CH 04 LA PRODUCTION D ÉNERGIE ÉLECTRIQUE Dans cette étude documentaire, vous devrez répondre à l'ensemble des questions à l'aide des documents suivants présents sur le site de M. Braneyre : a- Dans la partie logiciel (3ème) (http://sites.google.com/site/physiquechimiezola/home/classe-de-3eme/logiciels-3eme-1) Electricité : les centrales électriques et la production d'énergie (Réalisé par P.Peter, académie de Caen) Electricité : Panorama de l'électricité Electricité : Production d'énergie électrique à l'aide d'une bobine et d'un aimant b- Dans la partie cours (3ème) Le document intitulé Documents CH04 La production d'électricité (ce document est également présent au CDI) c- Dans la partie vidéo (3ème) La vidéo sur l'alternateur de bicyclette et l'induction d- Et bien sur à l'aide de votre livre de la page 151 à 157 I- LA PRODUCTION D'ÉLECTRICITÉ EN FRANCE Q1 : Quels sont les 4 principaux moyens de production d'électricité en France? Q2 : Quels sont les sources d'énergies primaires utilisées dans les 4 principaux moyens de production d'électricité en France? Q1 : Les 4 principaux moyens de production d'électricité en France sont les centrales thermique classique, les centrales thermique nucléaire, les centrales hydraulique et les éoliennes. Q2 : Les sources d énergies primaires pour les différentes centrales sont : Type de centrale Centrale thermique classique Centrale thermique nucléaire Centrale hydraulique Éoliennes Source d énergie Charbon, pétrole et gaz naturel Uranium (enrichi) Eau Vent II- ÉTUDE DE DIFFÉRENTES CENTRALES 21- La centrale thermique classique (à flamme) Q3 : Dans une centrale thermique classique, par quoi est entrainée la turbine? Q4 : Dans une centrale thermique classique, quelle sorte d'énergie primaire utilise-t-on? Q5 : Après être passée dans la turbine, que devient la vapeur d'eau? Q6 : Où sont construites les centrales thermiques classiques? Pourquoi? 1
Q3 : Dans une centrale thermique classique, la turbine est entrainée par de la vapeur d'eau Q4 : La source d'énergie primaire dans une centrale thermique classique est l'énergie fossile (pétrole, gaz, charbon) Q5 : La vapeur d'eau est condensée en eau liquide Q6 : Les centrales thermiques classiques sont construites au bords des fleuves ou de la mer pour avoir de l'eau froide en grande quantité pour alimenter le circuit de refroidissement 22- La centrale thermique nucléaire Q7 : Dans une centrale thermique nucléaire, par quoi est entrainée la turbine? Q8 : Dans une centrale thermique nucléaire, quelle sorte d'énergie primaire utilise-t-on? Q9 : Après être passée dans la turbine, que devient la vapeur d'eau? Q10 : Où sont construites les centrales thermiques nucléaires? Pourquoi? Q7 : Dans une centrale thermique nucléaire, la turbine est entrainée par de la vapeur d'eau Q8 : La source d'énergie primaire dans une centrale thermique nucléaire est l'uranium enrichi Q9 : La vapeur d'eau est condensée en eau liquide Q10 : Les centrales thermiques nucléaires sont construites au bords des fleuves ou de la mer pour avoir de l'eau froide en grande quantité pour alimenter le circuit de refroidissement 23- La centrale hydraulique Q11 : Dans une centrale hydraulique, par quoi est entrainée la turbine? Q12 : Dans une centrale hydraulique, quelle sorte d'énergie primaire utiliset-on? Q13 : Après être passée dans la turbine, que devient l'eau? Q14 : Où sont construites les centrales hydrauliques? Pourquoi? Q11 :Dans une centrale hydraulique, la turbine est entrainée par de l'eau liquide en mouvement Q12 :La source d'énergie primaire dans une centrale hydraulique est l'énergie mécanique de l'eau (l'énergie de l'eau est stockée sous forme d'énergie de position dans le réservoir supérieure puis elle transformée en énergie cinétique quand elle se met en mouvement dans la conduite forcée) Q13 :L'eau liquide retourne dans le fleuve (ou la rivière) à l'aide d'un canal de fuite Q14 : Les centrales hydrauliques sont construites dans des endroits où il existe des dénivelés importants (barrage dans les montagnes) où le long des fleuves ayant un courant important (le Rhin, le Rhône) 2
