Enjeux énergétiques
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Sciences Physiques Agir – Défis du XXIème siècle ___________________________________________________________________________________ Présentation de la ressource ............................................................................................................... 2 Fiche professeur : Les Enjeux Energétiques ....................................................................................... 3 1. Conseils de mise en œuvre ..................................................................................................... 3 2. Prérequis .................................................................................................................................. 3 3. Objectifs et compétences attendus ........................................................................................ 4 Fiche élève : Les Enjeux Energétiques ................................................................................................ 5 1. Effet de serre ............................................................................................................................ 5 1. A. Le réchauffement climatique ............................................................................................... 5 1. B. Pistes d’investigation .......................................................................................................... 5 2. Gaz à effet de serre .................................................................................................................. 6 2. A. Evolution des concentrations atmosphériques des principaux gaz à effet de serre ............. 6 2. B. Pistes d’investigation .......................................................................................................... 6 3. Besoins énergétiques .............................................................................................................. 7 3. A. Les défis énergétiques du XXIème siècle ........................................................................... 7 3. B. Pistes d’investigation .......................................................................................................... 7 4. Energie nucléaire et CO2 ......................................................................................................... 8 4. A. Evolution des émissions de CO2.et de la production d’électricité nucléaire ......................... 8 4. B Pistes d’investigation .......................................................................................................... 8 5. Parc nucléaire .......................................................................................................................... 9 5. A. Scénario de référence pour la production mondiale d’électricité.......................................... 9 5. B. Pistes d’investigation .......................................................................................................... 9 6. Les différents types de centrales électriques ...................................................................... 10 6. A. Schémas animés .............................................................................................................. 10 6. B. Pistes d’investigation ........................................................................................................ 10 1 Sciences Physiques Agir – Défis du XXIème siècle ___________________________________________________________________________________ Présentation de la ressource : Thème : Agir - Défis du XXIème siècle Type de ressources : Ressources documentaires Notions et contenus : Enjeux énergétiques – Economies d’énergie Compétence travaillée ou évaluée : Extraire et exploiter des informations sur des réalisations ou des projets scientifiques répondant à des problématiques énergétiques contemporaines. Nature de l’activité : Activité documentaire Résumé : A travers une exploitation de documents, l’élève rédige une synthèse qui l’amène à considérer l’énergie nucléaire comme une réponse à la lutte contre le réchauffement climatique. Cette réponse doit cependant être nuancée au regard du nombre de réacteurs à construire pour répondre aux besoins attendus dans les années à venir d’où l’intérêt d’améliorer les efficacités énergétiques et de favoriser les économies d’énergies. Mots clefs : Energie nucléaire. Parc nucléaire. Energies fossiles. Réchauffement climatique. Effet de serre. Centrale électrique. Energies décarbonées. Energies renouvelables. Enjeux énergétiques. Défi énergétique. Académie où a été produite la ressource : Académie de Martinique cms.ac-martinique.fr/discipline/physiquechimie/ 2 Sciences Physiques Agir – Défis du XXIème siècle ___________________________________________________________________________________ Fiche professeur : Les Enjeux Energétiques 1. Conseils de mise en œuvre Il s’agira pour les élèves d’élaborer une synthèse concernant les atouts et les limites de l’énergie nucléaire comme solution au réchauffement climatique. Cette synthèse s’effectuera à partir des divers documents fournis. Des pistes d’investigation sont proposées. Le professeur pourra en supprimer ou en ajouter d’autres selon le profil de sa classe. C’est une activité documentaire qui peut être menée seule ou en groupes, en classe ou à la maison. Une connexion internet est nécessaire pour l’accès aux schémas animés. 2. Prérequis - Loi de Wien - Energie et puissance - Chaine énergétique 3 Sciences Physiques Agir – Défis du XXIème siècle ___________________________________________________________________________________ 3. Objectifs et compétences attendus Prendre conscience des enjeux énergétiques du XXIème Objectifs spécifiques siècle. S’interroger sur les choix individuels et collectifs en matière de production et de consommation d’énergie. Objectifs Objectifs transversaux Travailler l’analyse de documents de formes variées. Elaborer une synthèse à partir d’informations dispersées. S’interroger de manière critique sur la valeur scientifique des informations. S’interroger de manière critique sur la pertinence de leur prise en compte. Extraire Distinguer la connaissance objective et rationnelle de l’opinion. Texte scientifique Compétences Tableau de données. attendues Constructions graphiques. Exploitation qualitative. Exploiter Comparaison d’ordres de grandeurs. Communication en tant que scientifique. Analyse critique d’un résultat. Mettre en œuvre un raisonnement. Identifier un problème. Démarche scientifique Formuler des hypothèses pertinentes. Exercer son esprit critique. Mobiliser ses connaissances. Rechercher, extraire et organiser l’information utile. Maitriser les compétences mathématiques de base. Communiquer à l’oral et à l’écrit. 