Le diagramme de Van Krevelen représente l'évolution de la composition atomique de la matière organique lors de sa transformation en pétrole, en charbon ou en gaz naturel. En abscisse, il indique le rapport entre le nombre d'atomes d'oxygène \mathrm{O} et le nombre d'atomes de carbone \mathrm{C} d'un échantillon. En ordonnée, il s'agit du rapport entre le nombre d'atomes d'hydrogène \mathrm{H} et le nombre d'atomes de carbone \mathrm{C}. Ces processus de transformation se déroulent sur des durées variables, mais toujours de l'ordre de plusieurs millions d'années.

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Questions

1. Expliquer pourquoi les ressources en énergie fossiles sont qualifiées de non renouvelables.

2. Montrer que l'évolution de la matière organique s'accompagne d'un enrichissement de la teneur en atomes de carbone \mathrm{C}.

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Doc.
Diagramme de Van Krevelen

Diagramme de Van Krevelen: transformation de matière organique (lacustre, marine, terrestre) en combustibles fossiles (gaz, huile).

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19
Empreinte carbone des déplacements

✔ Équilibrer une équation de réaction de combustion et estimer la masse de dioxyde de carbone produit

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Pour faire le trajet Paris-San Juan (Porto Rico), soit 6 900 km, il faut environ 12 h 30 en utilisant un avion A380 pouvant transporter 850 passagers. Pour ce trajet, l'avion rejette 580 tonnes de dioxyde de carbone \mathrm{CO_2}.

Un trajet Paris-Perpignan en voiture dure 8 h. Au cours de ce déplacement de 850 km, la voiture émet 129 kg de dioxyde de carbone \mathrm{CO_2} et transporte un seul passager.

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Données

Masses molaires atomiques :
M_\text{C}=12,0 \mathrm{~g} \cdot \mathrm{mol}^{-1};
M_\text{H}=1,0 \mathrm{~g} \cdot \mathrm{mol}^{-1} et
M_\text{O}=16,0 \mathrm{~g} \cdot \mathrm{mol}^{-1}

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Avion atterrissant au-dessus de palmiers tropicaux, coucher de soleil.

Photographie d'une BMW M5 foncée roulant sur une autoroute au coucher du soleil.

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Questions

1. Le kérosène a pour formule chimique moyenne \mathrm{C}_{10} \mathrm{H}_{22}. Établir l'équation de combustion complète du kérosène.

2. Ramené à un trajet de 100 km, comparer l'empreinte carbone de chaque passager selon son moyen de transport.

3. Proposer une solution simple permettant de diviser par 2, 3 ou 4 les émissions de dioxyde de carbone \mathrm{CO_2} par passager pour le trajet Paris-Perpignan.

Spécialité physique-chimie

Évaluer la masse de kérosène consommé pour le trajet Paris-San Juan.

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20
Programmation pluriannuelle de l'énergie

✔ Identifier et expliquer les conséquences des polluants atmosphériques sur la santé

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Photographie d'une ville engloutie dans un épais brouillard jaunâtre de pollution. Gratte-ciel et bâtiments sont à peine visibles.

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Doc.
D'après le rapport de synthèse de la Programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE) du gouvernement français du 23 janvier 2019

La réduction des consommations et l'évolution vers des ressources en énergie 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 combustibles 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.

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Questions

1. Citer des polluants atmosphériques d'origine anthropique responsables de la dégradation de la qualité de l'air.

2. Expliquer en quoi les mesures de la PPE pour la consommation d'énergie peuvent améliorer nettement la qualité de l'air et réduire les impacts sur le climat.

3. Donner les principaux moyens de réduction de consommation de l'énergie à l'échelle individuelle.

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21
Usine à gaz

✔ Analyser les impacts, les choix et l'empreinte carbone des activités humaines

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Photographie d'usine biogaz : dômes verts, hautes cheminées métalliques et bâtiments annexes. Énergie renouvelable.

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Éleveur depuis vingt ans, François Trubert fait partie de la première génération à avoir investi dans la méthanisation. C'était en 2011, après cinq ans de réflexion. « Grâce à la méthanisation, j'ai embauché deux personnes, acheté un robot de traite et j'ai trois week-ends de libres par mois. Sans elle, la ferme n'existerait plus […]. Je n'aurais pas pu continuer à cause de la charge de travail et du prix du lait trop faible ».

« La méthanisation, l'usine à gaz qui séduit les gros agriculteurs », Reporterre, 23 janvier 2019.

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Questions

1. Expliquer pourquoi la méthanisation a permis à François Trubert d'embaucher des salariés et d'améliorer ses revenus.

2. Justifier que le biogaz produit et son utilisation présentent une empreinte carbone moindre que les ressources en énergie fossiles.

