Chapitre 6 : utilisation des
ressources énergétiques
Je prends connaissance des objectifs du chapitre.
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Rechercher et exploiter des informations pour :
- associer des durées caractéristiques à différentes ressources énergétiques ;
- distinguer des ressources d'énergie renouvelables et non renouvelables ;
- identifier des problématiques d'utilisation de ces ressources.
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Schématiser une chaîne énergétique pour interpréter les transformations d'énergie en terme de conversion et de dégradation.
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Identifier les différentes formes d'énergie intervenant dans une centrale thermique à combustible fossile ou nucléaire.
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Utiliser la représentation symbolique pour distinguer des isotopes.
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Interpréter l'équation d'une réaction nucléaire en utilisant la notation symbolique du noyau.
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A partir d'exemples donnés d'équations de réactions nucléaires, distinguer fission et fusion.
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Exploiter les informations d'un document pour comparer :
- les énergies mises en jeu dans des réactions nucléaires et dans des réactions chimiques ;
- l'utilisation de différentes ressources énergétiques.
Corrigé de l'activité 3
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Combien de temps les ressources énergétiques seront-elles encore disponibles ?
Comment schématiser une chaîne énergétique ?
Les sources d'énergie sont nombreuses et selon la source, la forme prise par l'énergie varie : électrique, thermique, rayonnante, chimique, nucléaire, mécanique...
Pour passer de l'énergie primaire à l'énergie finale (consommable), l'énergie subit en général une série de transformations grâce à des convertisseurs d'énergie qui transforment l'énergie d'une forme à une autre : c'est la chaîne énergétique. Au cours de ces conversions, une partie de l'énergie peut être perdue dans le milieu environnant ou inutilisée.
Mais en aucun cas, l'énergie ne peut être créée ou disparaître : c'est le principe de conservation de l'énergie.
On peut illustrer une chaîne énergétique par un schéma :
exemple : chaîne énergétique d'un panneau photovoltaïque
Etape 1 : identifier le réservoir d'énergie initiale et le représenter dans un cadre.
Etape 2 : identifier le(s) convertisseur(s) d'énergie et les représenter dans un oval.
Etape 3 : Repérer les formes d'énergie absorbées et transférées et les faire apparaître sous forme de flèches. L'énergie peut être transférée sous forme thermique, électrique, rayonnante ou mécanique.
Etape 4 : Identifier le(s) réservoirs d'énergie finale(s) et les représenter dans un cadre.
Comment fonctionne une centrale thermique ?
Toutes les centrales thermiques reposent sur le même principe : une importante source de chaleur permet de produire de la vapeur d'eau qui va provoquer la rotation d'une turbine. Celle-ci entraîne l'alternateur qui, en tournant, convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.
La différence entre les différentes centrales thermiques réside dans le mode de production de la chaleur.
Dans les centrales thermiques à flamme, dîtes centrales classiques, la chaleur provient de la combustion de charbon, de pétrole ou de gaz dans des chaudières à vapeur.
Dans les centrales nucléaires, la chaleur est fournie par la fission des noyaux d'uranium 235 dans d'immenses réacteurs : lorsque les noyaux se cassent en deux noyaux plus légers, de la chaleur est libérée.
Comment produire de l'énergie à partir du noyau des atomes ?
Les réactions nucléaires sont, comme leur nom l’indique, des réactions faisant intervenir les noyaux de certains atomes.
Il existe deux manières différentes d’obtenir de grandes quantités d’énergie en manipulant les noyaux des atomes :
- diviser les noyaux des atomes : c’est la fission nucléaire, utilisée dans les centrales nucléaires.
- réunir les noyaux d’atomes différents : c'est la fusion nucléaire, pas encore maîtrisée aujourd'hui.
L’énergie nucléaire est produite à partir d’uranium. Comme tout atome, l’uranium est constitué d'un noyau autour duquel gravitent des électrons. Le noyau est formé par l’association de deux types de nucléons : les protons, chargés positivement, et les neutrons, de charge nulle. C'est le nombre de protons, appelé numéro atomique et noté Z, qui caractérise l'élément chimique. Un noyau d'uranium possède toujours 92 protons (Z = 92).
Mais dans la nature, tous les noyaux d'uranium ne sont pas identiques : la plupart contiennent 238 nucléons (99% des noyaux), d'autres seulement 235. Puisque le nombre de protons est forcément le même, c'est le nombre de neutrons qui différencie ces différents noyaux. L'uranium 238 et l'uranium 235 sont des isotopes.
Seul l'uranium 235 est fissile et peut être utilisé dans les réacteurs nucléaires. Lorsque l’on bombarde ce noyau avec un neutron, il se clive en deux noyaux plus petits en libérant de l'énergie et d'autres neutrons qui vont à leur tour casser d'autres noyaux fissiles et ainsi de suite. Dans un réacteur nucléaire, ces réactions en chaîne doivent être contrôlées afin d'éviter une explosion.
Ce mode de production d’énergie présente un inconvénient non négligeable, celui de produire des déchets radioactifs qu’il faut stocker durant plusieurs centaines d’années.
D'où provient l'énergie solaire ?
Le Soleil n'est pas une grosse boule de gaz qui brûle, contrairement à ce que l'on entend souvent. Composé en majeure partie d'atomes d'hydrogène, il est le siège de réactions de fusion nucléaire qui libèrent une quantité colossale d'énergie. Ces réactions sont possibles en raison des conditions de température et de pression qui règnent dans le Soleil. La pression y est environ 200 milliards de fois plus importante que la pression atmosphérique terrestre et la température est estimée à environ 15 millions de degrés.
En fusionnant, deux atomes d'hydrogènes donnent naissance à un atome d'hélium. Ces atomes pourront également fusionner pour donner un noyau plus lourd.
