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1 THEME ENJEUX ENERGETIQUES CH 1 : BESOINS EN ENERGIE 1. NOS DIFFERENTES SOURCES ET FORMES D ENERGIE 1.1. «Différence entre source d énergie et forme d énergie» Le travail de l homme qui veut pouvoir utiliser de l énergie est d aller chercher l énergie là où elle se trouve, à la source de l énergie, et de la mettre dans une forme utilisable. 1. La source d énergie est ce qui va être utilisé pour fournir de l énergie. Il peut s agir d une matière (pétrole, charbon, ), d un rayonnement comme la lumière du soleil ou encore d une force comme celle du vent ou des cours d eau. 2. La forme d énergie est la forme sous laquelle l énergie se présente pour être utilisée. 3- On parle aussi d effet utile de l énergie pour désigner ce qui est l effet recherché de l utilisation d énergie Les différentes formes d énergies - L énergie rayonnante : c est l énergie qui existe dans les rayons (ou «ondes électromagnétiques»), comme la lumière ou encore les rayons ultra-violets, les rayons infrarouges, etc. - L énergie mécanique : c est l énergie du mouvement des objets. - L énergie chimique : c est l énergie qui est emmagasinée dans les constituants chimiques artificiels mais aussi dans les produits naturels. - L énergie thermique : c est l énergie qui existe sous forme de chaleur. Elle peut provenir de nombreuses sources, comme le feu ou la combustion du pétrole ou du charbon. - L énergie électrique. - L énergie nucléaire. - L énergie hydraulique : c est l énergie du mouvement des fluides, tels que les cours d eau, les mouvements de la mer (vagues, marées, courants de profondeur), mais aussi le vent. Il est possible de passer d une forme d énergie à une autre, qui pourra elle-même être à nouveau transformée en une autre, et ainsi de suite. Néanmoins, cela ne peut pas se faire n importe comment. Ces transformations nécessitent toujours un intermédiaire (qu on peut désigner, par exemple, par le mot «machine»). Il faut garder aussi à l esprit qu aucune transformation n est complète et que chaque transformation s accompagne de pertes (notamment sous forme de chaleur).» 1- A partir des informations données ci-dessus et de vos connaissances, compléter le tableau suivant : Source d énergie Forme d énergie «machine» Energie utile Soleil E rayonnate Panneau solaire photovoltaïque E électrique Soleil E rayonnate Panneau solaire thermique E thermique Essence E Chimique moteur E mécanique Gaz naturel E Chimique chaudière E thermique charbon E Chimique Centrale électrique E électrique vent E hydraulique éolienne E électrique Huiles végétales E Chimique moteur E mécanique Cours d eau E hydraulique Centrale hydroélectrique E électrique Uranium E nucléaire Centrale nucléaire E électrique

2 2- On distingue les ressources d énergies renouvelables et non renouvelables. a) Pourquoi certaines peuvent-elles être qualifiées de «renouvelables» b) Regrouper les différentes sources d énergie citées précédemment dans le tableau suivant : Ressources d énergie renouvelables Soleil Ressources d énergie non renouvelables Essence (pétrole) : Fossile Vent Huile végétale Cours d eau Gaz naturel : Fossile Charbon : Fossile Uranium : Fissile c) Pour les ressources d énergie non renouvelables, certaines sont qualifiées de «fossiles» et d autres de «fissiles». Expliquer les termes utilisés. 3- Les ressources d énergie renouvelables sont aussi qualifiées «d énergie propre», cela indique aussi que les ressources d énergie non renouvelables ne le sont pas. Donner trois exemples qui permettent de le mettre en évidence. Petrole, gaz, charbon : production de gaz à effet de serre (CO 2 ), Uranium : déchets nucléaires. 4- A l aide des informations contenues dans le 1 er tableau complété, il est possible de schématiser une chaîne énergétique, mettant en évidence la transformation d énergie réalisée à travers «la machine» encore appelé «convertisseur d énergie». Compléter les chaines énergétiques suivantes : E rayonnate Panneau solaire photovoltaique Panneau E thermique E électrique Energie perdue dans l environnement Energie utile E hydraulique Eolienne E électrique eolienne E thermique Energie utile Energie perdue dans l environnement

