Thème :
Défi énergétique
/ Sous-thème :Optimisation de la gestion et l’utilisation de l’énergie.
Séance 13 : GESTION ET UTILISATION DE L’ENERGIE
Compétences exigibles :
Rechercher et exploiter des informations pour comprendre : - La nécessité de stocker et de transporter l’énergie.
- L’utilisation de l’électricité comme mode de transfert de l’énergie ; - La problématique de la gestion des déchets radioactifs.
Analyser une courbe de décroissance radioactive.
Faire preuve d’esprit critique : discuter des avantages et des inconvénients de l’exploitation d’une ressource énergétique, y compris en terme
d’empreinte environnementale.
I – STOCKAGE ET TRANSPORT DE L’ENERGIE.
Document 1 :
Document 2 :
Document 3 :
A l’aide des documents proposés, répondez aux questions suivantes :
1- Quels sont les
modes de transport utilisés pour les
combustibles cités ? Transport du pétrole par pétroliers (supertankers) et oléoduc (pipeline).
Transport du
gaz par
gazoduc, le gaz naturel liquéfié peut être transporté par bateaux méthaniers.
B Vray Lycée C Fauriel Académie de Lyon
Le tra ns po rt de s co mb ust ibl es
La consommation mondiale de pétrole est estimée à 30 milliards de barils par an, soit une masse de pétrole de quelque 3,8 1012 kg. Cette masse correspond à la capacité de quelques 15 000 supertankers d'une capacité moyenne actuelle de 250 000 tonnes. Les 8000 supertankers qui sillonnent les mers pour
l’approvisionnement du monde en pétrole effectuent donc approximativement entre 4 et 5 allers- retours par an. Les gazoducs qui assurent le transport du gaz sont aussi du domaine de la démesure.
La longueur totale des gazoducs dans le monde est estimé à plus de 1 million de km soit 25 fois la circonférence terrestre. Leur
vulnérabilité aux actes de sabotage dans les zones de conflits ainsi que les trop grandes distances entre les gisements et les zones de consommation ont conduit à développer un mode de transport sous forme liquide.
C'est ainsi que le gaz naturel liquéfié (GNL) moins volumineux qu'à l'état gazeux est transporté à -160°C et à la pression
atmosphérique par les navires méthaniers.
S'il n'y avait les pollutions extrêmement graves en cas d'accident, un avantage du
Le stockage de l’énergie
« On appelle énergies primaires, les énergies directement accessibles dans la nature : énergies fossiles, énergie nucléaire et énergies renouvelables, ces énergies constituant le « mix énergétique » Pour la plupart des
applications, il est nécessaire de la convertir afin de la rendre compatible avec l’usage envisagé, et pour que l’énergie puisse être aussi disponible à tout moment, il est indispensable de la stocker : « la mettre en conserve » pourrait-on dire.
Ce stockage peut se décliner sous diverses formes.
L’énergie peut être stockée sous forme mécanique (dans le cas d’une retenue d’eau d’un barrage),
électrochimique (piles et accumulateurs) par exemple.
La gestion de l’énergie est donc un art subtil qui associe production, transformation, transport et stockage. »
D’après « les clefs CEA n°50/51- Hiver 2004-2005 »
« Les énergies
renouvelables, dont la production est souvent intermittente, se
développent rapidement, mais le stockage de l'énergie semble avancer moins vite.
L’augmentation des capacités de production intermittente éolienne et solaire perturbe en effet la stabilité des réseaux électriques. Si ces sources d’énergie ne sont pas encore dominantes, dans certains pays, la capacité installée est supérieure à ce que peut supporter le réseau lorsque les conditions
météorologiques sont très favorables. Les moyens de production impliqués sont alors déconnectés du réseau, entraînant la perte de cette énergie verte. »
D’après « La Tribune.fr - 22/02/2011 »
2- De quel(s) paramètre(s) dépendent ces choix ?
Le mode de transport utilisé dépend de la ressource énergétique transportée mais aussi de la distance à parcourir.
3- Indiquez des avantages et inconvénients de ces modes de transport.
Avantage du transport par voie maritime : peu de pertes d’énergie. Inconvénient : pollution en cas d’accident.
Avantages pour pipeline ou gazoduc : un mode de transport massif, de bonne sécurité, approvisionnement sûr (insensible aux intempéries).
Inconvénients : vulnérabilité aux actes de sabotage notamment dans des zones de conflits.
4- Sous quelle(s) forme(s) d’énergie sont converties les énergies dites « primaires » ? Les énergies primaires sont converties en énergie thermique et énergie électrique.
5- Justifiez la nécessité de stocker l’énergie.
On doit stocker l’énergie pour pouvoir l’utiliser au moment souhaité et faire face à des pénuries temporaires.
Dans le cas des énergies renouvelables, la production étant intermittente, il faut aussi éviter au maximum les pertes.
6- Le stockage direct de l’énergie électrique est-il possible ? Quels procédés utilise-t-on ?
Le stockage direct de l’énergie électrique n’est pas possible, il faut donc la convertir en une énergie différente (mécanique dans les barrages, électrochimique dans les piles et accumulateurs).
7- Quelle est la méthode de transport de l’énergie électrique ? Pourquoi ?
Le transport de l’énergie électrique s’effectue avec des lignes à haute tension, ceci pour limiter les pertes d’énergie.
II – LE STOCKAGE DE L’ENERGIE ELECTRIQUE :
1. Station de transfert d’énergie par pompage (STEP) : livre p 171 doc 6 Exemple : La centrale hydroélectrique de Grand Maison dans l’Isère.
2. Pile à combustible :
A partir de l’animation « fonctionnement de la pile à combustible » sur le site http://www.cea.fr/jeunes , puis
« animations flash /A la loupe » et « livrets pédagogiques/l’hydrogène », répondre aux questions suivantes : - Quels sont les matières premières nécessaires au fonctionnement de la pile à combustible ?
