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Ouverture
p. 1-11
Sciences, climat et société
Ouverture de thème
p. 12-14
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Le futur des énergies
Ouverture de thème
p. 80-82
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Une histoire du vivant
Une histoire du vivant
Ouverture de thème p. 152-154

Fiches méthode

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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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Ce que j'ai déjà vu

  • Formes d'énergie
  • Transferts et conversions d'énergie
  • Chaînes énergétiques
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Documents

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Doc. 1
Conversion 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.

Placeholder pour Schéma : réaction chimique où un électron passe du réactif 1 au réactif 2 pour produire des produits.Schéma : réaction chimique où un électron passe du réactif 1 au réactif 2 pour produire des produits.
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Doc. 2
Pile à combustible

Une pile à combustible (ou pile à hydrogène) est une pile dont les réactifs sont le dihydrogène et le dioxygène . La réaction d'oxydoréduction mise en jeu produit uniquement de l'eau .


Néanmoins, le dihydrogène 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 dans l'atmosphère.

Placeholder pour Photographie d'une pile à combustible hydrogène transparente. Ses composants internes et connexions sont visibles. Énergie propre.Photographie d'une pile à combustible hydrogène transparente. Ses composants internes et connexions sont visibles. Énergie propre.
Kaca Skokanova/Shutterstock
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Doc. 3
Conversion 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.

Placeholder pour Schéma d'une centrale hydroélectrique : barrage, lac, turbine, alternateur, transformateur, lignes à haute tension.Schéma d'une centrale hydroélectrique : barrage, lac, turbine, alternateur, transformateur, lignes à haute tension.
Schéma du principe de fonctionnement d'une centrale hydroélectrique
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Doc. 4
Conversion 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 . 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 TW·h d'énergie électrique.

Placeholder pour Schéma illustrant le fonctionnement d'une centrale nucléaire : réacteur, circuits primaire et secondaire, turbine, alternateur et tour de refroidissement.Schéma illustrant le fonctionnement d'une centrale nucléaire : réacteur, circuits primaire et secondaire, turbine, alternateur et tour de refroidissement.
Schéma du principe de fonctionnement d'une centrale nucléaire
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Doc. 5
Conversion d'énergie radiative

Les panneaux photovoltaïques fonctionnent grâce à l'effet photoélectrique. Leur surface, souvent constituée de , 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 TW·h d'énergie électrique en France, alors que cette production ne s'élevait qu'à GW·h en 2010.

Placeholder pour Photographie de panneaux solaires photovoltaïques inclinés dans un champ sec. Énergie solaire, renouvelable, écologique.Photographie de panneaux solaires photovoltaïques inclinés dans un champ sec. Énergie solaire, renouvelable, écologique.
thelefty/Shutterstock
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Doc. 6
Rendement global

Le rendement global d'un système réalisant une succession de conversions d'énergie est égal au produit du rendement de chaque conversion.




Placeholder pour Schéma: deux convertisseurs en série (r1, r2) illustrant le rendement global (rg = r1 * r2).Schéma: deux convertisseurs en série (r1, r2) illustrant le rendement global (rg = r1 * r2).

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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Données

  • Conversion d'unités d'énergie :
  • Valeur des préfixes unitaires (téra, giga, méga et kilo) :
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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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Supplément numérique

Retrouvez une vidéo ci-dessous expliquant comment l'énergie du vent est convertie en énergie électrique par les éoliennes.
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Vocabulaire

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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