3 2. BESOINS ENERGETIQUES MONDIAUX Le défi énergétique du 21ème siècle! Claude Aufort - 34 ECONOMIE ET POLITIQUE mars-avril Bois 7% Charbon 5% Gaz 20% Nucléaire 17% Petrole 48% Hydroélectr icité 3% Quelle Energie pour demain? Antoine Moreau, Maître de Conférences- Université Blaise Pascal a) Citer les types d énergie renouvelables. Bois, Hydroélectricité = 10% b) Citer les types d énergie non renouvelables. Petrole, Gaz, Charbon, Uranium = 90% c) Préciser le pourcentage de chaque catégorie d énergie. d) Quelles sources d énergie présentent un inconvénient environnemental? Petrole, Gaz, Charbon Production de gaz à effet de serre Uranium déchets nucéaires e) Conclure quant au défi d énergie pour le 21 ième siècle. Développer les énergies renouvelables et propres. 3. LA CONSOMMATION DE L ENERGIE : LES GRANDS SECTEURS Tertiaire 12% Industrie 25% Transport 33% Maison individuell e 30% Quelle Energie pour demain? Antoine Moreau, Maître de Conférences- Université Blaise Pascal a) Indiquer parmi ces secteurs de consommation d énergie ceux qui peuvent être la plus facilement remplacés par des systèmes collectifs (centrales électriques ou d incinération des ordures). Maison individuelle, Tertiaire, Industrie, Transport(Trains). b) Indiquer parmi ces secteurs de consommations d énergie ceux qui peuvent être la plus facilement remplacés par des systèmes solaires. Maison individuelle, Tertiaire

4 4. LA CONSOMMATION D ELECTRICITE EN FRANCE Part de l'électricité dans la consommation totale d'énergie En MTEP Sidérurgie Industrie (hors sidérurgie) Résidentiel-Tertiaire Agriculture Transports (hors soutes) Consommation finale Evolution de la consommation française d électricité A l aide des informations, tirées du «site internet d EDF», répondre aux questions suivantes : - Que représente l électricité par rapport à la consommation totale d énergie (pour la France)? 4,7 % - Pour comparer les différents domaines consommant de l énergie, on utilise en économie (et dans le domaine de l industrie) l unité «Mtep», que signifie-t-elle? Mega tonne équivalent pétrole. - Entre 1973 et 2008, que peut-on dire de l évolution de la consommation française d électricité? Elle a presque triplée. - Depuis 2008, que peut-on constater? Elle infléchit légèrement. - Dans quel domaine, la majeure partie de cette électricité est-elle consommée? Habitat tertiaire 65,4% - Une unité est utilisée pour caractériser l énergie électrique consommée. Donner son symbole et sa signification. 1 watt heure = énergie consommée par un appareil de 1 Watt pendant 1 heure. - Convertir l énergie électrique consommée en France en kwh et J. 110,8 MTEP = 10 6 x 110,8 x = 1, kwh 110,8 MTEP = 10 6 x 110,8 x 41,868 = 4, GJ = 4, J = 4, TJ L unité est le TWh soit Tera watt heure (1 tera : ) pour caractériser une énergie. Quelques éléments de réponse : - La TEP (Tonne d'equivalent Pétrole) est une unité d'énergie universelle utilisée dans de nombreux domaines tels que l'industrie, l'économique ou encore l'écologique, pour comparer les énergies entre elles. C'est l'énergie produite par la combustion d'une tonne de pétrole moyen. 1 TEP = kwh = 41,868 GJ. 5. CONSOMMATION ENERGETIQUE D APPAREILS DE LA VIE COURANTE. Depuis 1990, la consommation d électricité pour alimenter les équipements ménagers a augmenté de plus de 75 %! Les appareils électroménagers représentent aujourd hui 40 % à 60% de la consommation d électricité d un ménage, (hors chauffage, eau chaude et cuisson.. (Les appareils audiovisuels en veille consomment en moyenne 7W.h) L étiquette-énergie permet de comparer les consommations des différents appareils électroménagers et donc d économiser de l énergie. Congélateur : en classe A, il consomme 45 % d énergie en moins qu un congélateur de classe D ; en classe B, ce sera 35 % d énergie en moins qu un congélateur de classe D. Lave-linge : un lave-linge de classe A consomme moins de 0,19 kwh par kg de linge pour le cycle standard, entre 0,19 kwh et 0,23 kwh pour la classe B et entre 0,27 kwh et 0,31kWh pour la classe D Le prix du KW.h varie, suivants les heures, les fournisseurs et les régions : entre 0,06797 euros TTC et 0,1397 euros TTC à Paris.

