1 Thème 2 : Le futur de l’énergie. Chapitre 2 : Les atouts de l’énergie électrique. Activité documentaire n°2 Compétence à acquérir durant l'activité : ✔ Analyser des documents présentant les conséquences de l’utilisation de ressources géologique. ✔ Comparer différents dispositifs de stockage d’énergie selon différents critères. But • Comment stocker de l’énergie électrique et à quel prix? Documents (s'approprier) Doc.1 : Station de transfert d’énergie par pompage (STEP) Une STEP est une usine de production d’énergie hydraulique capable de stocker de l’énergie sous une forme d’énergie potentielle : des masses d’eau sont remontées par une pompe dans un bassin supérieur en cas d’excès d’énergie dans le réseau. C’est donc une installation réversible de production et de stockage de l’énergie. Les performances sont intéressantes puisque son rendement de restitution varie de 65% à 80%. Les STEP peuvent stocker de 1 à 100 GWh. La durée de vie moyenne d’une STEP est de 40 ans. Cette technologie de stockage est la plus utilisée dans le monde, avec une capacité mondiale de 1,21 .10 3 TWh en 2015 ! Source : https://www.encyclopedie-energie.org/les-stations-de-pompage-step/ Vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=RjaI0pv9lIk Enseignement scientifique – Terminale PhD. Djibaoui – Lycée la Hotoie 1 Thème 2 : Le futur de l’énergie. Chapitre 2 : Les atouts de l’énergie électrique. Activité documentaire n°2 Doc.2 : Les super-condensateurs (super-capacités) Un super-condensateur est constitué de deux électrodes, séparées par un isolant. Lors de la charge du super-condensateur, les ions sont adsorbés à la surface des électrodes. Lors de la décharge, ils s’en éloignent. Le principal avantage des supercondensateurs est leur puissance de charge et de décharge, nettement supérieure à celle des batteries (avec une puissance de restitution de 10 kW à 5 MW), mais ils peuvent stocker une plus faible quantité́ d’énergie (généralement 6 kWh par Kg). Cette propriété́ est notamment intéressante dans des véhicules tels que les bus de ville qui s’arrêtent et redémarrent souvent. Vidéo: https://www.youtube.com/watch?v=MUrG2sFIjYo&t=208s Doc.3 : Les batteries électrochimiques Constituées d’un ou de plusieurs accumulateurs électrochimiques, les batteries stockent l’énergie sous forme d’espèce chimiques dans des compartiments physique distincts, séparés par une paroi perméable aux charge électriques. Lors de la décharge d’un accumulateur, une réaction chimique spontanée se produit entre les deux composés et génère des électrons collectés par les deux électrodes constituant les bornes. Pendant la charge, la réaction inverse se produit sous l’effet de l’énergie cédée, permettant ainsi son stockage sous forme chimique. Le nombre de cycles de chargesdécharges peut atteindre 4000. Les technologies sont nombreuses et leurs noms sont associés aux composés qui réagissent dans le dispositif : accumulateur au plomb, lithium-ion ou nickel-cadmium. Les batteries industrielles actuelles les plus massives peuvent stocker jusqu’à 100 MWh pendant plusieurs mois et restituer l’énergie avec une puissance maximale de 10 MW. Toutes possèdent des caractéristiques spécifiques : ainsi, une batterie lithium-ion a une densité énergétique de 0 à 150 Wh.Kg-1 et une densité de puissance de l’ordre de 500 à 2000 W.Kg-1. Enseignement scientifique – Terminale PhD. Djibaoui – Lycée la Hotoie Activité documentaire n°2 Thème 2 : Le futur de l’énergie. Chapitre 2 : Les atouts de l’énergie électrique. 1 Doc.4: Elément de comparaison des principales technologies de stockage STEP Technologie 1 KWh.m-3 pour une chute de 360 m Densité d’énergie 0,1 – 1 GW Puissance de restitution Supercapacité Capacité énergitique 1 – 5 KWh Autonomie Quelques jours Quelques jours 10 min – 15 h Rendement 90 - 95 70 – 80 Durée de vie (nombre de cycles) 10.000 à 500.000 Cout (euro.KWh-1) 75 - 150 16.000 50 – 1.000 Enseignement scientifique – Terminale PhD. Djibaoui – Lycée la Hotoie 1 Thème 2 : Le futur de l’énergie. Chapitre 2 : Les atouts de l’énergie électrique. Activité documentaire n°2 Doc.5 : Chaine de conversion énergétique La consommation mondiale du lithium augmente de 10 % par an depuis 2015 et a atteint 40.000 t en 2017. Son prix a triplé entre 2014 et 2017. Bolivie, Chili et Argentine abritent les plus grandes réserves de lithium du monde, sur les hauteurs des Andes. Le salar Bolivien d’Uyuni possède une surface de 10.000 km2 : ce grand lac salé contient 17 % des réserves de lithium mondiales connues (estimées à 257 Mt). Le lithium est présent dans les eaux qui lessivent les roches magmatiques. Il se concentre dans les nappes ou lacs salés isolés de la mer. L’évaporation de l’eau dans de vastes bassins conduit à une concentration qui permet de la récupération du lithium. Dans les régions où l’évaporation est insuffisante (cas de l’Arkansas), un traitement chimique est nécessaire : il remet en cause l’approvisionnement en eau potable de la région. Le salar d’Uyuni est un écosystème unique hébergeant de nombreux oiseaux en période de reproduction. Le salar Atacama, au Chili, est aujourd’hui déserté des formes de vie et l’eau qu’il contient est contaminée par les additifs chimiques. Des préconisations édictées par l’ONU en 2011 visent à diminuer l’impact environnemental de cette exploitation. (D’après le CNRS). Processus d’exploitation du lithium par évaporation Quelques questions : (analyser, réaliser) Compléter le tableau du doc 4 à l’aide des docs 1, 2 et 3. Choisir, en discutant les arguments, la technologie la plus adaptée pour stocker : a) Le surplus quotidien d’énergie d’un réseau électrique de 54 MWh ; b) L’énergie nécessaire à l’autonomie d’un téléphone portable soit 7.7 Wh ; c) L’énergie dissipée lors du freinage d’autobus soit 0.94 kWh utilisée comme appoint pour un démarrage ultérieur. 3) Etablir un diagramme présentant le mode de stockage en fonction des formes d’énergie. 4) L’usage du lithium dans les batteries n’est pas sans conséquence. Rédiger une note résumant l’impact écologique de l’exploitation du lithium (doc 5) 1) 2) Conclusion : (valider) Citer les avantages et inconvénients de chaque mode de stockage ? Enseignement scientifique – Terminale PhD. Djibaoui – Lycée la Hotoie
