Activité 2 : Transport et stockage de l énergie

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1 Activité 2 : Transport et stockage de l énergie Objectifs : Rechercher et exploiter des informations pour comprendre la nécessité de stocker et de transporter l énergie. 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. Exploiter les informations d'un document pour comparer : l'utilisation de différentes ressources énergétiques. I Transport de l énergie Quelles méthodes sont utilisées aujourd hui pour transporter les différents types d énergies? Document 1 : Le transport des combustibles La consommation mondiale de pétrole est estimée à 30 milliards de barils par an, soit une masse de pétrole de quelque 3, kg. Cette masse correspond à la capacité de quelques supertankers d'une capacité moyenne actuelle de tonnes. Les 8000 supertankers qui sillonnent les mers pour l approvisionnement du monde en pétrole effectuent donc approximativement entre 4 et 5 allers-retours par an. Les gazoducs qui assurent le transport du gaz sont aussi du domaine de la démesure. La longueur totale des gazoducs dans le monde est estimée à plus de 1 million de km soit 25 fois la circonférence terrestre. Leur vulnérabilité aux actes de sabotage dans les zones de conflits ainsi que les trop grandes distances entre les gisements et les zones de consommation ont conduit à développer un mode de transport sous forme liquide. C'est ainsi que le gaz naturel liquéfié (GNL) moins volumineux qu'à l'état gazeux est transporté à -160 C et à la pression atmosphérique par les navires méthaniers. S'il n'y avait les pollutions extrêmement graves en cas d'accident, un avantage du transport des combustibles par voie maritime semble tenir au fait qu'il s'effectue sans pertes d'énergie importantes. «Site internet Document 2 : Le stockage de l énergie «On appelle énergies primaires, les énergies directement accessibles dans la nature : énergies fossiles, énergie nucléaire et énergies renouvelables, ces énergies constituant le «mix énergétique» Pour la plupart des applications, il est nécessaire de la convertir afin de la rendre compatible avec l usage envisagé, et pour que l énergie puisse être aussi disponible à tout moment, il est indispensable de la stocker : «la mettre en conserve» pourrait-on dire. Ce stockage peut se décliner sous diverses formes. L énergie peut être stockée sous forme mécanique (dans le cas d une retenue d eau d un barrage), électrochimique (piles et accumulateurs) par exemple. La gestion de l énergie est donc un art subtil qui associe production, transformation, transport et stockage.» D après «les clefs CEA n 50/51- Hiver » 1

2 Document 3 : Les énergies renouvelables, dont la production est souvent intermittente, se développent rapidement, mais le stockage de l'énergie semble avancer moins vite. L augmentation des capacités de production intermittente éolienne et solaire perturbe en effet la stabilité des réseaux électriques. Si ces sources d énergie ne sont pas encore dominantes, dans certains pays, la capacité installée est supérieure à ce que peut supporter le réseau lorsque les conditions météorologiques sont très favorables. Les moyens de production impliqués sont alors déconnectés du réseau, entraînant la perte de cette énergie verte.» D après «La Tribune.fr - 22/02/2011» 1 / Quels sont les modes de transport utilisés pour les combustibles cités? Transport du pétrole par pétroliers (supertankers) et oléoduc (pipeline). Transport du gaz par gazoduc, le gaz naturel liquéfié peut être transporté par bateaux méthaniers. 2 / De quel(s) paramètre(s) dépendent ces choix? Le mode de transport utilisé dépend de la ressource énergétique transportée mais aussi de la distance à parcourir. 3 / Indiquez des avantages et inconvénients de ces modes de transport. Avantage du transport par voie maritime : peu de pertes d énergie. Inconvénient : pollution en cas d accident. Avantages pour pipeline ou gazoduc : un mode de transport massif, de bonne sécurité, approvisionnement sûr (insensible aux intempéries). Inconvénients : vulnérabilité aux actes de sabotage notamment dans des zones de conflits. 4 / Sous quelle(s) forme(s) d énergie sont converties les énergies dites «primaires»? Les énergies primaires sont converties en énergie thermique et énergie électrique. 5 / Justifiez la nécessité de stocker l énergie. On doit stocker l énergie pour pouvoir l utiliser au moment souhaité et faire face à des pénuries temporaires. Dans le cas des énergies renouvelables, la production étant intermittente, il faut aussi éviter au maximum les pertes. 6 / Le stockage direct de l énergie électrique est-il possible? Quels procédés utilise-t-on? Le stockage direct de l énergie électrique n est pas possible, il faut donc la convertir en une énergie différente (mécanique dans les barrages, électrochimique dans les piles et accumulateurs). 7 / Quelle est la méthode de transport de l énergie électrique? Pourquoi? Le transport de l énergie électrique s effectue avec des lignes à haute tension, ceci pour limiter les pertes d énergie. 2

