ENERGIE : BESOINS ET RESSOURCES

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1 Correction : ENERGIE : BESOINS ET RESSOURCES I. Activités humaines et besoins en énergie. I.1 La population mondiale est croissante. Chaque individu a de plus en plus besoin d énergie au quotidien. Il en résulte que la consommation mondiale ne cesse d augmenter. Photodiode / panneaux solaires Photosynthèse chlorophyllienne Capteurs solaires noirs Pile / Accumulateur Chaudière : combustion Alternateur (bobine + aimant) I.2 J ( joule ) W ( watt ) E = puissance temps de consommation = P T ENERGIE MECANIQUE (mouvement) s ( seconde ) Plus la durée de fonctionnement est grande, plus l appareil consomme de l énergie. Plus l appareil est puissant, plus la consommation d énergie est grande. Applications : 1. montant total = 148,38 10 mois prélèvement par mois = p 1 mois => p = 148,38 1 / 10 = 14, par mois 2. L énergie électrique consommée en un an est de kwh. Cette consommation est globalement stable au fil des années (cf tableau en-dessous du ). 3. montant total = 148, kwh prix moyen du kwh = p 1 kwh => p = 148,38 1 / 1163 = 0,13 par kwh 4. D après la facture, 85,8% de l énergie électrique consommée provient du nucléaire. L affirmation des médias n est pas abusive, elle est même sous-estimée car plus des trois quarts (= 75%) sont d origine nucléaire. 5. La consommation en HC est de 264 kwh pour un prix du kwh de 0, La consommation en HP est de 899 kwh pour un prix du kwh de 0, La consommation n est pas des plus judicieuses car M. Dupont consomme essentiellement durant les heures pleines lorsque le prix du kwh est le plus cher! 6. consommation énergétique annuel = P T = 0,300 (4 365,25) = 438,3 kw En HP, 1 kwh coûte 0,09010 : coût total = 438,3 0,09010 = 39,49 7. E TGV = P ΔT = (1 + 40/60) = kwh E indien = 0,36 tep = 0, = kwh Un indien consomme plus de 3 fois moins d énergie tout au long d une année qu un seul TGV assurant la liaison Paris-Dijon! L énergie est donc très inégalement utilisée dans le monde. 8. E = (nb de machines en une année) (capacité énergie par kg) = 4 52 (5 0,18) = 187 kwh < 281 kwh Le coût énergétique pour une machine de classe A est beaucoup moins important que celui d une classe C. Ainsi, la demande énergétique est moindre (30 % environ) ce qui souligne un comportement «éco-responsable». M.Meyniel 1/4

2 II. énergétiques. Une voiture qui se déplace en hiver, la nuit, a besoin d énergie mécanique pour le déplacement, d énergie thermique pour réchauffer l habitacle et d énergie lumineuse pour éclairer la route et le tableau de bord. Les ressources énergétiques reposent pour la plus grande part sur les combustibles fossiles bien que l épuisement de leurs réserves soit inéluctable. L Homme se retrouve dans l obligation de rechercher activement des ressources alternatives en développant les énergies. 1. D après le graphique 1, les énergies représentent 13 % dans la production mondiale d énergie. Les énergies (nucléaire, gaz, charbon, pétrole) occupent donc = 87 % de la production mondiale. 2. D après le graphique 2, on lit qu il faut plusieurs pour que la matière organique se fossilise en combustibles fossiles. Pour les ressources fossiles, elles étaient présentent sur Terre lors de sa formation et ne peuvent être reformées. Or, seules quelques secondes suffisent à consommer ces ressources énergétiques. On parle d énergie renouvelable car la durée de formation est beaucoup (infiniment) plus longue que la durée (elles sont consommées plus rapidement qu elles ne sont formées). 3. Les ressources fossiles (gaz, pétrole, charbon) subissent une combustion lors de leur utilisation. Il y a donc formation de dioxyde de carbone CO 2. Les ressources nucléaires produisent des déchets radioactifs, qui émettent des rayonnements dangereux (cancérigènes) pour les individus. 4. La biomasse, issue des plantations notamment, met moins de temps à se former qu à être exploitée. On la consomme moins vite qu on ne la produit. Il s agit donc d une ressource renouvelable : temps de formation < temps. Elle représente millions de tep sur ( ,5 + 57) = 2 044,5 millions de tep produits par les énergies ; soit une part de : / 2 044,5 = 0,59 = 59 %. 5. Les ressources énergétiques éoliennes ne fonctionnent bien évidemment qu en présence de vent assez intense pour faire tourner les pales (5 km/h). Elles présentent des limites de productivité dès que le vent atteint 90 km/h. La mise en drapeau se fait au-delà de 200 km/h. Les ressources énergétiques solaires ne sont pas disponibles la nuit et si la couverture nuageuse est trop importante. Il convient de se trouver dans une région ensoleillé (comme le sud de la France pour la métropole) avec des panneaux orientés vers l équateur. Ces ressources ne sont donc pas disponibles en tout temps et en tout lieu. 6. * pas toujours disponibles selon le temps et M.Meyniel 2/4

