Enseignement Scientifique - Physique-Chimie - Terminale Thème 2 : Le futur des énergies Chapitre 6 – Les atouts de l’électricité

« Enseignement Scientifique - Physique-Chimie - Terminale Thème 2 : Le futur des énergies Chapitre 6 – Les atouts de l’électricité Introduction L’énergie électrique présente de nombreux avantages, parmi lesquels une distribution aisée et sûre.

Ses atouts en font la forme d’énergie la plus utilisée. Toutefois, l’impact de son obtention sur l’environnement et l’impossibilité de la stocker présentent deux défis : développer des moyens de production dits « sans combustion », et trouver des dispositifs de stockage pour pallier l’intermittence de certaines sources (vent, Soleil). → Comment produire de l’énergie électrique sans combustion ? → Quels sont les risques spécifiques et l’impact environnemental de ces modes de production d’énergie électrique ? → Comment stocker l’énergie électrique ? I – Formes et conversion d’énergie 1) Formes d’énergie L’énergie est disponible sous différentes formes : thermique, chimique, radiative, nucléaire, cinétique, potentielle, électrique, etc … Un convertisseur d’énergie permet de convertir une forme d’énergie en une autre forme d’énergie. 2) Chaînes de conversions énergétiques Les conversions d’énergie peuvent être représentées par des diagrammes de conversion énergétique : - les réservoirs d’énergie sont représentés par un rectangle ; - les convertisseurs d’énergie sont représentés par un ovale ; - les formes d’énergie à l’entrée et à la sortie des convertisseurs sont représentées par des flèches. Lorsque plusieurs conversions d’énergie sont représentées les unes à la suite des autres, on parle de chaîne de conversions énergétiques. -1- 3) Rendement a) Rendement d’un convertisseur d’énergie Pour évaluer l’efficacité d’une conversion d’énergie, on définit une grandeur sans dimension appelée rendement du convertisseur. Le rendement est égal au rapport de l’énergie utile délivrée par le convertisseur sur l’énergie qu’il a reçue à l’entrée : P Le rendement peut également s’écrire : η  u Pr où Pu est la puissance utile à la sortie du convertisseur et Pr la puissance reçue à l’entrée. Le rendement est compris entre 0 et 1, ou 0 et 100 %. b) Rendement global d’un système de conversion d’énergie Le rendement global d’un système de conversions d’énergie est égal au produit des rendements de chaque convertisseur : ηglobal = η1 x η2 x η3 x η4 x … II – Production d’énergie électrique sans combustion Les dispositifs permettant d’obtenir de l’énergie électrique les plus répandus sur Terre sont mis en œuvre dans les centrales thermiques à flamme et sont basés sur la combustion de ressources fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel).

Ces procédés ont de forts impacts environnementaux : épuisement des ressources fossiles, émissions de gaz à effet de serre, pollutions environnementales. Ainsi, le développement de dispositifs d’obtention d’énergie électrique sans combustion connaît un essor très significatif à travers le monde.

Ils exploitent trois modes de production d’énergie électrique différents : - à partir d’énergie mécanique ; - à partir d’énergie radiative reçue du Soleil (panneaux photovoltaïques) ; - à partir d’énergie chimique (piles, piles à hydrogène). 1) A partir d’énergie mécanique A l’exception des centrales photovoltaïques, le principe des centrales électriques sans combustion repose sur la conversion d’énergie mécanique en énergie électrique.

La mise en mouvement d’une turbine par un fluide entraîne un alternateur qui produit de l’électricité. a) Par conversion directe Dans les centrales hydroélectriques (barrages), les éoliennes et les hydroliennes, les pales de la turbine qui mettent en mouvement le rotor de l’alternateur sont directement entraînées par l’eau ou le vent. L’obtention d’énergie électrique est ainsi due à une conversion directe d’énergie mécanique. -2- EAU ALTERNATEUR OU VENT Energie thermique MILIEU EXTERIEUR b) Par conversion indirecte à partir d’énergie thermique Dans les centrales nucléaires, géothermiques ou solaires thermiques, de l’eau est chauffée et vaporisée à partir d’une source de chaleur (réactions nucléaires, roches chaudes souterraines, fluide caloporteur chauffé par le rayonnement solaire).

C’est ensuite la vapeur d’eau qui fait tourner la turbine qui elle-même entraîne l’alternateur et conduit à la production d’électricité. L’obtention d’énergie électrique est ainsi due à une conversion indirecte d’énergie mécanique à partir d’énergie thermique. Uranium + réaction nucléaire ou Eau chaude de la Terre ALTERNATEUR ou Soleil + fluide caloporteur Energie thermique MILIEU.... »