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22
Prime à la conversion et empreinte carbone

✔ Identifier et expliquer les conséquences des polluants atmosphériques sur la santé

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En 2022, les véhicules des particuliers ont émis 68,2 millions de tonnes de dioxyde de carbone \mathrm{CO_2} en France. Dans le but de diminuer les émissions de gaz polluants dans l'atmosphère, l'État français propose une prime, qui atteint désormais 4 000 €, pour l'achat d'un nouveau véhicule rejetant moins de 122 g de dioxyde de carbone \mathrm{CO_2} par kilomètre parcouru. L'ancien véhicule doit quant à lui avoir été immatriculé avant 2006 pour une voiture à essence, 2011 pour un diesel.
Selon l'ADEME (Agence de la transition écologique), l'empreinte carbone de la fabrication d'une voiture neuve est évaluée à 8,5 tonnes de dioxyde de carbone \mathrm{CO_2} (ou équivalent) tandis que l'émission moyenne d'une voiture à essence immatriculée depuis 2005 est de 159 g·km^-1.

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Questions

1. Compte tenu des émissions de dioxyde de carbone \mathrm{CO_2}, calculer la distance que doit parcourir une nouvelle voiture pour que son achat ait une empreinte carbone plus faible que celle qu'aurait une voiture à essence immatriculée en 2005. Commenter ce résultat.

2. Citer des gaz polluants que les voitures plus anciennes libèrent dans l'atmosphère.

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23
Régime alimentaire et empreinte carbone

✔ Analyser les impacts, les choix et l'empreinte carbone des activités humaines

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Doc. 1
Réduction moyenne annuelle mondiale de gaz à effet de serre grâce à un changement de régime alimentaire (l'humanité produit entre 35 et 50 Gt par année)

Graphique: réduction GES selon régime alimentaire. Végétalien (8 Gt), Végétarien (6 Gt), Pesco-végétarien (4 Gt), Flexitarien (3 Gt), Méditerranéen (3 Gt).

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Doc. 2
Comparaison entre de la viande bovine et des végétaux pour un même apport calorique

Infographie comparant l'impact environnemental de la viande bovine et des légumes : émissions de gaz à effet de serre et engrais azotés.

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Questions

1. Expliquer pourquoi l'empreinte carbone de la viande, notamment de bœuf, est beaucoup plus élevée que celle des végétaux.

2. Évaluer la diminution de l'empreinte carbone d'un individu passant d'un régime flexitarien à un régime végétalien.

3. Expliquer pourquoi une modification du régime alimentaire a un impact sur le changement climatique.

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Supplément numérique

Calculez votre

empreinte carbone

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24
Diagnostic de performance énergétique

✔ Utiliser différentes unités d'énergie

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Désormais obligatoire pour toute vente ou location de biens immobiliers, le DPE (diagnostic de performance énergétique) permet d'estimer la qualité de l'isolation thermique d'un logement.

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Doc. 1
Diagnostic de performance énergétique

Graphique : diagnostic �énergétique logement, classes A à G selon consommation (kWh/m²/an).

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Doc. 2
Modes de chauffage

Logement	Surface (m²)	Type de chauffage	Énergie nécessaire au chauffage par an
N° 1	40	Gaz	4 960 kW·h
N° 2	40	Radiateur électrique	34,6 GJ
N° 3	20	Bois	23 200 MJ
N° 4	110	Géothermique	18,1 MW·h

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Questions

1. Déterminer le diagnostic de performance énergétique de chacun des quatre logements.

2. Pour les deux premiers logements, évaluer la masse de dioxyde de carbone CO₂ produite chaque année à cause du chauffage.

3. 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

Conversion d'unités d'énergie : 1 \mathrm{~kW} \cdot \mathrm{h}=3,6 \times 10^6 \mathrm{~J}
Émissions de dioxyde de carbone CO2 pour produire 1 kW·h d'énergie thermique en France : 221 g pour le chauffage au gaz et 79 g pour le chauffage électrique par radiateur.

Source : ADEME, Base empreinte

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25
Nucléaire, entre danger et sécurité

✔ Analyser les impacts, les choix et l'empreinte carbone des activités humaines

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La fission nucléaire permet de produire de grandes quantités d'énergie électrique en émettant très peu de dioxyde de carbone. Cependant, cette exploitation n'est pas sans risques, notamment en raison des rayonnements produits par les noyaux radioactifs. Les effets varient selon l'intensité et la durée d'exposition : une exposition courte à un rayonnement intense peut provoquer des brûlures tandis qu'une exposition longue à faible intensité peut occasionner des cancers.

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Doc. 1
Dispositifs de sécurité d'une centrale nucléaire

Afin de prévenir tout accident, divers dispositifs de sécurité sont mis en place dans les centrales nucléaires, dont :

trois barrières de sécurité (une enveloppe étanche qui entoure les barres d'uranium, une enveloppe en acier inoxydable très épaisse autour du circuit primaire et une enceinte de confinement constituée d'une ou de deux parois en béton armé et revêtue d'une peau interne en acier).
un suivi de la réaction en chaîne ;
des contrôles réguliers ;
des circuits d'alimentation de secours ;
un système d'injection de bore et de refroidissement du cœur en cas de brèche ;
un circuit d'aspersion de l'enceinte pour faire diminuer la pression et la température dans le bâtiment du réacteur.