24- Conclusion Q15- Quel est l'élément que toutes les centrales possèdent sauf la centrale éolienne? Q16- Par quoi est remplacée la turbine dans les centrales éoliennes? Q17- Quelle ressemblance et quelle différence y a-t-il entre une centrale thermique classique et une centrale thermique nucléaire? Q18- Quel est l'élément commun à toutes les centrales électrique? Q15 : Q16 : Q17 : Q18 : Toutes les centrales électriques possèdent une turbine (roue comportant des pâles) sauf les éoliennes. Dans les éoliennes, ce sont les pâles qui font office de turbine. Dans une centrale éolienne, la turbine est remplacée par les pales Le principe de fonctionnement est le même dans les centrales thermiques et nucléaires : la turbine est entraînée par la vapeur d eau sous pression. La différence est la source d énergie utilisée. Le seul élément commun à tous les types de centrales électrique est l alternateur III- LES SOURCES D'ÉNERGIES PRIMAIRES Q1 : Pourquoi les énergies fossiles (pétrole, charbon, gaz) et l uranium ne sont pas considérés comme renouvelables? Q2 : Quelles sont les différentes énergies renouvelables? Q3 : Quels problèmes peuvent engendrer ces différentes sources d'énergie? Q1 : Les énergies fossiles (pétrole, charbon, gaz) et l uranium ne sont pas considérés comme renouvelables car leurs stocks s épuisent au fil des années. Q2 : Les énergies renouvelables sont les énergies dont les stocks se reconstituent ou sont inépuisables. Les énergies renouvelables sont l énergie hydraulique, le vent, l énergie solaire, la biomasse et le géothermie. Q3 : L'exploitation de toutes les ressources énergétique pose des problèmes. Les énergies fossiles (dont les ressources diminuent rapidement) favorise la libération de gaz à effet de serre. L'énergie fissile (uranium enrichi) entraine la création de déchets hautement radioactifs (qu'il faudra stocker pendant des milliers d'années). Pour les ressources renouvelables se pose notamment le problème de la dénaturation des paysages et le coût énergétique élevé pour la fabrication des infrastructures et leur recyclages (panneaux solaires). En ce qui concerne les barrages il faut aussi prendre en compte la modification des écosystèmes, la modification du climat localement, les risques géologiques et les risques d'inondation IV- L ALTERNATEUR 41- Comment un alternateur peut il "produire" de l'énergie électrique? 3
Q1 : Quels sont les principaux éléments constituant l'alternateur de bicyclette? Compléter le schéma Q2 : Qu'appelle-t-on le stator? De quoi est il constitué? Q3 : Qu'appelle-t-on le rotor? De quoi est il constitué? Q4 : Que se passe-t-il quand le rotor de l'alternateur est en mouvement? Q5 : Que se passe-t-il quand le rotor de l'alternateur n'est pas en mouvement? Q6 : Que faut-il donc pour que l'alternateur produise du courant électrique? Q1 : Parties de l alternateur Nom A Bobine de cuivre B Roue crantée ou galet C Axe de rotation D Aimant E Lamelles métalliques Q2 : le stator est la partie fixe de l'alternateur. Dans le cas l'alternateur de bicyclette, le stator est formé de la bobine de cuivre Q3 : Le rotor est la partie mobile de l'alternateur. Dans le cas l'alternateur de bicyclette, le rotor est formé de l'aimant Q4 : Quand le rotor est en mouvement, on a "création" d'énergie électrique (la lampe brille). Q5 : Quand le rotor n'est pas en mouvement, on n'a pas "création" d'énergie électrique (la lampe est éteinte). Q6 : Pour que l'alternateur produise de l'énergie électrique (sous forme de courant électrique), il faut que le rotor (aimant) de l'alternateur soit en mouvement à proximité du stator (bobine de cuivre) 42- Comment "produire" une tension avec un aimant et une bobine? Q7- Y a-t-il une tension aux bornes de la bobine quand l'aimant est immobile? Q8- Y a-t-il d une tension aux bornes de la bobine quand l'aimant est en mouvement? Q9- Le sens du courant dépend il du sens de déplacement de la bobine? Q10- L'intensité du courant dépend il de la vitesse de déplacement de l'aimant? 4
