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Partie 4 : le défi énergétique. Chapitre 2 : L'utilisation des ressources énergétiques disponibles.

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1 Partie 4 : le défi énergétique

2 Chapitre 2 : L'utilisation des ressources énergétiques disponibles

3 I - Ressources énergétiques disponibles sur Terre

4 1 - Ressources énergétiques renouvelables

5 Définition : une ressource énergétique renouvelable a une vitesse de consommation inférieure à sa vitesse de formation à léchelle humaine. (dizaine dannée)

6 Avantages : -Ne représente pas de dangers pour lenvironnement. -Non épuisable. Inconvénients : -Exploitation grâce à une technologie spécifique et coûteuse. - Disponibilité variable dans le temps et lespace (répond difficilement au pic de consommation délectricité, difficile daccès pour la géothermie, exploitable que dans certaines zones géographiques : mer, montagne, zone ventée…) - Les paysages sont dénaturés

7 2 - Ressources énergétiques non renouvelables

8 Définition : une ressource énergétique non renouvelable a une vitesse de consommation supérieure à sa vitesse de formation à léchelle humaine. (dizaine dannée)

9 Avantages : -Energie disponible en continu (répond au pic de demande en électricité) - Des réseaux de distribution bien établis. Inconvénients : -Ressource fossiles : -coût du raffinage du pétrole brut. -pollution due aux marées noires. -pollution due à la combustion des carburants (CO 2 : effet de serre, SO 2 : pluies acides, NOx : formation dozone nocif à basse altitude) -Ressources fissiles : -pollution due à lexploitation des mines duranium. -traitement et stockage des déchets radioactifs.

10 3 – Distillation du pétrole Tep : tonne équivalent pétrole (1tep : énergie libérée par la combustion dune tonne de pétrole / 1 tep = J ou 100kWh = 0,086 tep

11 II – Utilisation des ressources énergétiques pour la production d'électricité

12 Biomasse, géothermie Chaudière turbine

13 1- Production d'électricité à partir d'un alternateur

14 Le mouvement d'un aimant à proximité de la face d'une bobine engendre une tension alternative aux bornes de la bobine. a)- Le phénomène d'induction

15 b)- Principe de l'alternateur - Qu'observe-t-on sur l'oscilloscope ? - Quelle est la nature de la tension qui apparaît sur l'oscilloscope ? - Qu'est-ce qui peut modifier les caractéristiques de cette tension ? La fréquence et la valeur de la tension maximale dépendent de la vitesse de rotation de l'aimant.

16 Un alternateur est constitué de deux éléments : -un aimant tournant ( rotor) -une bobine conductrice (stator) Dans une centrale électrique l'aimant est un électroaimant

17 - Dans toutes les centrales électriques l'énergie électrique est produite par la rotation du rotor qui est relié à une turbine. - La rotation de la turbine nécessite une source d'énergie qui diffère suivant le type de centrale. C) - La turbine

18 Le rotor est relié à une turbine qui tourne centrale hydrolique centrale thermique centrale éolienne

19 d)- Les centrales thermiques

20 Centrales thermiques à combustible fossile Utilisation de combustible fossile (charbon, pétrole ou gaz naturel) L'énergie chimique stockée dans les liaisons chimiques produit de l'énergie thermique qui produit de la vapeur d'eau. Cette énergie est libérée grâce à une transformation chimique : la réaction de combustion. Ex : C + O 2 CO 2 + H 2 O Centrales thermiques à combustible fissile Utilisation d'uranium 235. L'énergie nucléaire provient de la réaction de fission du noyau d'uranium.

21 2- Production d'électricité à partir d'un rayonnement lumineux

22 - L'effet photovoltaïque résulte de la propriété de certains matériaux semi-conducteur, de convertir l'énergie rayonnante captée en énergie électrique. - Une cellule photovoltaïque délivre une tension continue. Les panneaux ne permettent pas d'emmagasiner l'électricité, on les associe à des accumulateurs qui se chargent lorsque les panneaux sont éclairés.

23 III – La fission nucléaire

24 1- Modèle de latome Un noyau central ( m soit fois plus petit que latome) Des électrons répartis en couches autour du noyau Du vide (la structure de la matière est essentiellement lacunaire)

25 2- Le noyau d'un atome De protons particules chargées positivement De neutrons Particules électriquement neutres. nucléons. Ces particules (protons et neutrons) sont appelées des nucléons.

26 A correspond au nombre de nucléons d un noyau A A est aussi appelé nombre de masse. Z correspond au nombre de charges positives dun atome ou le nombre de protons. Z Z est aussi appelé numéro atomique. Le noyau dun élément chimique X sécrira : A Z X

27 3- Les isotopes Les isotopes ne diffèrent que par le nombre de neutrons dans leur noyau. Des isotopes auront des z identiques mais des A différents.

28 4- La fission nucléaire a)- Le combustible fissile : Seul lisotope 235 de luranium est fissile ( U) Le minerai naturel ne contient que 0,7% disotope 235. Son utilisation en tant que ressource énergétique nécessite son enrichissement isotopique, technique que seuls certains pays maîtrisent.

29 b)- la réaction de fission nucléaire L'atome cible est l'uranium 235 qui peut être divisé par l'impact de particules. Les particules projectiles sont des neutrons. Latome éclate en deux noyaux plus légers. La fission libère une très grande énergie qui correspond à la perte de masse observée lors dune réaction nucléaire. E= mc 2

30 Remarque : Chaque fission libère un nombre de neutrons supérieur au nombre de neutrons absorbés. Ces neutrons provoquent à leur tour d'autres réactions de fission avec d'autres noyaux d'uranium 235 : c'est des réactions en chaîne. La réaction en chaîne est contrôlée grâce à des barres de contrôle en carbone qui sont enfoncées dans le réacteur pour absorber les neutrons produits.

31 IV – Les sources d'énergie et la conversion d'énergie

32 1- Chaînes énergétiques Une chaîne énergétique indique la succession des conversions. Une forme dénergie est stockée dans un réservoir et un convertisseur dénergie transforme une énergie en une ou plusieurs autres formes.

33 Centrale thermique Energie chimique ou nucléaire Energie électrique Energie thermique Pertes Energie exploitée a)- Centrale thermique

34 Energie Mécanique cinétique Energie thermique Energie chimique (fossile) Energie nucléaire (fissile) Energie électrique Chaudière Turbine Alternateur Eau vapeur sous pression Energie thermique : pertes dénergie thermique libérée dans lenvironnement

35 b)- Centrale hydraulique Central hydraulique Energie potentielle Energie électrique Energie thermique Pertes

36 Energie électrique Energie cinétique Energie potentielle (stockée dans leau du barrage) Conduite forcée Alternateur turbine Energie mécanique cinétique : pertes dénergie thermique libérée dans lenvironnement

37 2- Le calcul de rendement Il est impossible de transformer intégralement la chaleur en énergie mécanique ou électrique, il y a toujours des pertes dissipées dans lenvironnement. Le rendement permet de déterminer lénergie utile obtenue. rendement = énergie utile obtenue / énergie utilisée

38 a)- Centrale thermique: Dans les centrales thermiques, l'énergie chimique stockée dans les liaisons chimiques produit de l'énergie thermique qui est transformée en énergie mécanique avec un rendement de 45%.

39 b)- Centrale éolienne et hydraulique Dans les centrales hydraulique ou éolienne, la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique est de 90%. EX 7 p.203


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