1°ES/L_Thème 3_LE DEFI ENERGETIQUE chapitre 1_Energie : besoins et ressources

M.Meyniel 1/8

ENERGIE : BESOINS ET RESSOURCES

L’énergie est devenue un enjeu majeur de notre société puisque nous sommes continuellement en train

d’en consommer qu’elle que soit notre activité.

Quels sont les besoins liés aux activités humaines ?

Quelles sont les ressources énergétiques dont dispose l’Homme ?

Nous allons tenter de répondre à ces questions au travers de ces chapitres en essayant de quantifier dans un

premier temps la demande mondiale en énergie. Puis, dans un second temps, nous tenterons de répertorier les diverses

ressources dont nous disposons pour répondre à cette demande.

I. Activités humaines et besoins en énergie.

1. Problématique : la demande énergétique mondiale

Comment évolue la population mondiale ? Qu’en est-il de la consommation énergétique individuelle ? et mondiale ?

Compléter le schéma ci-contre montrant quelques exemples de conversions d’énergie.

2. Puissance et énergie.

La consommation énergétique dépend de la puissance P utilisée et du temps d’utilisation

∆T. Cette puissance P est directement reliée à l’énergie consommée E.

Déterminer la relation mathématique liant l’énergie consommée E à la puissance P utilisée pendant une durée ∆T.

On réfléchira aux variations de l’énergie consommée par rapport à celles de puissance et du temps de consommation.

Préciser les unités de chaque grandeur.

Document 1 : L’énergie dans tous ses états

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Au quotidien, la puissance s’exprime usuellement en kilowatt (kW) et la durée de consommation en heure (h).

L’énergie a pour unité alors le …………………………………………………..

Petit calcul : Convertir ces unités de l’énergie : un joule (J) en kilowattheure (kWh)

Ex :

Principaux domaines Industrie et agriculture Transports Usages domestiques

Secteur tertiaire

Energie consommée en

France par année

812.1012

kWh

70.106 tep = 70 Mtep

986.1012

kWh

85.106 tep = 85 Mtep

1 392.1012

kWh

120.106 tep = 120 Mtep

La tep, tonne équivalent pétrole, est une autre unité utilisée pour l’énergie très utilisée puisque le pétrole représente la

ressource énergétique centrale de notre société. Elle correspond à l’énergie libérée par la combustion d’une tonne de pétrole, soit :

1 tep = 11,6.106 kWh

Applications :

M. Dupont opte pour un prélèvement mensuel

étalé sur 10 mois pour sa maison secondaire.

1- Quel sera son montant mensuel, arrondi

à l’euro près, qui sera prélevé sur le

compte bancaire du client ?

2- Quelle énergie électrique en kWh a-t-il

consommé en un an ? Cette

consommation d’énergie est-elle stable

au fil des années ?

3- En considérant le montant total de la

facture et la consommation totale

déterminée précédemment, calculer le

prix moyen global du kWh.

4- Sur la facture est indiquée la part en %

des différentes sources d’énergies qui

composent l’électricité EDF.

Est-ce cohérent avec l’affirmation

souvent entendue dans les médias : «

les trois quarts de l’énergie électrique

consommée en France sont d’origine

nucléaire » ?

5- Quel sont le prix moyen du kWh hors

taxes en heures creuses (de 14 h à 17 h

et de 2 h à 7 h) et la consommation

correspondante ?

Mêmes questions en « Heures Pleines ».

Le client utilise-t-il judicieusement le système HC-HP ?

6- Un téléviseur plasma allumé a une puissance P = 300 W.

Calculer la consommation électrique annuelle en kWh de ce téléviseur s’il reste allumé en moyenne 4 h par jour. En

déduire le coût annuel HT de la consommation électrique de ce téléviseur fonctionnant en heures pleines.

Document 2 : Facture d’électricité

6,26

142,12

148,38

148,38

26/01/11

26/01/11

Jan.07 Jan.08 Jan.09 Jan.10 Jan.11

1157 1203 960 1101 1163

Origine 2005 de l’électricité : 85,8% nucléaire, 4,7%

renouvelables (dont 4,2% hydraulique), 4,1% charbon,

3,2% gaz, 1,8% fioul, 0,4% autres. Indicateurs d’impact

environnemental sur www.edf.com

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7- Calculer l’énergie consommée par le TGV pour un voyage Paris-Dijon

de 1h40.