5 Questions : A partir des renseignements et des documents fournis. 1. Donner la relation qui lie énergie et puissance en précisant les unités. Energie (Joule) = Puissance (Watt) x durée (seconde). E (J) = P (W) x t (s). Energie (Watt.heure) = Puissance (Watt) x durée (heure). E (Wh) = P (W) x t (h). 1 Wh = 1 x 3600 = 3600 J 2. Quelle est l énergie électrique en kw.h consommée par ce congélateur en une année? 420 kwh / an. 3. Quelle est la puissance de ce congélateur? 4. Pourquoi est-il important de comparer les étiquettes-énergie avant d acheter un appareil électroménager? Expliquer l intérêt de la nouvelle étiquette-énergie. Pour acheter des appareils qui consomme moins. Les nouvelles étiquettes sont plus lisibles. 5. Un lave vaisselle fonctionne en moyenne 100 jours par ans pendant 1,5 H. Calculer l énergie consommée par cet appareil et son cout (en choisissant le prix le plus petit). Document : Quelques ordres de grandeurs pour les foyers. Puissance (Watt) % de l énergie consommée hors chauffage Divers 7 % Congélateur réfrigérateur % Eclairage % Sèche-linge % Lave-linge % Lave-vaisselle % Réfrigérateur % Télévision/ordinateur/magnétoscope % Autre exemple : les lampes à incandescence : 1- Proposer un schéma énergétique d une lampe à incandescence. E électrique 60Wh Lampe E rayonnate : 83% INFRA ROUGE 49,8Wh 5% VISIBLE 3 Wh E thermique 12% soit 7,2 Wh 2- Une lampe de 60 W consomme pendant une durée d une heure, une énergie E = 60 Wh = 2, J. a. Quelles sont les grandeurs physiques citées? P = 60 W ; E = 60 Wh ; t = 1 heure. b. Quelle est la relation entre ces grandeurs? E = P x t c. Compléter le schéma ci-dessus, en chiffrant les différents types d énergie. Voir Encadrés ci-dessus.

6 3- «Le Grenelle de l environnement a fixé dans ses objectifs, d ici 2010, la disparition des ampoules à incandescence pour la France et suivi de près par la Finlande, l Australie, la Californie, la Chine et la Grande Bretagne. Certains pays sont déjà depuis quelques mois sur le "pied de guerre" contre les ampoules à incandescence : le Brésil, le Venezuela, Cuba et bien d autres encore Début 2009, une directive européenne sur l écoconception des produits devra définir des performances énergétiques minimales pour les lampes et donnera des précisions sur le calendrier définitif d abandon de l incandescence dans l Union européenne.» a. Calculer la consommation énergétique de cette lampe à incandescence sur une année (365 jours) à raison de 3 heures de fonctionnement par jour. E = P x t = 60 watt x 365 x 3 heures = Wh = 65,7 kwh b. Proposer une argumentation pour ou contre de l abandon des lampes à incandescence. Pour : Elle consomme beaucoup, Contre : Les lampes à basse consommation contiennent du mercure et coutent chèr à la fabrication. EXERCICES : Document 1: signification et abréviations des préfixes utilisés devant les unités Préfixe Abréviation signification Préfixe Abréviation signification milli m 10-3 Kilo K 10 3 micro µ 10-6 Méga M 10 6 nano n 10-9 Giga G 10 9 pico p Téra T Document 2 : Quelques données techniques Ampoule électrique : 40 W TGV Atlantique : 8 moteurs de 1100 kw Moteur de portail électrique : Tension d alimentation : 220 V-50 Hz Puissance absorbée : 280 W Document 3 : extrait d une facture d électricité : Evolution de la consommation en kwh : Janvier 2007 Janvier 2008 Janvier 2009 Janvier 2010 Janvier Caractéristiques du tarif : Electricité, tarif réglementé domestique option base, puissance 6 kw, prix de l énergie identique toute la journée. Questions : - Quels sont les unités qui apparaissent sur les différents documents. - Que représentent-elles? P = 40 W Puissance; E = 3484 kwh Energie - Que paie le consommateur d électricité à son fournisseur? L énergie électrique consommée. - Comment réduire sa facture d électricité? En consommant moins d énergie électrique, donc en diminuant le nombre d appareils branchés en un même temps ou en réduisant la durée d utilisation. - Quel est le lien entre les différentes unités? E = P x t - Calculer l énergie consommée par l ampoule électrique si elle reste allumée pendant 1an. Donner le résultat en Joule et en Wh. E = P x t = 40 x 365,2 x 24 = Wh = 350,64 kwh.

