Partie II : Production et consommation de l’électricité Chapitre 9 – Production d’électricité dans une centrale électrique

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Partie II : Production et consommation de l’électricité

Chapitre 9 – Production d’électricité dans une centrale électrique

En chimie cette année, vous avez vu ce qu’était l’électricité. Ici on va voir comment elle est produite et sous quelle forme elle est envoyée dans nos maisons.

CONNAISSANCES CAPACITES

DES POSSIBILITES DE PRUDUCTION DE L’ELECTRICITE : Quel est le point commun des différentes centrales électriques ? L’alternateur est la partie commune à toutes les centrales

électriques.

L’énergie mécanique reçue par l’alternateur est convertie en énergie électrique.

Réaliser un montage permettant d’allumer une lampe ou de faire tourner un moteur à l’aide d’un alternateur.

Organiser l’information utile afin de traduire les conversions énergétiques dans un diagramme incluant les énergies perdues pour l’utilisateur.

E1

E2 Sources d’énergies renouvelables ou non. Extraire d’un document les informations relatives aux

sources d’énergie.

E3 L’ALTERNATEUR : Comment produire une tension variable dans le temps ?

Un alternateur produit une tension variable dans le temps.

Une tension, variable dans le temps, peut être obtenue par déplacement d’un aimant au voisinage d’une bobine.

Pratiquer une démarche expérimentale pour illustrer l’influence du mouvement relatif d’un aimant et d’une bobine pour produire une tension.

E4 E5

1. Comment peut-on produire de l’électricité ?

Voir vos présentations sur les différents types de centrales électriques et le tableau en fin de ce document.

L’alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques.

2. Fonctionnement d’un alternateur 2.1 Constitution d’un alternateur

2.2 Déplacement d’un aimant au voisinage d’une bobine

Que se passe-t-il lorsque l’aimant est immobile ? Que vaut la tension aux bornes de la bobine ? La lampe ne brille pas et la tension aux bornes de la bobine est nulle.

Que se passe-t-il lorsqu’on déplace l’aimant proche de la bobine ? Lorsqu’on déplace l’aimant, la lampe s’allume par moment et une tension apparaît aux bornes de la bobine.

Cette tension est-elle toujours la même au cours du temps ? Cette tension varie au cours du temps.

Remarque : Une tension négative signifie que le courant circule dans le sens inverse du branchement du voltmètre.

Conclusion : On obtient une tension électrique en déplaçant un aimant au voisinage d’une bobine. Cette tension n’est pas continue, mais variable au cours du temps. (Elle change.)

2.3 Déplacement de l’aimant dans l’alternateur

Comment un alternateur produit-t-il constamment une tension électrique ? Que peut-on dire de cette tension ? Un alternateur produit une tension variable dans le temps grâce à la rotation de l’aimant près de la bobine.

Aimant Galet (disque de roulement)

Enroulement de fil de cuivre

Un alternateur est constitué d’un aimant (rotor) qui tourne à l’intérieur (ou proche) d’une bobine de cuivre (stator).

Définition : On appelle bobine un enroulement de fil de cuivre (ou de tout autre conducteur électrique).

Remarque : Dans un alternateur de centrale électrique, le galet est remplacé par une turbine.

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2.4 Alimentation d’une lampe avec un alternateur

Pour alimenter un dipôle, l’alternateur doit être branché comme un générateur dont les deux bornes sont les deux bornes de la bobine.

3. Bilans énergétiques

3.1 Bilan de l’alternateur

Alors sous quelle forme l’énergie arrive-t-elle à l’alternateur ? Rotation = énergie mécanique. Et sous quelle forme repart-elle ? On veut de l’électricité, donc électrique.

L’énergie mécanique (de rotation de l’aimant) reçue par l’alternateur est convertie en énergie électrique (tension variable).

