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)