4 Sciences Physiques Agir – Défis du XXIème siècle ___________________________________________________________________________________ Fiche élève : Les Enjeux Energétiques A l’aide des documents joints ci-dessous et de vos connaissances, vous rédigerez une synthèse précisant les atouts et les limites de l’énergie nucléaire comme solution au réchauffement climatique. 1. Effet de serre 1. A. Le réchauffement climatique http://moourl.com/serre 1. B. Pistes d’investigation - A quel domaine de radiations appartient le rayonnement réémis par la surface terrestre ? Données : Loi de Wien : λmax . T = 2,9.10-3 K.m Température moyenne de la surface terrestre évaluée à 15°C. - Quel est le mécanisme responsable de l’effet de serre ? - Quels sont les gaz à effet de serre ? - Quelles sont les conséquences climatiques d’une accentuation de l’effet de serre ? 5 Sciences Physiques Agir – Défis du XXIème siècle ___________________________________________________________________________________ 2. Gaz à effet de serre 2. A. Evolution des concentrations atmosphériques des principaux gaz à effet de serre GIEC 2007 (IPCC 2007) 2. B. Pistes d’investigation - Quel était le taux en pourcentage de dioxyde de carbone dans l’atmosphère au début de notre ère? Comparez cette valeur avec celle évaluée vers l’an 1800 et celle mesurée vers l’an 2000. - Comment interprétez-vous l’évolution des concentrations atmosphériques des principaux gaz à effet de serre au cours du temps ? 6 Sciences Physiques Agir – Défis du XXIème siècle ___________________________________________________________________________________ 3. Besoins énergétiques 3. A. Les défis énergétiques du XXIème siècle La réponse aux besoins énergétiques du XXIe siècle doit intégrer de nouvelles contraintes : la rareté des ressources naturelles (énergies fossiles, dont le coût augmentera inexorablement), l’augmentation de la population mondiale et des besoins énergétiques notamment dans les pays en développement, et la lutte contre le changement climatique. Actuellement, les pays en développement, qui accueillent les trois-quarts de la population mondiale, ne représentent que le quart de la consommation mondiale d’énergie. Répondre à la hausse attendue de la demande énergétique exige de trouver des solutions alternatives aux énergies fossiles, dont les ressources mondiales sont limitées, et qui sont émettrices de gaz à effet de serre alors que la communauté internationale reconnaît la nécessité de réduire significativement les émissions de CO2 dans les prochaines décennies (y compris celles imputables à la production d’électricité). Ces enjeux énergétiques du XXIe siècle nécessitent [...] le développement d’énergies décarbonées. Source : http://www.developpement-durable.gouv.fr 3. B. Pistes d’investigation - Que sont les énergies fossiles ? - Qu’appelle-t-on énergies décarbonées ? - Comment expliquer la hausse attendue de la demande énergétique ? - Quelle nécessité impose la lutte contre le réchauffement climatique ? 7 Sciences Physiques Agir – Défis du XXIème siècle ___________________________________________________________________________________ 4. Energie nucléaire et CO2 4. A. Evolution des émissions de CO2 (tonnes métriques par habitant) en France depuis 1960 (histogramme échelle gauche) Evolution de la production d’électricité à partir d’énergie nucléaire (%) en France depuis 1960 (courbe échelle droite) 4. B Pistes d’investigation - Comment évoluent les émissions de CO2 en France depuis 1960 ? - Comment évolue la part d’énergie nucléaire dans la production d’électricité en France depuis 1960 ? - Ces deux évolutions vous paraissent-elles corrélées ? 8 Sciences Physiques Agir – Défis du XXIème siècle ___________________________________________________________________________________ 5. Parc nucléaire 5. A. Monde : scénario de référence pour la production mondiale d’électricité 1990 2008 2015 2030 TWh % TWh % TWh % TWh % 11 820 100 20 184 100 24 512 100 34 716 100 7 560 64 10 673 53 11 290 46 13 120 38 Charbon Coal 4 427 37 8 273 41 10 195 42 14 784 43 Pétrole Oil 1 338 11 1 104 5 791 3 635 2 Gaz Gas 1 726 15 4 303 21 5 199 21 7 419 21 Nucléaire Nuclear 2 013 17 2 731 14 3 139 13 3 992 11 Hydraulique Hydro 2 145 18 3 208 16 3 844 16 4 834 14 Biomasse et déchets 131 1 267 1 405 2 825 2 42 0,4 298 1,5 940 3,8 2237 6,4 Monde World dont OCDE of wich OCDE dont of wich Biomass & Waste Autres renouvelables Other renewables 5. B. Pistes d’investigation En estimant la puissance d’un réacteur nucléaire à 1 600 MW : - Evaluez le nombre d’unité actuellement en service dans le monde. - Comment évoluerait ce nombre en 2030 ? - Comment évoluerait ce nombre en 2030 si l’on remplaçait intégralement les énergies fossiles par de l’énergie d’origine nucléaire? 9 Sciences Physiques Agir – Défis du XXIème siècle ___________________________________________________________________________________ 6. Les différents types de centrales électriques 6. A. Schémas animés Energie éolienne : http://moourl.com/eol Energie hydraulique : http://moourl.com/hyd Energie géothermique : http://moourl.com/geoth Energie nucléaire : http://moourl.com/nuc Energie solaire : http://moourl.com/sola Energie thermique : http://moourl.com/ther Energie biomasse : http://moourl.com/biom 6. B. Pistes d’investigation Parmi les différents types de centrales électriques : - Quelles sont celles provenant d’énergies fossiles ? - Quelles sont celles produisant une énergie décarbonée ? - Quelles sont celles qui favorisent le développement durable ? 10
