Thème 2 : Le futur de l’énergie.
Chapitre 2 : Les atouts de l’énergie électrique.
Activité documentaire n°2
Enseignement scientifique – Terminale
PhD. Djibaoui – Lycée la Hotoie
1
But
•
Comment stocker de l’énergie électrique et à quel prix?
Documents (s'approprier)
Doc.1 : Station de transfert d’énergie par pompage (STEP)
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.
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 .103 TWh en 2015 !
Source :
https://www.encyclopedie-energie.org/les-stations-de-pompage-step/
Vidéo :
https://www.youtube.com/watch?v=RjaI0pv9lIk
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Doc.2 : Les super-condensateurs (super-capacités)
Doc.3 : Les batteries électrochimiques
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 super-
condensateurs 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
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 charges-
décharges 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.
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Chapitre 2 : Les atouts de l’énergie électrique.
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Doc.4: Elément de comparaison des principales technologies de stockage
Super-
capacité
STEP
Technologie
1 KWh.m-3
pour une
chute de 360
m
Densité
d’énergie
0,1 – 1 GW
Puissance de
restitution
1 – 5 KWh
Capacité
énergitique
10 min – 15
h
Quelques
jours
Quelques
jours
Autonomie
70 – 80
90 - 95
Rendement
10.000 à
500.000
Durée de vie
(nombre de
cycles)
50 – 1.000
16.000
75 - 150
Cout
(euro.KWh-1)
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Chapitre 2 : Les atouts de l’énergie électrique.
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Doc.5 : Chaine de conversion énergétique
Quelques questions : (analyser, réaliser)
1) Compléter le tableau du doc 4 à l’aide des docs 1, 2 et 3.
2) 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)
Conclusion : (valider)
Citer les avantages et inconvénients de chaque mode de stockage ?
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
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