3.2 Bilan des centrales électriques a) Centrale éolienne

b) Centrale hydroélectrique

c) Centrale thermique

d) Centrale nucléaire Choix du nucléaire en France en 1974 (1^er choc pétrolier 1973, facture énergétique mult. par 5.) Pertes

d’énergie

Energie électrique Energie

mécanique

turbine alternateur Réseau

électrique Energie

Thermique (chaleur) Frottements, pertes

magnétiques… C’est de l’énergie qu’on ne peut pas récupérer…

Pertes d’énergie

mécanique

Energie

Thermique (chaleur)

électrique vent

Energie mécanique

Choix Allemagne

Pertes d’énergie

mécanique

Energie

Thermique (chaleur) Energie

mécanique

électrique Courant

d’eau

Pertes d’énergie

mécanique

Energie

mécanique

électrique Chaudière

Combustion de fossile

Energie thermique

Pertes d’énergie

Energie

Thermique (chaleur)

Pertes d’énergie

mécanique

Energie

mécanique Energie

thermique

électrique Chaudière

Réacteur nucléaire

Energie nucléaire

Pertes d’énergie

Energie

Thermique (chaleur)

Tours de refroidissement : vapeur d’eau qui s’échappe.

La lampe brille mais pas constamment car la tension est variable.

Alternateur

∼

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Questions Hydroélectrique Eolienne Charbon, pétrole

marémotrice Terre

(géothermie)

Gaz Naturel nucléaire Biomasse Eléments des

centrales

Turbine, alternateur

Hélice, Alternateur

Chaudière, Turbine à vapeur d’eau,

Alternateur

Turbine, alternateur

PAC, (chaudière : chaleur de la Terre) Turbine, Alternateur

Alternateur

Réacteur nucléaire, Turbine à vapeur d’eau,

Alternateur

Alternateur Source d’énergie

primaire

(renouvelable ou non, à justifier)

Energie mécanique (courant de l’eau).

Renouvelable grâce aux cycles de l’eau

Energie mécanique (vents).

Renouvelable car ne s’épuise pas

Energie chimique.

Fossile. Non renouvelable (a mis des millions d’année à se former).

Energie mécanique (marées,

courants marins)

Energie thermique puisée dans le sol.

Renouvelable.

Car existe avec la terre.

Non

renouvelable.

(a mis plusieurs million d’années à être enfoui).

Energie nucléaire.

Non

renouvelable.

(Quantité d’Uranium radioactif limitée.)

Renouvelable à l’échelle humaine.

Conversions d’énergie

Mécanique → électrique

Chimique

→thermique (→

mécanique

→électrique)

Mécanique → électrique

Thermique → mécanique → électrique

Chimique → thermique (→

mécanique → électrique)

Nucléaire ->

thermique → mécanique → électrique

Chimique → thermique (→

mécanique → électrique) Emet-elle des gaz

à effet de serre ?

non non Oui (beaucoup) Non non Oui (beaucoup) non Oui (très peu)

Comment se forment-elles ?

Cf. cycles de l’eau

atmosphère Végétaux fossilisés

Marées (lune), etc.

Chaleur interne de la terre

Gaz

emprisonnés lors des fossilisations

Existant depuis la formation de la terre

Matière organique végétale Avantages Renouvelable.

Peu d’émission de CO₂

Renouvelable.

Facile à exploiter Renouvelable.

Renouvelable.

Gros stocks en Russie et au Canada, facile à exploiter.

Renouvelable.

Inconvénients Il en faut beaucoup.

Esthétique.

Il en faut beaucoup.

Esthétique.

Bruit.

Intermittence.

Radiations em

Non

renouvelable.

Emissions de CO2 importantes

Cher à installer et complexe, modifie

l’environnement

Pas partout.

Mise en place difficile et chère.

Non

renouvelable.

Emissions de CO2 importantes

Non

renouvelable.

Déchets dangereux et compliqués à stocker et à recycler.

Energie

renouvelable qui émet le plus de CO2.

Peu développée.

Spécificité de certains pays

Québec Espagne Chine. Etats-

Unis. OPEP

Islande, Japon Russie, Canada France