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 Réaliser un montage permettant d’allumer une lampe ou électriques. de faire tourner un moteur à l’aide d’un alternateur. Organiser l’information utile afin de traduire les L’énergie mécanique reçue par l’alternateur est convertie en conversions énergétiques dans un diagramme incluant les énergie électrique. énergies perdues pour l’utilisateur. Sources d’énergies renouvelables ou non. Extraire d’un document les informations relatives aux sources d’énergie. L’ALTERNATEUR : Comment produire une tension variable dans le temps ? Un alternateur produit une tension variable dans le temps. Pratiquer une démarche expérimentale pour illustrer l’influence du mouvement relatif d’un Une tension, variable dans le temps, peut être obtenue par aimant et d’une bobine pour produire une déplacement d’un aimant au voisinage d’une bobine. tension. E1 E2 E3 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 Galet (disque de roulement) Aimant 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. 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. 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. ∼ La lampe brille mais pas constamment car Alternateur la tension est variable. 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). Energie électrique Energie mécanique turbine alternateur 3.2 Bilan des centrales électriques a) Centrale éolienne Energie mécanique vent turbine Energie Thermique (chaleur) Pertes d’énergie Energie mécanique c) Centrale thermique Energie thermique Combustion de fossile Frottements, pertes magnétiques… C’est de l’énergie qu’on ne peut pas récupérer… Energie électrique alternateur Réseau électrique Energie Thermique (chaleur) Pertes d’énergie Choix Allemagne b) Centrale hydroélectrique Energie Courant mécanique d’eau Réseau électrique Energie électrique Energie mécanique turbine alternateur Réseau électrique Energie Thermique (chaleur) Pertes d’énergie Chaudière Energie mécanique Energie mécanique turbine Energie Thermique (chaleur) Pertes Tours de refroidissement : d’énergie vapeur d’eau qui s’échappe. Energie électrique alternateur Réseau électrique Energie Thermique (chaleur) Pertes d’énergie d) Centrale nucléaire Choix du nucléaire en France en 1974 (1er choc pétrolier 1973, facture énergétique mult. par 5.) Energie Energie Energie Energie thermique électrique mécanique mécanique Réacteur Réseau Chaudière turbine alternateur nucléaire électrique Energie nucléaire Energie Thermique (chaleur) Pertes Tours de refroidissement : d’énergie vapeur d’eau qui s’échappe. Energie Thermique (chaleur) Pertes d’énergie Questions Hydroélectrique Eolienne Charbon, marémotrice pétrole Chaudière, Turbine, Turbine à vapeur alternateur d’eau, Alternateur Eléments des centrales Turbine, alternateur Hélice, Alternateur Source d’énergie primaire (renouvelable ou non, à justifier) Energie mécanique (courant de l’eau). Renouvelable grâce aux cycles de l’eau Conversions d’énergie Mécanique → électrique Terre (géothermie) PAC, (chaudière : chaleur de la Terre) Turbine, Alternateur Energie Energie mécanique thermique (marées, puisée dans le courants marins) sol. Renouvelable. Car existe avec la terre. Gaz Naturel nucléaire Biomasse Chaudière, Turbine à vapeur d’eau, Alternateur Chaudière, Turbine à vapeur d’eau, Alternateur Energie mécanique (vents). Renouvelable car ne s’épuise pas Energie chimique. Fossile. Non renouvelable (a mis des millions d’année à se former). Energie chimique. Non renouvelable. (a mis plusieurs million d’années à être enfoui). Mécanique → électrique Chimique →thermique (→ mécanique →électrique) Oui (beaucoup) Mécanique → électrique Thermique → mécanique → électrique Non non Réacteur nucléaire, Turbine à vapeur d’eau, Alternateur Energie nucléaire. Non renouvelable. (Quantité d’Uranium radioactif limitée.) Nucléaire -> thermique → mécanique → électrique non Existant depuis la formation de la terre Peu d’émission de CO2 Matière organique végétale Renouvelable. Peu d’émission de CO2 Non renouvelable. Déchets dangereux et compliqués à stocker et à recycler. France Energie renouvelable qui émet le plus de CO2. Peu développée. Emet-elle des gaz non à effet de serre ? Comment se Cf. cycles de forment-elles ? l’eau non atmosphère Végétaux fossilisés Marées (lune), etc. Chaleur interne de la terre Avantages Renouvelable. Peu d’émission de CO2 Renouvelable. Peu d’émission de CO2 Facile à exploiter Renouvelable. Peu d’émission de CO2 Renouvelable. Peu d’émission de CO2 Inconvénients Il en faut beaucoup. Esthétique. Il en faut beaucoup. Esthétique. Bruit. Intermittence. Radiations em Non renouvelable. Emissions de CO2 importantes Pas partout. Mise en place difficile et chère. Spécificité de certains pays Québec Espagne Chine. EtatsUnis. OPEP Cher à installer et complexe, modifie l’environnement Islande, Japon Chimique → thermique (→ mécanique → électrique) Oui (beaucoup) Gaz emprisonnés lors des fossilisations Gros stocks en Russie et au Canada, facile à exploiter. Non renouvelable. Emissions de CO2 importantes Russie, Canada Energie chimique. Renouvelable à l’échelle humaine. Chimique → thermique (→ mécanique → électrique) Oui (très peu)
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