Q7 : Il n'y a aucune tension aux bornes de la bobine quand l'aimant est immobile devant la bobine. Q8 : Un aimant en mouvement devant une bobine fait apparaître une tension variable aux bornes de la bobine. Q9 : Si la tension est positive quand l'aimant se déplace dans un sens, elle est alors négative quand l'aimant se déplace dans l'autre sens. Q10 :Plus l aimant se déplace rapidement, plus la valeur de la tension est grande. 43- Conclusion Q11 :Que faut il pour qu'un alternateur produise du courant électrique? Réponse Q11 :Pour produire du courant électrique, il faut que l'aimant (rotor) soit en mouvement au voisinage de la bobine (stator). V- TRANSFERTS D ÉNERGIE 51- L énergie se perd-elle? Hatier 2008, Activité 7, p 135 Q1 : Que veut on dire par énergie "perdue"? Q2 : Pourquoi le fait de parler de "production" ou de "perte" d'énergie est il un abus de langage? Q3 : Reformuler la phrase suivante : "un alternateur produit de l'énergie électrique" Q1 : Par énergie perdue, on veut dire énergie non utilisable. Dans le cas de la production d énergie électrique, l énergie perdue est l énergie thermique. Q2 : On ne produit et on ne perd de l énergie mais on transforme de l énergie. Une partie de l énergie transformée est utilisable ( énergie produite ) et l autre partie n est pas utilisable ( énergie perdue ) Q3 : Un alternateur produit transforme de l énergie de mouvement (Ec) en énergie électrique et en énergie thermique. Au final, il y a conservation de l énergie 5
52- Comment traduire les conversions d énergie? Q4 : Compléter le schéma suivant traduisant le bilan des transformations énergétiques réalisées par un alternateur à l'aide des mots suivants (énergie mécanique, énergie électrique, énergie thermique et alternateur) Énergie mécanique Alternateur Énergie Électrique Énergie thermique Hatier 2008, Activité 6, p 135 53- Conclusion L alternateur converti une énergie cinétique en une énergie utile (énergie électrique) et en une énergie inutile (énergie thermique, vibrations, ). Au final, il n'y a ni création, ni perte d'énergie : il y a conservation et transformation de l'énergie. VI- ÉTUDE D'UNE USINE PARTICULIÈRE : L'USINE MARÉMOTRICE DE LA RANCE Hatier 2008, p 142 et Bordas, Vento, 2008, p 122 http://www.youtube.com/watch?v=546o24oalow http://www.youtube.com/watch?v=siqs6wkl-g8&feature=related Q1 : Quelle source d énergie l usine marémotrice de la Rance utilise-t-elle pour fabriquer de l électricité? Q2 : En quelle année a commencé la construction de l usine marémotrice de la Rance? Q3 : Qui a inauguré l usine marémotrice et en quelle année? Q4 : Pourquoi avoir choisi le site de la Rance? Q5 : Combien de turbines possède l usine marémotrice? Où sont elles placées? Q6 : Quelle caractéristique présentent les turbines de l usine marémotrice de la Rance par rapport aux turbines des autres centrales? Q7 : Quelle est la production d électricité de l usine marémotrice de la Rance? 6
Q1 : L usine marémotrice de la Rance utilise l énergie des marées pour fabriquer de l électricité Q2 : La construction de l usine marémotrice de la Rance a commencé en juillet 1963 (auparavant, il a fallu assécher le site) Q3 : L usine marémotrice de la Rance fut inaugurée en 1966 par le Général De Gaulle. Q4 : Le site de la Rance a été choisi pour 2 raisons. La hauteur des marées est de 13,50 mètres aux équinoxes (il faut au minimum 5 m de hauteur pour que l usine marémotrice fonctionne) et son grand réservoir d eau (le bassin) qui permet de faire fonctionner pendant un temps assez long les turbines. Q5 : L usine marémotrice possède 24 turbines (appelées groupes bulbes) d une puissance chacune de 10 000 kw. Ces turbines sont placées sous l usine. Q6 : Les pâles des turbines sont orientables ce qui permet un fonctionnement dans les 2 sens : à marée montante et à marée descendante. Q7 : L'usine produit 600 millions de kwh par an, soit 3,5% de l'énergie électrique consommée dans les 4 départements bretons, ce qui correspond à l'énergie consommée par la ville de Rennes et de son agglomération. LES INDISPENSABLES DU CHAPITRE 04 1- Connaître les différents types de centrales électriques qui existent 2- Connaître les points communs entre les différentes centrales électriques 3- Connaître la composition et le principe de fonctionnement d'un alternateur 4- Connaître les conversions d'énergie dans un alternateur 5- Connaître la définition d'une énergie renouvelable et savoir reconnaître les énergie renouvelable. 7