Physique & Chimie au lycée

Cours de physique-chimie pour les classes de 1ère et Terminale

Sommaire
SP-1 ES-1
SP-T ES-T
3e SNT
Divers Annales

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.

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 :

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.

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 ?

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 %.

Schéma de fonctionnement d’une pile à hydrogène de l’ENE-FARM

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 %.

Schéma de fonctionnement de l’ENE-FARM

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.