2.4 Choix énergétiques et impacts sur les sociétés
Ce chapitre n’apporte pas de nouvelles connaissances. Vous devez être capable d’analyser des documents et de mobiliser vos connaissances pour en faire une synthèse.
- Analyser d’un point de vue global les impacts de choix énergétiques majeurs : exemple du nucléaire.
- Dans une étude de cas, analyser des choix énergétiques locaux selon les critères et les paramètres mentionnés.
Pour que soit mise en œuvre une adaptation efficace aux changements inéluctables et qu’en soit atténué l’impact négatif, les choix énergétiques supposent une compréhension globale du système Terre.
Ces choix doivent tenir compte de nombreux critères et paramètres :
- Disponibilité des ressources et adéquation aux besoins
- Impacts (climatique, écologique, sanitaire, agricole)
- Vulnérabilités et gestion des risques
- Faisabilité
- Conséquences économiques et sociales.
L’analyse de ces éléments de décision conduit le plus souvent à une recherche de diversification ou d’évolution des ressources (mix énergétique).
Les durées longues, liées à l’inertie de certains systèmes (infrastructures énergétiques, transports, production industrielle), sont à confronter à l’urgence de l’action.
La transition écologique des sociétés repose sur la créativité scientifique et technologique, comme sur l’invention de nouveaux comportements individuels et collectifs (consommations, déplacements, relations Nord-Sud).
Le nucléaire
En faisant des recherches sur Internet, répondez aux questions suivantes.
1. Quelle est la particularité du nucléaire en France ? Expliquer pour quelle(s) raison(s) la France s’est tournée vers le nucléaire. Préciser les autres choix possibles et proposer une explication au fait qu’ils n’ont pas été retenus.
2. Citer les avantages et les inconvénients d’une production de l’électricité à partir de l’énergie nucléaire. Répondre sous la forme d’un tableau récapitulatif.
Correction
1. La part du nucléaire dans la production d’électricité en France est largement majoritaire (plus de 70 % en 2016). C’est le seul pays au monde dans cette situation. Ce choix est dû à une volonté de réduire la dépendance énergétique de la France aux importations de pétrole, et à un savoir-faire dans le domaine du nucléaire qui a commencé à être développé très tôt (1945).
Les autres choix possibles étaient se tourner vers les énergie renouvelables, mais celles-ci n’assurent pas une production continue d’électricité, et ne peuvent pas subvenir à l’ensemble des besoins énergétiques.
2. Avantages & inconvénients de la production d’électricité par le nucléaire.
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
|
Pas de production de GES Disponibilité permanente Coût de fonctionnement raisonnable (hors coût de démantèlement des centrales et retraitement des déchets) Grande quantité disponible Durée de vie installation |
Déchets nucléaires (radioactifs très longtemps, non destructibles, non recyclables, très toxiques) Risques (accidents / catasrtophe naturelles / attentats) Coût de construction et de démantèlement |
Centrale nucléaire au thorium
Visionnez la vidéo ci-dessous et répondre aux questions.
1. Citez les avantages de l’utilisation du thorium par rapport à l’uranium pour son utilisation comme source d’énergie
2. Pourquoi ce type de centrale n’a pas été développée ?
3. Comment expliqueriez-vous que cette information ne soit pas connue du grand public ?
Correction
Révision & entraînement
Stockage du surplus d'énergie
Cet exercice a été donné en devoir en 2020/2021. D’après un exercice du Livre scolaire.
Le développement des énergies renouvelables (EnR), incontournable à moyen terme, est encore freiné par des problèmes intrinsèques comme une production localisée et irrégulière dans le temps. L’acheminement de l’énergie doit se faire sur les zones de consommation et nécessite des dispositifs de stockage pour pallier la production intermittente.
Donnée : 1,25 L de pétrole possède une masse de 1,0 kg et sa combustion libère une énergie de 40 MJ soit 11 kW⋅h.
Besoins énergétiques
Aujourd’hui, chaque habitant en France consomme en moyenne une puissance de 5,1 kW en permanence. Le choix d’exploiter les ressources renouvelables d’énergie pour répondre à ces besoins implique de pouvoir calculer les apports de chacune de ces sources.
Pour cela, on détermine le flux d’énergie annuel moyen par unité de surface pour chaque source d’énergie : le solaire 25 W·m-2, l’éolien 2 à 3 W·m-2, la biomasse 0,5 W·m-2, la géothermie 0,06 W·m-2 et l’hydroélectrique 0,02 W·m-2.
En tenant compte de la variation de l’ensoleillement moyen suivant les saisons, on peut évaluer qu’il faudrait stocker pendant l’été 20 % de l’énergie totale pour pouvoir passer l’hiver.
