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Grand oral du bac : L'ENERGIE - Sciences et Techniques

Sciences et techniques

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Publié le : 1/2/2019 -Format: Document en format HTML protégé

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Grand oral du bac : L'ENERGIE - Sciences et Techniques
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petites unités de production à usage local et circonstancié, en complément des approvisionnements par le réseau.

 

Le vent et le soleil

La recherche s’est donc engagée, notamment depuis la crise pétrolière des années 1970, dans le domaine des sources d’énergie renouvelables. À ce jour, certaines ont déjà été appliquées. Ainsi, l’énergie éolienne, employée depuis des centaines d’années par les bateaux à voiles et les moulins à vent, a été mise à profit pour faire tourner des turbines modernes. La Californie possède à elle seule quinze mille appareils de ce type. Aux États-Unis, certains scientifiques ont même calculé que le pays pouvait produire, grâce à ce procédé, la totalité de ses besoins en électricité.

 

Chinois et Grecs, en 200 av. J.-C., avaient mis au point des techniques permettant de focaliser les rayonnements du soleil avec des miroirs concaves. Cette technique est encore utilisée actuellement notamment dans les fours solaires. Dans un four solaire moderne, les rayons sont focalisés pour faire cuire les aliments: un réflecteur concave les concentre sur un récipient. Certains fours solaires utilisent un ensemble de miroirs plats qui font converger les rayons vers le foyer. On emploie un principe semblable pour les fours solaires de grande taille. Celui d’Odeillo dans les Pyrénées est constitué d’un bâtiment à plusieurs étages, dont un côté est recouvert de réflecteurs qui forment un immense miroir concave. Au point focal (point de convergence des rayons), face au miroir, a été installé un four qui peut atteindre 3800°C, température suffisante pour faire fondre la plupart des métaux.

 

Les éoliennes

 

Un rotor de 50 m de diamètre est nécessaire pour produire 1 million de watts d’énergie. Il faudrait donc mille éoliennes pour égaler la production d’une centrale électrique classique. Dans certains pays, des «fermes éoliennes» - vastes superficies



amélioration du rendement industriel par le recyclage des métaux et autres déchets; également changement des horaires d’hiver et d’été ; des mesures qui nous prépareraient à un futur où l’énergie pourrait être plus rare et plus coûteuse, mais ce serait le prix à payer pour la protection de notre environnement.

Les panneaux solaires

 

Les maisons à chauffage solaire possèdent de grandes fenêtres orientées vers le sud, et de plus petites sur le côté opposé, moins ensoleillé. Dans certaines habitations, des volets en matériaux isolants se ferment la nuit, ce qui permet de conserver la chaleur accumulée durant la journée: c’est l’« architecture solaire passive ». Une utilisation domestique de l’énergie solaire est le chauffage » de l’eau. L’eau se réchauffe en transitant par des collecteurs plats, qui fonctionnent comme des radiateurs inversés: ils absorbent le rayonnement pour chauffer l’eau. Ces panneaux sont en géné-ral disposés sur le toit de la maison et orientés de manière à capter le plus possible de rayonne- ments directs. Les panneaux sont équipés d’ins-truments électroniques qui utilisent l’effet photo-voltaïque pour convertir la lumière en électricité.

 

La lumière est composée de petites particules, les photons. Schématiquement, on peut dire que les chocs de ces photons arrachent les électrons aux atomes de silicium (composant les cellules), ce qui produit un courant électrique. Comme chaque cellule photovoltaïque, ou photopile, ne produit qu’une faible puissance, il faut les installer en batteries pour obtenir un volume utile d’électricité. Les photopiles sont formées de fines couches d’un élément semi-conducteur (du silicium généralement). Certaines cellules solaires utilisent un autre semi-conducteur, l’ar-séniure de gallium. Moins efficaces que les cellules au silicium, elles fonctionnent à des températures bien plus élevées (c’est la raison pour laquelle on les emploie pour les satellites soumis

 

à de forts rayonnements solaires dans l’espace). Elles sont également utilisées dans la fabrication des calculatrices et des montres électroniques.

 

À Montpellier comme à Paris, des panneaux de signalisation et des horloges sont alimentés par des panneaux solaires. Dans certaines régions, de grandes batteries solaires fournissent toute l’électricité dont a besoin une habitation. L’énergie emmagasinée permet de disposer aussi d’électricité la nuit.

 

Les cellules solaires sont très fiables. Une fois installées, elles ne nécessitent quasiment aucun entretien et peuvent fonctionner des années durant sans surveillance. En Grande-Bretagne, certains phares équipés de cellules solaires fonc

 

La bicyclette solaire : une application innovante d’une source d’énergie propre.

Au siècle prochain, des satellites centrales solaires (SPS) placés en orbite autour de la Terre pourraient nous fournir de l’énergie. Des cellules solaires convertiraient la lumière du Soleil en électricité. Cette énergie serait envoyée sur Terre sous forme de faisceaux de micro-ondes.

tionnent sans présence humaine. Des stations météorologiques inhabitées sont également alimentées par des batteries de photopiles. Il faut savoir que la puissance électrique obtenue ne dépend pas de la chaleur, mais de la lumière reçue. Ainsi, une balise d’atterrissage de 360 kW peut fonctionner à l’énergie solaire dans les étendues glaciales de l’Alaska.

 

Les batteries de cellules photovoltaïques sont utilisées pour produire l’électricité des satellites de télécommunication depuis les années 1960. C’est ainsi que la station orbitale Freedom dont le lancement est prévu à la fin du millénaire, bénéficiera d’une technologie de pointe en matière de cellules solaires. Freedom utilisera ses huit structures photovoltaïques en forme d’ailes pour convertir la lumière du soleil en 75 kW

Un module solaire formé de cellules photovoltaïques au silicium. Elles sont reliées en série pour augmenter le voltage quand le Soleil les atteint.

 

Un module de ce type fournit un maximum de 2 ampères sous 17 volts, ce qui représente une puissance de 34 watts.




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