3 II Le stockage de l énergie électrique 1 / Pile à combustible Document 1 : Fonctionnement de la pile à combustible Pour comprendre le fonctionnement de la pile à combustible regarder l animation suivante : Document 2 : quelle est l origine du dihydrogène produit actuellement? Le dihydrogène n'est pas disponible à l'état naturel sur Terre. L'atome d hydrogène H est toujours associé à d'autres éléments : à du carbone dans les gaz naturels comme le méthane (CH 4) ou encore à de l oxygène dans l eau. Pour obtenir du dihydrogène, il convient donc de le séparer des éléments chimiques auxquels il est lié. Pour réaliser cette opération, il existe différentes possibilités à partir de pétrole ou d eau. Pour réaliser cette opération, il existe différentes possibilités à partir de pétrole ou d eau. (1) Le raffinage est l ensemble des opérations mises en œuvre pour transformer le pétrole brut. (2) L électrolyse de l eau consiste à décomposer l eau, en dioxygène et en dihydrogène grâce à un courant électrique. 1 / Quels sont les matières premières nécessaires au fonctionnement de la pile à combustible? Il faut du dioxygène et du dihydrogène d après l animation 2 / D où peuvent-elles être tirées? Le dioxygène est présent dans l air Le dihydrogène est soit obtenue par électrolyse soit par rafinage. 3

4 3 / D après le document 1, écrire l équation ajustée de la transformation chimique qui se produit lors du fonctionnement de la pile / Schématiser la chaîne énergétique de cette pile. 5 / La combustion d un kilogramme de dihydrogène libère trois fois plus d énergie que celle d un kilogramme d essence. L énergie libérée par la combustion de 9 litres d essence permet de parcourir environ 100 km avec une voiture à moteur à essence à explosion. Déterminer la masse de dihydrogène nécessaire pour fournir la même énergie avec une voiture à moteur à pile à combustible à hydrogène. Calcul de la masse de 9 litre d essence à l aide d un tableau de proportionnalité : Masse Volume 0,7 1 m 9 0,79 6,3 1 Il faut 3 fois moins de dihydrogène que d essence donc è2,1 Donnée : 1 litre d essence pèse environ 0,7 kg. 2 / L accumulateur électrochimique Document 1 : Pile et accumulateur La première conversion d énergie chimique en énergie électrique fut réalisée par une pile en Les piles fonctionnent grâce à une réaction chimique et deviennent inutilisables une fois les réactifs consommés : elles sont usées. Les scientifiques cherchent alors un dispositif qui par un transfert d énergie électrique en sens contraire pourrait reconstituer les réactifs. En 1859 Gaston Planté réalise un accumulateur au plomb qui est «rechargeable». A la fin de XIXème siècle on fabrique des batteries (assemblage d accumulateur) qui peuvent se recharger 2000 fois et pèsent 100 kg. Dans les années 1990, le choix d autres composants pour remplacer le plomb (nickel et lithium notamment) ainsi que la miniaturisation ont permis la mise au point de batterie qui équipent les téléphones et ordinateurs portables. 1 / Quelle est la différence entre une pile et un accumulateur? Un accumulateur est rechargeable. 2 / L accumulateur est-il un moyen physique ou chimique de stocker de l électricité? Il transforme l énergie électrique en énergie chimique c est donc un moyen chimique. 3 / Quel est l intérêt majeur d un accumulateur? Son intérêt majeur est de pouvoir stocker de l énergie pour s en servir lorsque l on souhaite. 4 / Compléter les chaînes énergétiques correspondant d abord à l accumulateur en phase de stockage d énergie puis à l accumulateur fournit de l énergie : 4

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