A. LE DEFI ENERGETIQUE

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1 A. LE DEFI ENERGETIQUE Physique-Chimie, ½ période a. TYPE D EVALUATION DANS LE BAC Question à 6 points. b. NOTIONS ET COMPETENCES EXIGIBLES POUR LE BAC A1. Définitions et vocabulaire o Besoins énergétiques engendrés par les activités humaines : industries, transports, usages domestiques. o Quantification de ces besoins : puissance, énergie. o Conversion d'énergie. o Exploiter des documents et/ou des illustrations expérimentales pour mettre en évidence différentes formes d'énergie. o Connaître et utiliser la relation liant puissance et énergie. o Interpréter des infromations pour porter un regard critique sur la consommation énergétique d appareils de la vie courante et pour appréhender des ordres de grandeur de puissance. A2. Ressources énergétiques o Ressources énergétiques et durées caractéristiques associées (durée de formation et durée estimée d'exploitation des réserves). o Ressources non renouvelables : fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) ; fissiles (Uranium). o Ressources renouvelables. o Le Soleil, source de rayonnement. o Rechercher et exploiter des informations pour : associer des durées caractéristiques à différentes ressources énergétiques ; distinguer des ressources d'énergie renouvelables et non renouvelables ; identifier des problématiques d'utilisation de ces ressources. A3. Ressources énergétiques o Centrale électrique thermique à combustible fossile ou nucléaire. o Réaction de combustion. 1

2 o Réaction de fission. o Réaction de fusion. o Le Soleil, siège de réactions de fusion nucléaire. o Exploitation des ressources renouvelables. o Utiliser la représentation symbolique Xaz pour distinguer des isotopes. o Schématiser une chaîne énergétique pour interpréter les transformations d'énergie en termes de conversion et de dégradation. o Identifier les différentes formes d'énergie intervenant dans une centrale thermique à combustible fossile ou nucléaire. o Interpréter l'équation d'une réaction nucléaire en utilisant la notation symbolique du noyau. o À partir d'exemples donnés d'équations de réactions nucléaires, distinguer fission et fusion. o Exploiter les informations d'un document pour comparer : les énergies mises en jeu dans des réactions nucléaires et dans des réactions chimiques ; l'utilisation de différentes ressources énergétiques. A4. Transport et stockage o Transport et stockage de l'énergie. o Accumulateur électrochimique et pile à combustible. o Rechercher et exploiter des informations pour comprendre : la nécessité de stocker et de transporter l'énergie ; l'utilisation de l'électricité comme mode de transfert de l'énergie A5. Problématiques écologiques o Effet de serre. o Sous-produits de l'industrie nucléaire. Décroissance radioactive. o Analyser une courbe de décroissance radioactive. o Faire preuve d'esprit critique : discuter des avantages et des inconvénients de l'exploitation d'une ressource énergétique, y compris en terme d'empreinte environnementale. o Rechercher et exploiter des informations pour comprendre la problématique de la gestion des déchets radioactifs. 2

3 c. LEXIQUE Activité (radioactivité) : Grandeur physique mesurant le nombre de désintégrations d un échantillon radioactif par seconde. Elle se mesure en becquerel [Bq]. Alternateur : Machine rotative qui convertit l'énergie mécanique fournie au rotor en énergie électrique à courant alternatif en utilisant l induction électromagnétique. Barrage hydroélectrique : Centrale électrique utilisant l eau comme ressource primaire. Ce type de centrale fait partie des énergies renouvelables et est l une des seules dont l énergie primaire peut être stockée. Carburant : Combustible qui alimente un moteur thermique. Charbon : Hydrocarbure solide servant de carburant dans une réaction de combustion. Combustible : Matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion. Combustion : Réaction chimique exothermique d'oxydo-réduction nécessitant la présence d oxygène, d un carburant et produisant du CO2. Conducteur : Matériel facilitant le passage des électrons (opp. isolant). Conversion énergétique : Transformation d une forme d énergie en une autre, s accompagnant généralement de pertes thermiques. Courant électrique : Déplacement d électrons dans un matériau conducteur. Demi-vie (radioactivité) ou période : Temps mis par une substance pour perdre la moitié de son activité ; durée au bout de laquelle la population de noyaux radioactifs est divisée par 2. 3

4 Désintégration : Transformation d un atome en un autre impliquant l émission d un rayonnement. Effet de serre : Phénomène naturel des planètes ayant une atmosphère engendrant une élévation de la température moyenne de la planète. Les gaz à effet de serre présents dans l atmosphère piègent les infrarouges réémis par réflexion. Electron : Particule de l atome gravitant autour du noyau et possédant une charge négative. Energie produite perdue : Energie produite de manière involontaire lors d une conversion d énergie. Cette énergie n est pas utilisée. Energie produite utile : Energie produite et souhaitée lors d une conversion d énergie. Energie: Grandeur physique permettant de faire un travail, entraînant un mouvement ou produisant par exemple de la lumière, de la chaleur ou de l électricité. Elle est mesurée en joules [J]. Energies épuisables/non-renouvelables: Formes d'énergies dont la consommation diminue la ressource à l'échelle humaine i.e. qui ne se renouvelle pas assez rapidement à l échelle humaine (pétrole, gaz, charbon,...). Energies renouvelables : Formes d'énergies dont la consommation ne diminue pas la ressource à l'échelle humaine i.e. qui se renouvelle rapidement à l échelle humaine (éolien, solaire, biomasse, ). Eolienne : Centrale électrique utilisant le vent comme ressource primaire. Ce type de centrale fait partie des énergies renouvelables. Fission : Réaction nucléaire par lequel le noyau d'un atome lourd est divisé en plusieurs noyaux plus légers, généralement deux. Cette réaction libère beaucoup d énergie. 4

