Enseignement scientifique Terminale - 2024

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Ch. 6
Exercices

L'atelier des apprentis

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14
Mix énergétique de demain

Analyser les impacts, les choix et l'empreinte carbone des activités humaines
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Suite aux différents rapports du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat), l'IEA (International Energy Agency) a proposé différents scénarios qu'elle estime possibles. Le scénario New Policies Scenario proposé ci-dessous prévoit, entre autres, une diminution de la part du pétrole et du charbon dans le mix énergétique pour 2035.
Cette proposition a été critiquée par plusieurs associations écologistes qui estiment que les modifications prévues ne sont pas assez ambitieuses au regard de la nécessité d'action face au réchauffement climatique.
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Questions
1. Identifier les ressources en énergie émettant le plus de dioxyde de carbone \mathrm{CO}_2 parmi celles proposées.
2. Calculer les quantités d'énergie en million de tonnes équivalent pétrole (Mtep) associées aux ressources fossiles en 2020 et en 2035.
3. Expliquer pourquoi le scénario New Policies Scenario est fortement critiqué par les associations écologistes.
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Doc.
Proposition de l'IEA concernant les ressources en énergie en 2035

Placeholder pour Proposition de l'IEA concernant les ressources en énergie en 2035Proposition de l'IEA concernant les ressources en énergie en 2035
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15
Ressources en énergie et empreinte carbone

Analyser les impacts, les choix et l'empreinte carbone des activités humaines
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Doc.
Empreinte carbone des différentes ressources en énergie pour 1 kW·h d'énergie électrique produite

Placeholder pour Empreinte carbone des différentes ressources en énergie pour 1 kW·h d'énergie électrique produite (moyenne mondiale selon le rapport du GIEC 2018, chapitre 7 p. 539)Empreinte carbone des différentes ressources en énergie pour 1 kW·h d'énergie électrique produite (moyenne mondiale selon le rapport du GIEC 2018, chapitre 7 p. 539)
(moyenne mondiale selon le rapport du GIEC 2018, chapitre 7 p. 539)
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Questions
1. Donner la définition d'une ressource en énergie fossile. Les repérer parmi celles présentées.
2. Classer ces ressources en énergie par ordre d'émission de dioxyde de carbone \mathrm{CO_2} croissant pour une même quantité d'énergie produite. Discuter de ce classement en le comparant avec la première question.
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16
Charbon et mix énergétique mondial

Exploiter et comparer des données de production et d'utilisation d'énergie à différentes échelles
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La COP (Conférence des Parties) est une conférence internationale de l'ONU adoptée en 1992 pour maîtriser l'augmentation des gaz à effet de serre d'origine anthropique et endiguer les dérèglements climatiques. 195 États sont invités à se réunir tous les ans pour négocier des décisions et veiller à leur application. La COP 21 a permis de conclure à un accord visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre des États.
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Doc. 1
Évolution de la consommation de charbon

Placeholder pour Évolution de la consommation de charbonÉvolution de la consommation de charbon

*unité d'énergie : million de tonnes équivalent charbon
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Doc. 2

L'impact environnemental du charbon a été dénoncé à de nombreuses reprises durant la COP 21 qui s'est tenue en décembre 2015 à Paris. La consommation mondiale de cette énergie a toutefois augmenté de plus de 24 % entre 2005 et 2014, et l'IEA (International Energy Agency) prévoit qu'elle continuera à croître légèrement d'ici à 2040. Au-delà des déclarations d'intention, quel est l'avenir du charbon ? […]

Compte tenu de la hausse de la [consommation globale d'énergie] d'ici à 2020, l'IEA estime que la part du charbon diminuera dans le mix [énergétique] mondial, à hauteur de 37 % à cet horizon [contre 40,4 % en 2012].
« Charbon : quelles perspectives pour “ l'ennemi climatique n°1 ” ? », connaissancedesenergies.org, 8 janvier 2016.
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Questions
1. Identifier les pays ou les régions du globe à l'origine de l'augmentation de la demande mondiale de charbon entre les années 2000 et 2012.
2. Expliquer pourquoi l'IEA prévoit une augmentation de la consommation de charbon dans les prochaines décennies alors que la part du charbon dans le mix énergétique global est censée diminuer.
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17
Centrale photovoltaïque flottante

Analyser les impacts, les choix et l'empreinte carbone des activités humaines
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La première centrale photovoltaïque flottante a été inaugurée le 18 octobre 2019 en France à Piolenc, dans le Vaucluse. Elle permet l'utilisation de bassins d'eau non exploitables et possède un rendement supérieur par rapport aux installations photovoltaïques classiques.
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Placeholder pour  centrale photovoltaïque flottante centrale photovoltaïque flottante
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[...] Cette centrale va être capable de produire de l'énergie [électrique] 100  % renouvelable pour alimenter en électricité 4 733 foyers, soit près de 10 000 personnes. […] « Le solaire flottant ne laisse pas de marques dans les sols à long terme, ça ne génère pas de pollution de l'eau. Au fil des années, les poissons vont s'y établir, la faune et la flore se développer. » Mais surtout, grâce aux rayonnements du Soleil sur l'eau, le rendement de ces panneaux solaires de 30 kg est supérieur à ce qui se passe sur terre. « L'eau permet de refroidir les panneaux et d'améliorer de 5 à 10 % le rendement par rapport à des panneaux solaires classiques. »
« 47 000 panneaux solaires sur un lac : la première centrale photovoltaïque flottante inaugurée en France », Le Parisien, 18 octobre 2019.
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Questions
1. Expliquer en quoi ce type de centrale flottante diminue l'impact sur l'environnement par rapport à une centrale photovoltaïque classique.
2. Citer des avantages et des inconvénients d'installer ces centrales sur les retenues d'eau des barrages.
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Exercice numérique
Programmation pluriannuelle de l'énergie