Exprimer, dans la même unité, l’énergie finale moyenne consommée

par un Indien en un an et comparer.

8- Quel est le coût énergétique en kWh d’une année d’utilisation d’un

lave-linge en partant de l’hypothèse de quatre machines de capacité

de 5 kg par semaine pour une machine de classe A consommant 0,18

kWh/kg de linge ?

Pour un lave-linge de catégorie C consommant 0,27 kWh/kg de linge,

le coût s’élève à 281 kWh. Conclure.

Documents 3 : Estimer les consommations d’énergie

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II. Ressources énergétiques.

La consommation énergétique est inégalement répartie dans le monde : un américain consomme,

en moyenne, deux fois plus qu’un européen, huit fois plus qu’un chinois et quatorze (!) fois plus qu’un africain.

Elle devrait croître, d’après les prévisions de 1,5 %, d’ici 2030 notamment en raison de l’émergence

des pays d’Asie et du Moyen-Orient.

Quels types d’énergies finales sont fournis par une voiture qui roule la nuit en hiver ? Justifier.

Les ressources énergétiques reposent pour la plus grande part sur les ………………………………

bien que l’épuisement de leurs réserves soit inéluctable.

L’Homme se retrouve dans l’obligation de rechercher activement des ressources alternatives en

développant les …………………………………… .

1. Durées caractéristiques.

On distingue les énergies selon la durée de formation et la durée estimée d’exploitation des réserves :

Document 4 : Différentes formes d’énergie utilisée par l’Homme

L’énergie primaire est l’ensemble des produits énergétiques non transformés, exploités directement ou importés.

L’énergie finale est l’énergie effectivement fournie, après transformation, à l’utilisateur pour satisfaire ses besoins.

Energies primaires Exemples de ressources énergétiques

Transformation de l’énergie

Energie finale Exemples de

besoins humains

Chimique Bois, charbon, hydrocarbures, réactifs d’une pile électrique Mécanique

Se déplacer, transporter des charges Nucléaire Uranium

Hydraulique Chute d’eau d’une rivière, fleuve, marées Thermique

Se chauffer, cuire des aliments

Eolienne Vent

Solaire Rayonnement solaire Lumineuse S’éclairer

Géothermique Sol ou source profonde

Documents 5 : Durées caractéristiques des différentes ressources énergétiques

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1- Evaluer la part des énergies non renouvelables dans la production d’énergie dans le monde.

2- Pourquoi les ressources fossiles et nucléaires sont-elles non renouvelables ? Comparer leur temps de

formation au temps restant d’exploitation supposé.

3- Quels sont les déchets produits par l’utilisation des ressources non renouvelables ?

4- Pourquoi la biomasse peut-elle être considérée comme une ressource renouvelable ?

Quelle est sa part parmi les ressources énergétiques renouvelables ?

5- Les ressources énergétiques solaires ou éolienne sont-elles disponibles partout et à chaque instant ?

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2. Ressources énergétiques non renouvelables : temps de formation … temps d’exploitation

Les ………………………………: Elles sont issues d’une très lente décomposition (plusieurs millions

d’années) de la matière vivante.

Ex : …………………………………………………………………

Inconvénients de ces ressources : - libération de dioxyde de carbone, gaz à effet de serre, lors de la combustion,

- coût énergétique élevé du raffinage des ressources fossiles,

- risque pollution par marées noires,

Les ……………………………… : Noyaux susceptibles de se scinder en deux sous l’impact d’un neutron.

Ex : …………………………………

Inconvénients de ces ressources : - traitement et stockage des déchets radioactifs issus des ressources fissiles,

- pollution engendrée par les sites d’exploitation des mines d’uranium.

3. Ressources énergétiques renouvelables : temps de formation … temps d’exploitation

…………………………………………………………………………………………………… sont des

exemples de ressources énergétiques renouvelables.

Inconvénients de ces ressources : - exploitation limitée à certaines zones géographiques, à certains moments,

- dénaturation du paysage (éolienne, barrage),

- coût d’exploitation (fabrication, recyclage) élevé.

Cas du Soleil : Il est le siège de transformations nucléaires (de fusion) qui libèrent de l’énergie par rayonnement.

Ce rayonnement apporte de l’énergie : * à la Terre par transfert thermique (= de chaleur), * à la matière vivante grâce à la photosynthèse.

Pour conclure, dresser un tableau dans lequel apparaîtront, pour chaque ressource énergétique citée, leur

caractère renouvelable ou non, ainsi que les avantages et les inconvénients liés à leur exploitation.