5 Fusion nucléaire : Réaction nucléaire où deux noyaux atomiques légers s assemblent pour former un noyau plus lourd. Cette réaction libère beaucoup d énergie. Gaz : Hydrocarbure généralement sous forme gazeuse (ou liquide) servant de combustible dans une réaction de combustion. ex : méthane Gaz à effet de serre: Gaz présents dans l atmosphère qui piègent une partie du rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre contribuant à l'effet de serre. L'augmentation de leur concentration dans l'atmosphère terrestre est l'un des facteurs à l'origine du réchauffement climatique. Géothermie : Système de chauffage utilisant la chaleur souterraine comme ressource primaire. Ce type de système fait partie des énergies renouvelables. Hydrocarbure: Composé organique essentiellement composé d hydrogènes et de carbones. Il peut servir de carburant dans une réaction de combustion. ex : gaz, pétrole, charbon Intensité : Grandeur physique mesurant la quantité d électrons passant par unité de temps sur une surface donnée. Elle est mesurée en Ampère [A]. Isotope: Chacun des différents types de noyaux atomiques d'un même élément, différant par leur nombre de neutrons (nombre de masse A) mais ayant le même nombre de protons et d'électrons (numéro atomique), et possédant donc les mêmes propriétés chimiques. Joule : Unité du système international (SI), notée [J], utilisée pour quantifier l'énergie, le travail et la quantité de chaleur. Kilowattheure : Unité de quantité d'énergie, notée [kwh] correspondant à celle consommée par un appareil de watts (soit 1 kw) de puissance pendant une durée d'une heure. Elle vaut 3,6 mégajoules (MJ). Loi de conservation de l énergie : Principe physique selon lequel l énergie ne peut ni être créée ni détruite. Ainsi, l énergie fournie est toujours égale à la somme des énergies produites. 5

6 Neutron : Particule nucléaire électriquement neutre. Nombre de masse A : Nombre de nucléons (protons et neutrons) d un atome. Ce nombre varie entre les différents isotopes d un élément chimique. Noyau (atome) : Région centrale de l atome contenant protons et neutrons. Nucléon : Particule du noyau d un atome (proton ou neutron). Numéro atomique Z : Nombre de protons d un atome. Ce nombre définit l espèce chimique et ne varie donc pas entre les différents isotopes d un élément chimique. Panneau solaire photovoltaïque : Petite centrale électrique utilisant le rayonnement solaire comme ressource primaire. Ce type de centrale fait partie des énergies renouvelables. Panneau solaire thermique: Système de chauffage utilisant le rayonnement solaire comme ressource primaire. Ce type de système fait partie des énergies renouvelables. Période ou Demi-vie (radioactivité) : Temps mis par une substance pour perdre la moitié de son activité. Durée au bout de laquelle la population de noyaux radioactifs est divisée par 2. Pertes thermiques : Pertes énergétiques sous forme d énergie thermique produites à chaque conversion d énergie. Correspond à l énergie produite perdue. Pétrole : Hydrocarbure liquide d'origine naturelle servant de combustible dans une réaction de combustion. Brut, il est composé d'une multitude de composés organiques pouvant être séparés selon un procédé de raffinage. Proton : Particule nucléaire chargée positivement. Puissance : Grandeur physique, notée P, définissant la quantité d énergie fournie par unité de temps. Elle est mesurée en Watt [W]. 6

7 Radioactivité: Capacité d un matériau à se désintégrer spontanément en émettant un ou plusieurs rayonnements. Raffinage : Procédé chimique permettant de séparer les différents composés du pétrole en les chauffant. Réaction chimique: Transformation de la matière sans modification des atomes. Réaction nucléaire : Transformation d'un ou plusieurs noyaux atomiques. Rendement énergétique : Rapport entre l énergie produite utile et l énergie fournie à chaque conversion d énergie ou pour l ensemble d un système. Il est généralement inférieur à 1 en raison des pertes thermiques. Ressources fissiles : Ressources primaires capable de subir une fission nucléaire (uranium, plutonium) produisant par la suite des déchets radioactifs. Ressources fossiles : Combustibles riches en carbone et en hydrogène (hydrocarbure). Elles se sont formées à partir de végétaux et d animaux morts depuis des millions d années (pétrole, gaz, charbon). Tension: Pour simplifier à l extrême, la tension est une grandeur physique mesurant la force électrique. Elle se mesure en Volt [V]. Transformateur : Machine électrique permettant de modifier les valeurs de tension et d'intensité du courant. Uranium : élément chimique dont certains isotopes sont fissiles. Usine marémotrice : Centrale électrique utilisant la force des marée comme ressource primaire. Ce type de centrale fait partie des énergies renouvelables. Watt : Unité du système international, symbolisée par [W], utilisée pour quantifier une puissance, un flux énergétique ou un flux thermique. 7