Extraire des informations de documents
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Selon le rapport de synthèse de la PPE, Programmation pluriannuelle de l'énergie, du gouvernement français du 23 janvier 2019, « La réduction des consommations et l'évolution vers des énergies plus durables permettra d'améliorer la qualité de l'air et plus globalement de réduire les impacts du secteur de l'énergie sur l'environnement et la santé. Mais elle présente également un intérêt économique, en réduisant notre dépendance aux importations et donc aux cours mondiaux des énergies fossiles ».
« En cohérence avec les ambitions climatiques de la France, les mesures de la PPE vont conduire à une diminution de la consommation finale d'énergie, mais pas de la même manière selon les vecteurs énergétiques : les consommations de charbon et de pétrole décroissent significativement. La consommation de gaz décroît mais dans de moindres proportions. La consommation finale d'électricité est relativement stable et la consommation de chaleur renouvelable croît légèrement », et ce, selon les prévisions d'ici à 2028.
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Placeholder pour Une ville polluéeUne ville polluée
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Questions numérique - Version apprentis

Citer les différents gaz ou particules produits par la consommation du charbon, du pétrole et du gaz naturel en précisant s'il s'agit de gaz à effet de serre ou de polluants atmosphériques.
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Exercice numérique
Diagnostic de performance énergétique

Exploiter des données de production et d'utilisation d'énergie à différentes échelles
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Doc. 1
Diagnostic de performance énergétique

Une part importante des dépenses énergétiques françaises sert à chauffer l'habitat. Un diagnostic de performance énergétique peut être réalisé pour estimer l'isolation thermique d'un logement.

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Doc. 2
Modes de chauffage

LogementSurface (m2)Type de chauffageÉnergie nécessaire au chauffage par an
N° 140Gaz4 960 kW·h
N° 240Radiateur électrique34,6 GJ
N° 320Bois23 200 MJ
N° 4110Géothermique18,1 MW·h
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Questions numérique - Version initiés

1. Convertir les énergies nécessaires au chauffage de chaque logement en kilowatt-heure (kW·h).

2. En effectuant le rapport entre l'énergie nécessaire au chauffage et la surface des habitations, évaluer la note de chaque logement.

3. Pour les deux premiers logements, évaluer la masse de dioxyde de carbone \mathrm{CO}_2 produite chaque année à cause du chauffage.

4. Expliquer l'intérêt de se renseigner sur le diagnostic de performance énergétique avant d'acheter ou de louer un nouveau logement.
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Données

  • 1 J : 2{,}78 \times 10^{-7} kW⋅h
  • Émissions de \text{CO}_2 :
      • 1 kW⋅h de chauffage au gaz émet 237{,}0 g de \text{CO}_2 ;
      • 1 kW⋅h de chauffage électrique émet 93{,}50 g de \text{CO}_2.
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Exercice numérique
Préparer le voyage dans l'espace sans polluer

Analyser des choix énergétiques dans un cas particulier
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D'après France Nature Environnement, fédération française des associations de protection de la nature et de l'environnement, le transport maritime est une source « insoutenable de pollution ». En effet, « gourmands en énergie, chacun de ces monstres flottants génère autant de pollution aux particules ultrafines qu'un million de voitures ».
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Placeholder pour Beatau à voilure canopéeBeatau à voilure canopée
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Doc. 1

Les différents éléments des lanceurs Ariane, dont le nouveau lanceur Ariane 6, sont produits en Europe et acheminés jusqu'en Guyane à l'aide d'un navire d'un nouveau genre  : Canopée. Ce navire, dessiné par le cabinet d'architecture navale VPLP Design, dispose d'une propulsion hybride. Il est en effet équipé de quatre « ailes » de 30 mètres de haut, qui ont pour objectif de diminuer sa consommation de carburant de 30 % et ainsi de réduire son impact environnemental.
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Doc. 2

« Il naviguera à une vitesse moyenne variant entre 14 et 16 nœuds (entre 25 et 29 km/h). Canopée sera équipé de quatre voiles de 363 m² amenant son tirant d'air maximal à 51 mètres. Les économies de carburant permises par le vent sont variables en fonction des conditions météorologiques rencontrées au cours du voyage. Les économies peuvent être très importantes si les vents sont favorables. Pour optimiser l'utilisation du vent et maîtriser les aléas météorologiques, le futur navire sera équipé d'un outil de routage météorologique [qui] permettra de définir la meilleure route maritime. »
D'après « Insolite. Un cargo hybride voile et moteur amarrera dès 2022 dans le port du Havre », Paris Normandie
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Questions numérique - Version apprentis

1. Représenter la chaîne énergétique permettant de convertir l'énergie du vent en énergie mécanique permettant de faire avancer Canopée.
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2. Faire de même concernant l'énergie chimique du carburant utilisé par les moteurs et l'énergie mécanique de Canopée.
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3. Expliquer pourquoi ce système peut être rentable et plus vertueux pour l'environnement.
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