Rejoignez la communauté !
Co-construisez les ressources dont vous avez besoin et partagez votre expertise pédagogique.
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. 4
Exercices
L'atelier des apprentis
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
16Pérovskites
✔ Vérifier qu'un matériau semi-conducteur est adapté pour la fabrication d'un capteur photovoltaïque avec son spectre d'absorption
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Les pérovskites sont des structures minéralogiques particulières ayant des propriétés conductrices similaires à celles
d'un semi-conducteur. Le coût de fabrication des cellules photovoltaïques à base de pérovskites est bien moins
élevé que celui de cellules au silicium. Des recherches récentes montrent qu'il est possible d'obtenir des rendements
proches de 25 % avec des cellules photovoltaïques utilisant des pérovskites.
Ressource affichée de l'autre côt é.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Doc. 1Spectre solaire reçu au niveau de la mer
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Doc. 2Simulation des spectres d'absorption de cellules à base
de pérovskites et de silicium
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Questions
1. Expliquer brièvement le principe de fonctionnement d'un semi-conducteur.
2. Déterminer pour quelle partie du spectre solaire les pérovskites absorbent le plus de rayonnement.
3. Expliquer l'intérêt d'utiliser à la fois des pérovskites et du silicium pour réaliser des cellules photovoltaïques.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
17Comparaison entre nucléaire et photovoltaïque
✔ Discuter des avantages et des inconvénients d'une installation photovoltaïque
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Un fabricant de panneaux photovoltaïques annonce les caractéristiques suivantes pour un éclairement de puissance
surfacique moyenne de 1 000 W·m-2 :
- surface d'une cellule photovoltaïque : Scellule = 0,200 m2 ;
- puissance électrique maximale délivrée : Pmax = 18,6 W.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Doc.Spectre solaire reçu au niveau de la mer
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Questions
1. Calculer le nombre de cellules
photovoltaïques nécessaires pour délivrer une puissance électrique
équivalente à celle d'une centrale nucléaire pour un éclairement de 1 000 W·m-2.
2. En déduire la surface correspondante de panneaux photovoltaïques. Commenter le résultat obtenu.
3. Calculer l'énergie fournie par la centrale nucléaire sur une année. Faire de même pour cet ensemble de panneaux
photovoltaïques en précisant les hypothèses et approximations adoptées.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
18Production de panneaux photovoltaïques
✔ Discuter des avantages et des inconvénients d'une installation photovoltaïque
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
En juillet 2022, le groupe STMicroelectronics a annoncé un investissement de
5,7 milliards d'euros pour l'extension d'une usine fabriquant des semi-conducteurs à Crolles, près de Grenoble. L'objectif est de produire 620 000 wafers par
an à l'horizon 2028. Les wafers sont des disques très fins de silicium Si utilisés, par exemple, dans les industries informatique et automobile.
Selon le CNRS (Centre national de la recherche scientifique), la production d'un kilogramme de wafer en silicium nécessite une énergie de 2 933 kW·h.
Selon le CNRS (Centre national de la recherche scientifique), la production d'un kilogramme de wafer en silicium nécessite une énergie de 2 933 kW·h.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Questions
1. Schématiser la chaîne énergétique d'un
panneau photovoltaïque.
2. Relever la puissance solaire surfacique Ps,sol reçue à Grenoble.
3. En déduire la puissance électrique Pélec produite par un mètre carré (m2) de panneaux photovoltaïques ayant un
rendement de 16 %.
4. Calculer la surface S de panneaux photovoltaïques nécessaire pour produire en un an la même quantité d'énergie
électrique que celle utilisée lors de la fabrication d'un kilogramme de
wafer en silicium. Commenter le résultat obtenu.
Cliquez ici pour avoir accès à un espace de dessin
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
19Nouvelle génération de centrale nucléaire
✔ Citer et reconnaître les principaux éléments d'un alternateur
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
La France produit principalement son électricité dans des centrales nucléaires. Face à leur vieillissement, le président
de la République Emmanuel Macron a annoncé en novembre 2021 la relance du programme nucléaire français. Ainsi, au
moins six réacteurs de type EPR2 (Evolutionary Power Reactor 2) rejoindront l'EPR de Flamanville, qui devrait commencer
à produire de l'électricité en 2024.
Dans une telle centrale, on estime à 4 590 MW la puissance thermique produite par la fission nucléaire et à 1 670 MW la production électrique. Une première conversion a lieu lorsque le circuit hydraulique, sous l'effet de la chaleur, met en mouvement de l'eau. Un ensemble turbine-alternateur assure ensuite la conversion en énergie électrique.