Et compléter les deux annexes pages 7 et 8.

Conclusion : Face à la demande toujours croissante en énergie, l’Homme dispose de plusieurs ressources

présentant chacune des inconvénients. Mais comment parvient-il à exploiter ces ressources, convertir l’énergie. C’est ce

que nous verrons dans le prochain chapitre sans omettre le phénomène de réchauffement climatique.

Compétences exigibles

- Exploiter les documents et/ou les illustrations pour mettre en évidence les différentes formes d’énergie.

- Connaître et utiliser la relation liant puissance et énergie.

- Rechercher et exploiter des informations sur des appareils de la vie courante et sur des installations

industrielles pour porter un regard critique sur leur consommation énergétique et pour appréhender des

ordres de grandeur de puissance.

- Rechercher et exploiter des informations pour : Associer des durées caractéristiques à différentes

ressources énergétiques / Distinguer des ressources d’énergies renouvelables et non renouvelables /

Identifier des problématiques d’utilisation de ces ressources.

- Utiliser la représentation symbolique pour distinguer des isotopes.

- Mettre en œuvre un protocole pour séparer les constituants d’un mélange de deux liquides par distillation

fractionnée.

Rq : Cet élément ne représente que 0,7 % du minerai

extrait. Un enrichissement isotopique, que seuls certains

pays maîtrisent, est alors nécessaire.

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Particules composant un noyau atomique.

* L’atome est formé :

- …………………… chargé …………………………… ,

- …………………… qui tournent autour du noyau est qui sont chargés ……………………. .

=> L’atome est électriquement ………………… .

* Le noyau de l’atome est assimilable à une ………………… dont le diamètre est environ 100 000 fois plus

……………… que celui de l’atome.

* Le noyau est composé de …………………… : - …………………… (de charge positive),

- …………………… (de charge nulle).

Ces particules ont une ……………… environ 2 000 fois plus importante que celle des électrons. La masse

de l’atome est donc essentiellement concentrée ……………………………… .

* Dans un noyau donné :

- le nombre de ………………… est appelé nombre de masse et noté … ,

- le nombre de ………………… est appelé nombre de charge ou ………………….……… et noté … ,

- le nombre de ………………… est donc égal à …………… .

Qu’appelle-t-on élément, nucléide et isotopes ?

Un élément chimique est l’ensemble des entités (atomes, ions ou noyaux) le même

…………………………… . Ex : Z = 92 correspond à l’élément ………………………… .

Un nucléide est l’ensemble des atomes (ou ions) possédant des ………………………………… .

Il est caractérisé par les deux nombres …… et …… . On le note :

Ex : U235

92 correspond au nucléide ………………………… .

On appelle isotopes des nucléides qui ont : - ……………………………………………… ,

- ……………………………………………… .

Ex : L’élément carbone possède 3 isotopes : carbone 12 , carbone 13

, carbone 14

Rq : Deux isotopes ont des propriétés très différentes : l’un peut être stable alors que l’autre ne l’est pas.

La stabilité dépend donc du nombre de ………………….. .

Ex : L’élément uranium possède 2 isotopes : l’uranium 235 fissile et l’uranium 238 non fissile !

Annexe 1 : Energie nucléaire et terminologie

Schéma d’un atome :

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Le pétrole brut est un mélange de très nombreuses espèces chimiques et donc n’est pas utilisable

directement. Il doit être distillé afin d’être séparé en différentes coupes exploitables ensuite.

Au laboratoire, le montage de distillation fractionnée permet d’illustrer le principe industriel en

séparant deux espèces chimiques d’un mélange liquide homogène.

Ci-dessous se trouve un schéma du montage.

1- Compléter la légende du schéma ci-dessous, correspondant au montage réalisé au bureau, avec les mots

suivants :

mélange {éthanol-eau} / ballon / chauffe-ballon / entrée d’eau froide / sortie d’eau / colonne à distiller

/ thermomètre / éprouvette graduée / réfrigérant à eau / support élévateur / distillat / potence

2- Explique en quelques lignes le principe de la distillation fractionnée.

3- En déduire quelle est l’espèce chimique qui distille en premier et préciser l’endroit où la récupérer.

Annexe 2 : La distillation fractionnée

Données : Températures d’ébullition : Téb(éthanol) = 78°C Téb(eau) = ……… °C