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Doc. 2
Exposition aux rayonnements radioactifs

Infographie comparant les doses de rayonnement (mSv) : naturelle, professionnelle et nucléaire.

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Questions

1. Comparer la dose moyenne annuelle d'exposition aux rayonnements d'origine naturelle à celle occasionnée par les rejets de centrales nucléaires en France.

2. Expliquer pourquoi la gestion des déchets nécessite également des dispositifs de sécurité.

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Exercice numérique
Le mix énergétique de demain

✔ Analyser des choix énergétiques à une échelle globale

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Suite aux différents rapports du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), l'Agence internationale de l'énergie (AIE) a proposé différents scénarios qu'elle estime possibles. Le scénario New Policies proposé ci-dessous prévoit, entre autres, une diminution de la part du pétrole et du gaz dans le mix énergétique.
Cette proposition a été critiquée par plusieurs associations écologistes qui estiment que les modifications prévues ne sont pas assez importantes en regard de la nécessité d'action face au réchauffement climatique.

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Doc.
Proposition de l'IEA concernant les ressources en énergie en 2035

Graphiques circulaires comparant la production d'énergie en 2020 et 2035 : le pétrole domine en 2035.

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Questions numérique - Version initiés

Évaluer les variations de consommation d'énergie d'origine fossile entre 2020 et le scénario New Policies Scenario envisagé pour 2035. Commenter alors la fin de l'énoncé.

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Exercice numérique
Une centrale photovoltaïque peu commune

✔ Analyser des choix énergétiques dans un cas particulier

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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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[...] 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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Photographie aérienne d'une centrale photovoltaïque flottante. Des panneaux solaires recouvrent un lac. Des éoliennes sont visibles au loin.

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Questions numérique - Version initiés

1. L'énergie électrique consommée par un français est de l'ordre de 2~000 \mathrm{~kW} \cdot \mathrm{h} . Évaluer l'énergie électrique produite par la centrale en utilisant les données de l'article.

2. En déduire l'énergie solaire reçue par les panneaux sur une année.

3. Sachant que la puissance surfacique moyenne à Piolenc est de 180 \mathrm{~W} \cdot \mathrm{m}^{-2}, évaluer la surface des panneaux flottants.

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Enseignement scientifique Terminale - 2024

Le repaire des initiés

18Évolution de la composition de la matière organique fossile

Doc.Diagramme de Van Krevelen

19Empreinte carbone des déplacements

Données

20Programmation pluriannuelle de l'énergie

Doc.D'après le rapport de synthèse de la Programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE) du gouvernement français du 23 janvier 2019

21Usine à gaz

22Prime à la conversion et empreinte carbone

23Régime alimentaire et empreinte carbone

Doc. 1Réduction moyenne annuelle mondiale de gaz à effet de serre grâce à un changement de régime alimentaire (l'humanité produit entre 35 et 50 Gt par année)

Doc. 2Comparaison entre de la viande bovine et des végétaux pour un même apport calorique

Supplément numérique

24Diagnostic de performance énergétique

Doc. 1Diagnostic de performance énergétique

Doc. 2Modes de chauffage

Données

25Nucléaire, entre danger et sécurité

Doc. 1 Dispositifs de sécurité d'une centrale nucléaire

Doc. 2 Exposition aux rayonnements radioactifs

Exercice numériqueLe mix énergétique de demain

Doc. Proposition de l'IEA concernant les ressources en énergie en 2035

Questions numérique - Version initiés

Exercice numériqueUne centrale photovoltaïque peu commune

Questions numérique - Version initiés

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18
Évolution de la composition de la matière organique fossile

Doc.
Diagramme de Van Krevelen

19
Empreinte carbone des déplacements

20
Programmation pluriannuelle de l'énergie

Doc.
D'après le rapport de synthèse de la Programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE) du gouvernement français du 23 janvier 2019

21
Usine à gaz

22
Prime à la conversion et empreinte carbone

23
Régime alimentaire et empreinte carbone

Doc. 1
Réduction moyenne annuelle mondiale de gaz à effet de serre grâce à un changement de régime alimentaire (l'humanité produit entre 35 et 50 Gt par année)

Doc. 2
Comparaison entre de la viande bovine et des végétaux pour un même apport calorique

24
Diagnostic de performance énergétique

Doc. 1
Diagnostic de performance énergétique

Doc. 2
Modes de chauffage

25
Nucléaire, entre danger et sécurité

Doc. 1
Dispositifs de sécurité d'une centrale nucléaire

Doc. 2
Exposition aux rayonnements radioactifs

Exercice numérique
Le mix énergétique de demain

Doc.
Proposition de l'IEA concernant les ressources en énergie en 2035

Exercice numérique
Une centrale photovoltaïque peu commune