7 Document 4 : Quel abonnement EDF choisir? (D après La réponse est simple : vous souscrivez un abonnement mensuel avec une tarification basée sur la puissance mise à disposition et sur le kwh consommé [ ] Lors de la souscription de votre abonnement, vous devrez donc indiquer la puissance souhaitée : abonnement 3 kwh : convient pour l'éclairage et l'utilisation d'appareils de faible puissance (aspirateur, réfrigérateur, chauffe-eau) ; abonnement 6 kwh : permet de faire fonctionner en plus un appareil important (machine à laver, cuisinière, lave-vaisselle...) ; abonnement 9 kwh : permet de faire fonctionner en même temps 2 appareils importants ; abonnements 12, 15, 18 kwh : pour les logements ayant une grande surface et utilisant le chauffage électrique. Questions : - Que quoi dépendent les besoins en puissance d une installation électrique? Du nombre d appareils branchés, de leur utilisation simultanées. - D après le document 3, combien d ampoules de 40W ce ménage pourrait-il faire fonctionner en même temps? Pourrait-il faire fonctionner un moteur de TGV? 1100 Kw / 40 W = /40 = 2750 AMPOULES. Document 5 : La consommation annuelle moyenne d électricité par habitant en France est de plus de kwh, le double aux États-Unis, soit kwh, et en Afrique un peu plus de 500 kwh. Mais cette électricité représente elle-même moins de la moitié de notre consommation totale. Le reste fait appel à une utilisation directe de pétrole (essence, fioul), de gaz et de charbon; le tiers de nos besoins concerne, en effet, le chauffage des locaux, et le quart concerne les transports. Questions : - Quelles sont les différentes sources d énergie citées dans le texte? Petrole, gaz, charbon. - Comment expliquer que la consommation d énergie ne soit pas identique pour toutes les populations? Le développement économique atteint par chaque population. Autre exemple les ordinateurs : Sur le site, il est écrit : En moyenne la consommation d'un ordinateur de bureau est de 361 kwh/an. Si on suppose qu'il y en a 20 millions,' cela conduit à une consommation annuelle de 7,2 TWh Les paramètres influant la consommation d'un ordinateur sont la taille et la technologie de l'écran, la puissance à l arrêt de l'unité centrale et de l'écran, et évidemment la durée pendant laquelle l'ordinateur est en marche. Un ordinateur avec un écran cathodique de 21" va consommer en moyenne 306 kwh. Si l'on se contente d'un écran de 17", on tombe à 170 kwh. Si l'on adopte un écran plat de 17", on ne consommera plus que 102 kwh. Si l'on descend à 15", la consommation annuelle n'est plus que de 59 kwh. Les écrans plats sont en moyenne beaucoup moins consommateurs (de l'ordre de 2,3 fois moins) que les écrans cathodiques. a) Quelle est l énergie exprimée en joule consommée en un an par un ordinateur? 361 kwh/an b) Si Téra (T) est remplacé par 10 12, convertir 7,2 TWh en Wh. 7,2 TWh = 7,2 x Wh.

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