idée !
Oups, une coquille