La plateforme MYRTE : l’énergie solaire à la demande
La plateforme MYRTE (Mission hydrogène renouvelable pour l’intégration au réseau électrique) est un projet expérimental de stockage de dihydrogène installé depuis 2012 en Corse. Il s’agit de la plus importante installation au monde de gestion d’énergie via le dihydrogène couplé à un champ photovoltaïque. Elle est constituée de 3 700 m2 de panneaux solaires. Elle envoie sur le réseau électrique l’énergie demandée, mais si cette énergie est inférieure à l’énergie produite, cette plateforme peut stocker l’énergie produite via un électrolyseur qui transforme l’eau en dihydrogène et dioxygène. Elle est ensuite utilisée au sein d’une pile à combustible de 100 kW pour restituer de l’énergie électrique. Lors de pics de consommation, ce système fournit ainsi cette énergie stockée et peut également lisser la production de la centrale photovoltaïque. Le rendement global du système de stockage est de l’ordre de 40 %.
L’ENE-FARM au Japon, pile à combustible résidentielle
Les piles à hydrogène résidentielles sont une réalité au Japon depuis 2009. En effet, l’ENE-FARM est un système de cogénération de piles à combustible résidentielles. Cette installation transforme le méthane qui lui est fournie en dihydrogène. Elle capable de fournir de l’électricité et de la chaleur à partir de réactions chimiques décrites ci-dessous avec un rendement global de 94 %.
L’avantage de la pile à combustible résidentielle est qu’elle permet d’exploiter la chaleur produite par les réactions chimiques qui s’y déroulent, ce qui permet d’obtenir un rendement proche de 100 %.
Questions
1.a. En supposant que l’on utilise l’énergie solaire comme seule source pour satisfaire les besoins énergétiques de la France, calculer la surface de panneaux photovoltaïques nécessaire aux besoins d’un Français en se basant sur les valeurs moyennes annuelles.
1.b. Calculer la valeur de l’énergie solaire qu’un Français devrait stocker pendant l’été pour couvrir ses besoins en hiver.
1.c. En déduire le volume de pétrole qui contiendrait cette énergie stockée pendant l’hiver.
En supposant que la production des panneaux photovoltaïques de la plateforme MYRTE est de 700 MW⋅h sur un an, et qu’un tiers de cette production électrique passe par la chaîne de stockage à dihydrogène, calculer, sur un an :
2.a. l’énergie électrique délivrée au réseau par les panneaux photovoltaïques ;
2.b. l’énergie électrique fournie au réseau par les piles à combustible ;
2.c. l’énergie électrique totale fournie au réseau par la plateforme.
3. Quels sont les avantages d’une installation de type ENE-FARM par rapport à une installation classique électricité du réseau de distribution + alimentation en gaz pour la production de chaleur ?
Vous répondrez à cette question en expliquant l’affirmation « permet d’obtenir un rendement proche de 100 % » mais aussi en présentant au moins deux autres arguments non cités dans le document.
Correction
1.a. Un français nécessite 5,1 kW. Le solaire produit 25 W·m-2.
Il faut donc une surface de 5100÷25 = 204 m2.
1.b. Énergie totale annuelle : 5100×365×24×3600 = 161 GJ (ou 44,7 MW·h) Il faut stocker pendant l’été 20 % de cette énergie, soit 32,2 GJ (ou 8,94 MW·h).
1.c. 1,25 L de pétrole produit 40 MJ. Quel volume pour 32,2 GJ ? Il s’agit d’une simple proportionnalité : $*V*$ = (32,2·109×1,25)÷(40·106) = 1005 L soit environ 1000 L.
2.a. Il s’agit des deux tiers restant, qui sont directement envoyés sur le réseau, sans être stocké (467 MW·h ou 1,68 TJ)
2.b. 233 MW·h ont été stockés avec un rendement de 40 %, donc les piles à combustible ont restitué 93 MW·h (ou 335 GJ).
2.c. Le total est donc de 467 + 93 = 560 MW·h
3. La chaleur produite par la pile et le dispositif de traitement est utilisée pour chauffer de l’eau et/ou la maison. C’est donc une énergie utile qui est comptée dans le rendement du dispositif. Ce très bon rendement permet donc de consommer moins d’énergie.
L’installation permet également d’être autonome par rapport au réseau électrique et d’éviter les pertes d’énergie lors du transport de l’électricité. Ça permet aussi de lisser la consommation de la maison lors des pics ou des creux de consommation, la part d’électricité consommée provenant du réseau électrique pouvant varier.