3 Annexe 1 : Energie nucléaire et terminologie Particules composant un noyau atomique. * L atome est formé : - d un noyau chargé positivement, - d électrons qui tournent autour du noyau est qui sont chargés négativement. => L atome est électriquement neutre. * Le noyau de l atome est assimilable à une sphère dont le diamètre est environ fois plus petit que celui de l atome * Le noyau est composé de nucléons : - protons (de charge positive), - neutrons (de charge nulle). Ces particules ont une masse environ fois plus importante que celle des électrons. La masse de l atome est donc essentiellement concentrée dans le noyau. * Dans un noyau donné : - le nombre de nucléons est appelé nombre de masse et noté A, - le nombre de protons est appelé nombre de charge ou numéro atomique et noté Z, - le nombre de neutrons est donc égal à A-Z. Schéma d un atome : Qu appelle-t-on élément, nucléide et isotopes? Un élément chimique est l ensemble des entités (atomes, ions ou noyaux) le même noyau. Ex : Z = 92 correspond à l élément uranium. Un nucléide est l ensemble des atomes (ou ions) possédant des noyaux identiques. Il est caractérisé par les deux nombres A et Z. nb de nucléons On le note : Ex : U correspond au nucléide uranium 235. nb de protons (= numéro atomique) A ZX Symbole de l élément chimique On appelle isotopes des nucléides qui ont : - le même nombre de nucléons, - un nombre de protons différents. Ex : L élément carbone possède 3 isotopes : carbone 12, carbone 13, carbone 14 Rq : Deux isotopes ont des propriétés très différentes : l un peut être stable alors que l autre ne l est pas. La stabilité dépend donc du nombre de neutrons. Ex : L élément uranium possède 2 isotopes : l uranium 235 fissile et l uranium 238 fissile! M.Meyniel 3/4

4 Annexe 2 : La distillation fractionnée Le pétrole brut est un mélange de très nombreuses espèces chimiques et donc n est pas utilisable directement. Il doit être distillé afin d être séparé en différentes coupes exploitables ensuite. Au laboratoire, le montage de distillation fractionnée permet d illustrer le principe industriel en séparant deux espèces chimiques d un mélange liquide homogène. Ci-dessous se trouve un schéma du montage. thermomètre sortie d eau Données : Températures d ébullition : T éb (éthanol) = 78 C T éb (eau) = 100 C colonne à distiller réfrigérant potence mélange {eau-éthanol} entrée d eau distillat ballon chauffe -ballon support élévateur éprouvette graduée Schéma d une distillation {eau-éthanol} Principe d une distillation : - On porte à ébullition un mélange de deux liquides miscibles. - Ils se forment des vapeurs qui montent le long de la colonne. - En s élevant dans la colonne, la température diminue donc l espèce la moins volatile (c est-à-dire celle qui a la température d ébullition la plus élevée, l eau ici) se recondense et retombe dans le ballon. - L espèce la plus volatile passe dans le réfrigérant, se recondense à son contact pour former le distillat dans l éprouvette. => Ainsi, les deux espèces ont été séparées grâce à leur température d ébullition différente. L espèce qui distille en premier étant celle qui a la température d ébullition la plus faible, celle qui passe le plus facilement à l état gazeux, il s agit ici de l éthanol qu on récupère donc au niveau du distillat, dans l éprouvette graduée. M.Meyniel 4/4

5 * pas toujours * pas toujours * pas toujours M.Meyniel 5/4