H2 et O2
- D’où peuvent-elles être tirées ?
O2 de l’air et H2 de tout ce qui contient H : eau, biomasse, hydrocarbure - Qu’est-ce qui constitue une pile à combustible (PAC) ?
Anode, cathode, électrolyte
- Quand le principe a-t-il été découvert et par qui ?
Son principe n’est pas nouveau, puisqu’il fut découvert dès 1839 par William R. Grove. À l’époque, cet avocat anglais, chercheur amateur en électrochimie, constate qu’en recombinant de l’hydrogène et de l’oxygène, il est possible de créer simultanément de l’eau, de la chaleur et de l’électricité. La pile à
combustible est née. C’est Francis T. Bacon, ingénieur, qui réalisera, en 1953, le premier prototype industriel de puissance notable (de l’ordre du kW).
3. L’accumulateur électrochimique :
A partir de la vidéo sur le site http:// voiture-electrique.durable.com , répondre aux questions suivantes : - Quelle est la différence entre une pile et un accumulateur ?
Pile : non rechargeable, accumulateur : rechargeable
- L’accumulateur peut-il être utilisé ailleurs que dans une voiture ? Téléphone portable, ordinateur
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- L’accumulateur est-il un moyen physique ou chimique de stocker de l’électricité ? Chimique
III – LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DES ENERGIES.
1. L’effet de serre :
A partir du site suivant : http://clemspcreims.free.fr/1L-ES-2011.html, onglet «
Optimisation de la gestion et l’utilisation de l’énergie » puis « l’effet de serre » (4 animations),
répondre aux questions suivantes :- A quoi est du l’effet de serre ?
A la présence de certains gaz dans l’atmosphère. L’eau et le dioxyde de carbone principalement mais aussi le méthane, le protoxyde d’azote (N2O), l’ozone…
- Quels gaz accentuent l’effet de serre ?
La plupart des gaz rejetés par l’Homme : dioxyde de carbone issue de la combustion des matières fossiles ou de la déforestation principalement, le méthane (élevage intensif, rizières, exploitations pétrolières et gazières, décharges d’ordures…) les CFC (quasiment plus aujourd’hui) ; PFC, O3, N2O … (Rem : les rejets de vapeur d’eau sont négligeables devant la vapeur d’eau engendrée par l’ensemble des océans, cycle de l’eau naturel).
- Comment diminuer l’effet de serre ?
Toute action limitant les rejets de dioxyde de carbone et de méthane essentiellement
2. Les déchets radioactifs : livre p 172-173
a)
Courbe de décroissance radioactive :
La radioactivité n’a pas été inventée par l’homme. Elle fait partie de l’environnement naturel, aussi bien dans l’écorce terrestre que dans l’air, le corps humain, ou les aliments. Depuis sa découverte par Henri Becquerel, à la fin du XIXe siècle, ses propriétés sont utilisées dans de nombreuses applications industrielles, militaires, médicales, de
recherche…
Document 1 : Niveau d'activité et durée de vie La durée de vie
des radionucléides (durée pendant laquelle les noyaux instables émettent des rayonnements), est très variable, d'un noyau à l'autre.
Document 2 : la décroissance radioactive On dispose de deux échantillons :
un échantillon A : 100 mg d’atomes d’iode 131 et un échantillon B : 100m mg d’atome d’uranium 235.
Chacun de ces atomes est radioactif, on suit l’évolution de leur masse en fonction du temps :
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Graphique A : évolution de la masse d’iode 131 en fonction du temps.
Graphique B : évolution de la masse d’uranium 235 en fonction du temps.
Le niveau de radioactivité, appelé activité, se mesure en Becquerel (Bq). Il
correspond au nombre de noyaux radioactifs qui se désintègrent par seconde.
- Donner la masse d’iode 131 restant au bout de :
- 8 jours : 50 g - 16 jours : 25 g - 24 jours : 12,5 g
- Donner la date à laquelle il ne reste que :
-50 % de la masse d’uranium 235 initial : 4,5 milliards d’années -25 % de la masse d’uranium 235 initial : 9 milliards d’années
Document 1 : Quelques exemples d'activités
Le tableau suivant donne des exemples d'activités pour 1 gramme de matière (Iode 131, Césium 137, Plutonium 239 et Uranium 238).
Radioélément Symbole AZX Période Activité par gramme de
radioélément (Bq)
Iode 131 8 jours 4,6 millions de milliards de Bq
Césium 137 30 ans 3 200 milliards de Bq
Plutonium 239 24 000 ans 23 milliards de Bq
Uranium 238 4,5 milliards d'années 12 300 Bq
b) La gestion des déchets radioactifs.
(Vidéo : c’est pas sorcier : min 9 à 11)
A partir du site http://clemspcreims.free.fr/1L-ES-2011.html (dossier thématique sur le site du CEA et vidéo EDF) répondre aux questions suivantes:
1. En fonction de quels critères sont classés les déchets radioactifs ?
En fonction de leur niveau de radioactivité et leur durée de vie (période ou temps de demi-vie radioactive) 2. Quelles sont les quatre catégories de déchets ?
o Déchets très faiblement radioactif (TFA),
o Déchets faiblement ou moyennement radioactif à durée de vie courte (FA et MA),
o Déchets faiblement radioactifs à durée de vie longue (période supérieure à 30 ans) ( ), o Déchets moyennement et hautement radioactifs à durée de vie longue (HAVL).
Site www.planete-energies.com, intéressant.
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On appelle demi-vie radioactive (ou période) la durée au bout de laquelle une matière radioactive perd naturellement la moitié de sa radioactivité.
