Sommaire

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Ouverture

p. 1-11

Sciences, climat et société

Ouverture de thème

p. 12-14

Testez le chapitre 100 % débloqué

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

Ouverture de thème

p. 80-82

Testez le chapitre 100 % débloqué

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

Ouverture de thème p. 152-154

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

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Ch. 6

Activité 3 - documentaire

Énergie et émission de dioxyde de carbone

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Introduction

Les réactions de combustion sont utilisées depuis la Préhistoire pour produire de l'énergie thermique et de l'énergie lumineuse. À partir du XVIII^e siècle, elles ont permis de produire de l'énergie mécanique nécessaire aux révolutions industrielles à travers le monde.

Problématique

Comment peut-on estimer l'énergie produite par la combustion des combustibles fossiles ? Quelle masse de dioxyde de carbone libère-t-elle ?

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Ce que j'ai déjà vu

Équations de réaction
Combustions complètes et incomplètes

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spécialité

PC.

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Documents

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Doc. 1
Combustion et production de dioxyde de carbone

La combustion est une réaction chimique , c'est-à-dire qu'elle libère de l'énergie. Elle met en jeu un combustible (ou carburant) et un comburant, généralement du dioxygène

O_{2}

provenant de l'air. Cette réaction, lorsqu'elle est complète, produit essentiellement deux molécules : de l'eau

H_{2} O

et du dioxyde de carbone

CO_{2}

.
Il peut parfois arriver que la quantité de comburant apporté par l'air soit insuffisante. Dans ce cas, la réaction de combustion est incomplète et conduit à la formation d'espèces chimiques toxiques et polluantes, comme le monoxyde de carbone

CO

gazeux.

Combustible	Équation de combustion complète	Exemple d'application	Émission de dioxyde de carbone
Charbon $C (s)$	$C (s) + O_{2} (g) \to CO_{2} (g)$	La production d'énergie électrique se situe à hauteur de 2 kW·h par kilogramme de charbon consommé.	1 g de charbon produit 3,67 g de dioxyde de carbone.
Méthane $CH_{4} (g)$	$CH_{4} (g) + \dots \to \dots + \dots$	Le gaz de ville est essentiellement constitué de méthane. Il peut être utilisé pour chauffer des habitations.	1 g de méthane produit 2,75 g de dioxyde de carbone.
Éthanol $C_{2} H_{6} O (l)$	$C_{2} H_{6} O (l) + \dots O_{2} (g) \to 2 CO_{2} (g) + 3 H_{2} O (g)$	L'éthanol est la principale espèce chimique composant le carburant E85.	1 g d'éthanol produit 1,91 g de dioxyde de carbone.

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Doc. 2
Moteur thermique et rendement

Un moteur thermique est un convertisseur d'énergie permettant de convertir l'énergie chimique d'un carburant en énergie mécanique.
L'énergie chimique contenue dans le carburant est libérée à l'aide d'une combustion. Le rendement de la conversion est de 36 %, le reste étant dissipé dans l'air sous forme d'énergie thermique.

OlegRi/Shutterstock

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Doc. 3
Carburant E85

olrat/Shutterstock

Le superéthanol E85 est un carburant qui contient essentiellement de l'éthanol, le complément étant de l'essence issue de la du pétrole.

L'éthanol utilisé est qualifié d'agrocarburant (ou de biocarburant) lorsqu'il est issu de la fermentation des sucres et de l'amidon contenus dans les betteraves sucrières ou les céréales. Les voitures équipées d'un moteur à superéthanol E85 consomment en moyenne 8,75 L tous les 100 km.

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Doc. 4
Production d'électricité avec des combustibles fossiles

Les centrales thermiques à charbon, à gaz naturel ou à pétrole sont les infrastructures de production d'électricité les plus répandues sur Terre. Du fait de la production de dioxyde de carbone

CO_{2}

au cours de la combustion, ces centrales sont fortement émettrices de gaz à effet de serre.

En 2024, en France, il subsiste encore deux centrales thermiques à charbon : Cordemais, en Loire-Atlantique, et Émile-Huchet, en Moselle. Elles sont uniquement destinées à une production d'électricité d'appoint afin d'assurer la sécurité d'approvisionnement du réseau français.

