C3. Produire de l électricité a. Electricité : définition et génération i. Définition La matière est constituée d. Au centre de l atome, se trouve un noyau constitué de charges positives (.) et neutres (.). Autour du noyau gravitent un certain nombre d., chargés négativement. Dans les matériaux. les électrons sont capables de quitter l atome. Exemple : cuivre. Un courant électrique est défini comme....? Remplir le texte ci-dessus. ii. Electricité et puissance Grandeur Symbole Définition Unité Tension U Force électrique Volt [V] Intensité I quantité d électricité par unité de temps Ampère [A] Puissance P quantité d énergie par unité de temps Watt [W] P = U x I ii. Génération Il y a différentes méthodes pour provoquer le déplacement des électrons. La plus courante utilise un.. Le.. généré par l aimant pousse les électrons à se mettre en mouvement. Il est essentiel que l aimant soit continuellement en.,. Chaîne énergétique 7
Les, eux, utilisent l énergie et la transforme directement en énergie électrique. Chaîne énergétique? Remplir le texte ci-dessus. b. Centrale thermique à combustible fossile i. Fonctionnement 1. Réaction de.. Un.. (gaz, charbon, fioul) est brûlé dans les brûleurs d une chaudière. 2. La production de vapeur La chaudière est tapissée de tubes dans lesquels circule de l'eau La chaleur dégagée par le combustible chauffe l'eau jusqu à la transformer en... 3. La production d'électricité La vapeur fait tourner une..qui entraîne à son tour un... L'alternateur produit un courant électrique alternatif. Puis, un transformateur élève la tension du courant électrique pour qu'il puisse être plus facilement transporté. 4. Le recyclage À la sortie de la turbine, la vapeur est à nouveau transformée en eau grâce à un..dans lequel circule de l'eau froide en provenance de la mer ou d'un fleuve.? Dans le texte ci-dessus ajouter les termes : alternateur, combustible, combustion, condenseur, froide, turbine, vapeur 8
ii. Réaction de combustion Afin de libérer de l énergie des ressources fossiles, on les brûle : elles subissent une réaction de combustion. La réaction de combustion est une réaction chimique d oxydation très exothermique ( = libérant de l énergie thermique). Exemple : Combustion du charbon :. C (s) +. O 2 (g) à. CO 2 (g) Combustion du méthane :. CH 4 (g) +. O 2 (g) à. CO 2 (g) +. H 2 O (g)? Dans les formules ci-dessus, ajouter les coefficients stoechiométriques. iii. Chaîne énergétique 9
c. Centrale nucléaire i. Fonctionnement 1. Circuit primaire : Dans le réacteur, la. des atomes d'. transforme une partie de l énergie nucléaire en énergie thermique. Cette chaleur fait augmenter la température de l'eau qui circule autour du réacteur, à 320 C. L'eau est maintenue sous pression pour l'empêcher de bouillir. 2. Circuit secondaire : Dans le.., l'eau chaude du circuit. chauffe l'eau du circuit secondaire qui se transforme en vapeur. 3. La production d électricité : La vapeur fait tourner une. qui entraîne à son tour un.. L'alternateur produit un courant électrique alternatif. Puis, un. élève la tension du courant électrique pour qu'il puisse être plus facilement transporté dans les lignes à très haute et haute tension. 4. Le circuit de refroidissement À la sortie de la turbine, la vapeur est à nouveau transformée en eau grâce à un. dans lequel circule de l'eau froide en provenance de la mer ou d'un fleuve. Attention : Les 3 circuits d'eau sont. les uns par rapport aux autres.? Dans le texte ci-dessus ajouter les termes : alternateur, condenseur, étanches, fission, générateur de vapeur, primaire, transformateur, turbine, uranium 10
ii. Réaction de fission La fission est une réaction nucléaire dans laquelle un noyau lourd, dit fissile, est scindé en deux noyaux plus légers. Exemples :!"#!!"#!"U +! n!" Xe +!"!"! Sr + 3! n!"#!..!"#!!"u +! n!" Xe +. Sr + 3! n A Z X!"#!!"U +! n!"!"!"#! Sr +. Xe +..! n? En utilisant la première équation, quelle observation peut-on faire sur les nombres de nucléons et les numéros atomiques? Compléter alors les deux autres équations bilans proposées.? Donner deux autres exemples d isotopes de l uranium 235.? Quelle est la différence fondamentale entre une réaction chimique et une réaction nucléaire?? La fission libère des neutrons. Que vont-ils provoquer à leur tour? Expliquez alors pourquoi on parle de «réaction en chaîne». iii. Chaîne énergétique 11
d. La fusion nucléaire i. Un réacteur à fusion naturel : le Soleil Le Soleil est une boule de gaz chauds dont le cœur contient une grande quantité d hydrogène. La température et la pression sont telles que cet hydrogène va entrer en fusion nucléaire et libérer de l énergie. Cela va faire chauffer l étoile qui va alors émettre de la lumière. ii. Réaction de fusion nucléaire Lorsque le cœur ne contiendra plus d hydrogène (dans quelques milliards d années), d autres réactions de fusion nucléaires vont avoir lieu et libéreront beaucoup plus d énergie! Le Soleil se mettra alors à gonfler jusqu à détruire la planète Terre. La fusion nucléaire est la formation d un noyau plus lourd à partir de deux noyaux plus légers. La fusion s accompagne d une libération d énergie. Exemples :!!!!!H +! H! He +! n!!..!h +.. H! He!..!H +! Li!.! He! +! n? Compléter les équations. iii. Intérêts? Après lecture du texte de P. Schwaederlé, donner les 3 avantages de la fusion nucléaire. 12
Document (d après P. Schwaederlé) Les centrales à combustibles fossiles souffrent de trois gros inconvénients : - la dépendance énergétique des pays qui ne disposent pas de ces ressources - les réserves énergétiques dont l exploitation n excédera pas quelques dizaines d années. - la pollution atmosphérique importante engendrée par leur fonctionnement Les centrales nucléaires ne font guère mieux (dépendance à l uranium, dangerosité des centrales, déchets nucléaires très dangereux...). Pour pouvoir mesurer l impact réel des différentes technologies produisant de l énergie sur l environnement et sur le dérèglement climatique, il faut prendre en compte non seulement la pollution générée lors de leur fonctionnement, mais aussi lors de l extraction et du transport des éventuels combustibles et lors de la construction de l unité de production (centrale, panneau solaire, éolienne, barrage...). Aujourd hui, de nombreux pays cherchent à maitriser une autre méthode de production d énergie basée sur une réaction nucléaire 4 à 5 fois plus exoénergétique que la réaction de fission de l uranium : la fusion nucléaire. Cette méthode de production d énergie ne génère aucune pollution et utilise une ressource considérée comme inépuisable sur Terre : le deutérium 1 2 H (isotope de l hydrogène H) En effet, l eau des mers et des océans contient en moyenne 33 g de deutérium par mètre cube ce qui pourrait alimenter en énergie notre planète pendant quelques centaines de millions d'années. 13