Dans une telle centrale, on estime à 4 590 MW la puissance thermique produite par la fission nucléaire et à 1 670 MW la production électrique. Une première conversion a lieu lorsque le circuit hydraulique, sous l'effet de la chaleur, met en mouvement de l'eau. Un ensemble turbine-alternateur assure ensuite la conversion en énergie électrique.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Questions
1. Préciser sous quelle forme est stockée l'énergie utilisée dans une centrale nucléaire.
2. Représenter la chaîne énergétique de la centrale nucléaire.
3. Rappeler les éléments constituant un alternateur.
4. Calculer le rendement d'une centrale de type EPR2.
5. Sachant qu'un foyer français consomme une puissance électrique
moyenne de 570 W, déterminer le nombre de foyers qui pourront être
alimentés par ces six nouveaux EPR2.
Cliquez ici pour avoir accès à un espace de dessin
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Exercice numériqueCellule photovoltaïque du futur
✔ Interpréter et exploiter un spectre d'absorption
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
En 2015, des chercheurs de l'université de l'État du Michigan (MSU) ont réussi à créer un prototype de cellule photovoltaïque transparente : le matériau utilisé absorbe les rayonnements UV et IR, mais laisse passer le rayonnement visible (doc. 1). Ces cellules sont constituées de fines couches transparentes de polymères organiques qui convertissent l'énergie radiative en électricité.
Ainsi, ce type de cellule photovoltaïque peut être monté sur une surface transparente telle qu'une fenêtre ou un écran de smartphone sans obstruer le passage de la lumière. Bien que le rendement de conversion soit encore faible, il a été multiplié par trois en quelques années, pour atteindre près de 10 % en 2019.
Le doc. 2 montre le spectre d'absorption (courbe bleue) d'une cellule photovoltaïque conventionnelle. La courbe orange correspond au spectre radiatif du Soleil reçu sur Terre. On remarque que ce type de cellule n'absorbe pas les rayonnements dont la longueur d'onde est supérieure à 1 200 nm et inférieure à 400 nm environ.
Ainsi, ce type de cellule photovoltaïque peut être monté sur une surface transparente telle qu'une fenêtre ou un écran de smartphone sans obstruer le passage de la lumière. Bien que le rendement de conversion soit encore faible, il a été multiplié par trois en quelques années, pour atteindre près de 10 % en 2019.
Le doc. 2 montre le spectre d'absorption (courbe bleue) d'une cellule photovoltaïque conventionnelle. La courbe orange correspond au spectre radiatif du Soleil reçu sur Terre. On remarque que ce type de cellule n'absorbe pas les rayonnements dont la longueur d'onde est supérieure à 1 200 nm et inférieure à 400 nm environ.
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Doc. 2Spectre d'absorption d'une cellule conventionnelle
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Doc. 1Principe de fonctionnement des cellules
photovoltaïques transparentes
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Doc. 3Spectre d'émission radiatif du Soleil
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
Découvrez une vidéo sur les cellules photovoltaïques de demain :
Ressource affichée de l'autre côté.
Faites défiler pour voir la suite.
Faites défiler pour voir la suite.
1. Donner l'intervalle de longueur d'onde correspondant au domaine visible.
2. Identifier pour chaque courbe ci-dessous, les domaines des rayonnements absorbés. Quelle(s) courbe(s) correspond(ent) à une cellule transparente ?
Une cellule photovoltaïque transparente et rectangulaire, dont les dimensions sont de 8,0 cm sur 12,5 cm, permet de générer une puissance électrique de 0,72 W lorsqu'elle reçoit une puissance lumineuse surfacique de 1 000 Wᐧm-2.
3. Calculer la puissance lumineuse reçue par la cellule.
4. En déduire le rendement de la cellule.
5. Comparer la valeur obtenue avec le rendement moyen de cellules photovoltaïques conventionnelles.
6. Expliquer les avantages de ce type de cellules.
2. Identifier pour chaque courbe ci-dessous, les domaines des rayonnements absorbés. Quelle(s) courbe(s) correspond(ent) à une cellule transparente ?
Une cellule photovoltaïque transparente et rectangulaire, dont les dimensions sont de 8,0 cm sur 12,5 cm, permet de générer une puissance électrique de 0,72 W lorsqu'elle reçoit une puissance lumineuse surfacique de 1 000 Wᐧm-2.
Courbe a.
  | Courbe b.
  | Courbe c.
  |
3. Calculer la puissance lumineuse reçue par la cellule.
4. En déduire le rendement de la cellule.
5. Comparer la valeur obtenue avec le rendement moyen de cellules photovoltaïques conventionnelles.
6. Expliquer les avantages de ce type de cellules.
Une erreur sur la page ? Une idée à proposer ?
Nos manuels sont collaboratifs, n'hésitez pas à nous en faire part.
j'ai une idée !
Oups, une coquille
Nous préparons votre pageNous vous offrons 5 essais
YolèneÉmilieJean-PaulFatimaSarah