Le défi énergétique. Cours de 1 ère ES Enseignement scientifique. mardi 27 mars 12

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1 Le défi énergétique Cours de 1 ère ES Enseignement scientifique

2 Rappels de Physique - Chimie Réaction de combustion Combustible / Comburant Produits fonction de la nature de la combustion Température / bruit Energie d activation indispensable Pile électrique Conversion d énergie chimique en énergie électrique Transferts d électrons au niveau des électrodes Quantité de réactif limitée Alternateur E mécanique -> E électrique Rotor (aimant, tourne) + Stator (bobine de cuivre, fixe) Tension alternative produite de période T et fréquence f=1/t Puissance électrique : P=U.I, en Watts, fonction de la tension U et intensité I

3 Augmentation de la demande mondiale Demande de plus en plus importante des pays émergents Disponibilité réduite et finie d énergies fossiles Consommation très hétérogène selon le niveau de développement du pays, niveau de vie 1. Etats-Unis, puis Europe, Asie, Afrique Demande croissante d environ +1,5% par an entre 2007 et 2030 Pays d Asie Pays du Moyen-Orient Afrique?

4 Puissance et énergie Puissance (W) = Energie (J) / Temps (S) 1Wh = 1 Watt heure = 3 600J L énergie se transforme, elle ne se perd pas Energies primaires : solaire, gravité, atome Energies secondaires : éolienne, biomasse, hydraulique Besoins en énergie d un type précis, captages d autres énergies 5 types d énergies sur Terre : Electrique Rayonnante Thermique Chimique (centrale) Mécanique

5 Combustibles fossiles

6 Combustibles fossiles Pétrole, gaz naturel et charbon = 80% de la production énergétique mondiale

7 Combustibles fossiles Pétrole, gaz naturel et charbon = 80% de la production énergétique mondiale Loi de l offre et de la demande : quantités limitées = prix en forte hausse

8 Combustibles fossiles Pétrole, gaz naturel et charbon = 80% de la production énergétique mondiale Loi de l offre et de la demande : quantités limitées = prix en forte hausse Rendements plus ou moins forts, selon les centrales énergétiques et les procédés

9 Combustibles fossiles

10 CO 2 Combust O 2 combustion Energie

11 Energie alter nate ur Energie Turbine VAPEUR CO 2 cha udiè re Combust O 2 combustion Energie

12 Energie Prise Energies THERMIQU alter nate ur Energie Turbine VAPEUR CO 2 cha udiè re Combust O 2 combustion Energie

13 Energies renouvelables Qui sont-elles? Hydraulique; Eolien; Solaire ; Biomasse Points positifs : Gratuites et inépuisables Abondantes, présentes partout Faciles d accès (sauf géothermie) Facilement stockables (hydraulique, biomasse) Points négatifs : Intermittentes Encore marginales(<10% de la prod. Mondiale) Ne pourront jamais combler le besoin mondial énergétique mais peuvent limiter notre dépendance aux énergies fossiles

14 Le nucléaire 19 centrales en France, 80% de l électricité produite Noyaux d uranium 235 : réaction de fission par collision avec un neutron Énergie utilisée pour produire de la vapeur d eau qui permettra la rotation de turbines reliées à des alternateurs Pas de rejet de gaz à effet de serre mais des déchets encore radioactifs dont on ne sait que faire! Libération de nouveaux neutrons qui permettent de poursuivre la réaction et de rayons gamma très nocifs Absorbeurs de neutrons pour contrôler la réaction

15 Stocker l énergie Stockage des énergies fossiles : aucun problème si ce n est leur épuisement à court terme Energies intermittentes (éolien, solaire) : stockage fondamentale pour une utilisation 24h/24 Conversion en autre type d énergie indispensable (énergie massique très variable : 0,02 MJ/kg à MJ/kg) Batteries Condensateurs et supercondensateurs Dérivés du pétrole Dihydrogène Combustible nucléaire

16 Stocker de l électricité Mis à part les condensateurs ou supercondensateurs, l énergie électrique est non stockable directement Conversion indispensable : Energie chimique : batteries Energie potentielle : stations de pompage Problème : Coût Faible capacité de stockage Aspect polluant (plomb, acides )

17 Empreinte environnementale Gaz à effet de serre : Effet de serre : énergie thermique piégée par certains gaz (CO 2, CH 4, O 3, H 2 O) Nécessaire à la vie : +15 C de moyenne, -18 C si aucun gaz à effet de serre sur Terre! Depuis 1850, +30% de CO 2 en plus dans l atmosphère => augmentation de la température, du niveau des océans Energies polluantes : Fonctionnement : charbon, pétrole, gaz naturel Construction : solaire, hydraulique, éolien Déchets radioactifs : Fonction de l élément radioactif fabriqué suite à la fission de l uranium Périodes de demi-vie importantes Stockage fûts d acier ou de béton (demi-vie courte : 300 ans)