Liberliger/Wikimedia

Centrale thermique de Cordemais

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Doc. 5
Tableau comparatif de l'empreinte carbone des combustibles

Combustible	Masse consommée pour produire 1 kW·h d'énergie thermique	Masse de dioxyde de carbone produit
Charbon
Méthane
Éthanol

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Doc. 6
Pouvoir calorifique

Le pouvoir calorifique est une grandeur permettant d'estimer l'énergie thermique libérée par une réaction de combustion.

E_{lib e ˊ r e ˊ e} = PC \cdot m E_{lib e ˊ r e ˊ e} : e ˊ nergie lib e ˊ r e ˊ e sous forme thermique (J) PC : pouvoir calorifique (J \cdot kg^{- 1}) m : masse du combustible (kg)

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Questions

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1. En s'aidant éventuellement de la

simulation disponible

, écrire l'équation de réaction de combustion du méthane

CH_{4}

2. Équilibrer l'équation de combustion de l'éthanol en ajustant le nombre de molécules de dioxygène

O_{2} (g)

mises en jeu.

3. et Calculer l'énergie thermique libérée par la combustion de l'éthanol du carburant E85 sur 100 km.

4. et Évaluer l'énergie mécanique produite grâce à la combustion d'éthanol lorsqu'une voiture à moteur thermique se déplace sur 100 km.

5. Schématiser la chaîne énergétique du moteur thermique en précisant les formes d'énergie mises en jeu.

Cliquez ici pour avoir accès à un espace de dessin

6. Évaluer la masse de chaque combustible à consommer pour produire 1 kW·h d'énergie thermique.

7. , et Compléter le tableau pour déterminer la masse de dioxyde de carbone

CO_{2}

produite par le charbon, le méthane et l'éthanol lors de leur combustion, lorsqu'ils sont consommés pour produire 1 kW·h d'énergie thermique. Identifier le combustible le plus émetteur de dioxyde de carbone

CO_{2}

par unité d'énergie et commenter.

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Données

Pouvoirs calorifiques :
$P C_{charbon} = 32, 5$ MJ·kg^-¹
$P C_{m e ˊ thane}$ $= 50, 0$ MJ·kg^-¹
$P C_{e ˊ thanol} = 28, 9$ MJ·kg^-¹
Masse volumique de l'éthanol : $ρ_{e ˊ thanol} = 0, 79$ kg·L^-¹
Conversion d'unités d'énergie : $1 kW \cdot h = 3, 6 \times 1 0^{6} J$

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Vocabulaire

Distillation : méthode de séparation d'espèces chimiques miscibles.

Exothermique : relatif à une transformation qui libère de l'énergie thermique vers l'extérieur.

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Ch. 1L’atmosphère terrestre et la vie

Ch. 2La complexité du système climatique

Ch. 3Le climat du futur

Se préparer à l'évaluation - Thème 1

Ch. 4Deux siècles d’énergie électrique

Ch. 5Conversion et transport de l’énergie électrique

Ch. 6Énergie, développement et futur climatique

Se préparer à l'évaluation - Thème 2

Ch. 7La biodiversité et son évolution

Ch. 8L’évolution comme grille de lecture du monde

Ch. 9L’évolution humaine

Ch. 10Les modèles démographiques

Ch. 11De l’informatique à l’intelligence artificielle

Se préparer à l'évaluation - Thème 3

Livret maths

Esprit critique et scientifique

Améliorer ses compétences

Fiches histoire

Annexes

Énergie et émission de dioxyde de carbone

Ce que j'ai déjà vu

Documents

Doc. 1 Combustion et production de dioxyde de carbone

Doc. 2 Moteur thermique et rendement

Doc. 3 Carburant E85

Doc. 4Production d'électricité avec des combustibles fossiles

Doc. 5 Tableau comparatif de l'empreinte carbone des combustibles

Doc. 6 Pouvoir calorifique

Questions

Données

Vocabulaire

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Ch. 1
L’atmosphère terrestre et la vie

Ch. 2
La complexité du système climatique

Ch. 3
Le climat du futur

Ch. 4
Deux siècles d’énergie électrique

Ch. 5
Conversion et transport de l’énergie électrique

Ch. 6
Énergie, développement et futur climatique

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

Doc. 1
Combustion et production de dioxyde de carbone

Doc. 2
Moteur thermique et rendement

Doc. 3
Carburant E85

Doc. 4
Production d'électricité avec des combustibles fossiles

Doc. 5
Tableau comparatif de l'empreinte carbone des combustibles

Doc. 6
Pouvoir calorifique