Niveau 3 Programme LA PRODUCTION D`ELECTRICITE DANS

Document du professeur 1/10
Niveau 3ème
Programme
B - Énergie électrique et circuits électriques en « alternatif »
B.1 De la centrale électrique à l’utilisateur
Cette proposition d’expérimentation illustre le programme de la classe de Troisième paru au BO
spécial n° 6 du 28 août 2008. Il a été reporté dans la colonne « Commentaires » les pistes d’activité
du programme précédent qui peuvent parfois s’avérer utiles.
Connaissances Capacités Commentaires
DES POSSIBILITÉS DE PRODUCTION DE L’ÉLECTRICITÉ
Quel est le point commun des différentes centrales électriques ?
L’alternateur est la partie commune à
toutes les centrales électriques.
L’énergie mécanique reçue par
l’alternateur est convertie en énergie
électrique.
Réaliser un montage permettant
d’allumer une lampe ou de faire
tourner un moteur à l’aide d’un
alternateur.
Organiser l’information utile afin de
traduire les conversions énergétiques
dans un diagramme incluant les
énergies perdues pour l’utilisateur
Anciennes pistes d’activité
Activité documentaire sur le
principe de fonctionnement des
centrales électriques.
Activités expérimentales :
« production » d’énergie électrique
par mise en rotation d’un alternateur
grâce à :
- l’entraînement mécanique du galet
d’un alternateur de démonstration ;
- l’action d’une chute d’eau
(principe d’une centrale
hydroélectrique), d’un jet de vapeur
d’eau (principe d’une centrale
thermique), d’un jet d’air (principe
de l’éolienne).
Sources d’énergie renouvelables ou
non.
Extraire d’un document les
informations
relatives aux sources d’énergie.
Thèmes de convergence :
développement durable, énergie
L’ALTERNATEUR : Comment produit-il une tension variable dans le temps ?
Un alternateur produit une tension
variable dans le temps.
Une tension, variable dans le temps,
peut être obtenue par déplacement
d’un aimant au voisinage d’une
bobine.
Pratiquer une démarche
expérimentale pour illustrer
l’influence du mouvement relatif
d’un aimant et d.une bobine pour
produire une tension.
Anciennes pistes d’activité
Observation des éléments constitutifs
d'un alternateur de démonstration.
Déplacement (lent) d’un aimant près
d’une bobine pour constater, grâce à
un multimètre en continu, un
oscilloscope ou à l’aide d’une
interface d’acquisition, l’obtention
d’une tension variable au cours du
temps.
Physique – Chimie
LA PRODUCTION D’ELECTRICITE DANS LES
CENTRALES ; L’ALTERNATEUR
Fiche professeur

Document du professeur 2/10
Pré requis de l’élève
- L’élève sait mesurer une tension avec un voltmètre.
Mots clefs
• aimant
• alternateur
• bobine
• centrale électrique
• éolienne
• énergie
• éolienne
• hydroélectrique
• mécanique
• pile
• pôle nord
• pôle sud
• tension
• thermique
• voltmètre
Prévoir
Matériel
Poste élève Référence
o Une bobine 00940.10.132
o Un aimant 03712.36.141
o Une pile 4,5 V 03625.36.184
o Deux pinces crocodile 04078.36.182
o Une génératrice de bicyclette démontable 00908.36.133
o Une génératrice de bicyclette transparente 10011.36.133
o Une génératrice 6 V-3W 00909.36.133
o Un galvanomètre de démonstration 00937.36.197
o Un alternateur 00912.36.135
o Un module « roue à aubes et turbine » 00948.36.135
o Un module « éolienne » 00946.36.135
o Un ensemble SECUCONTACT 10230.36.142
o Deux fils de connexion 60010.36.183 (noir)
60011.36.183 (rouge)
o Sèche-cheveux ou soufflerie
Poste professeur Référence
o Un alternateur 00912.36.135
o Un générateur de vapeur 00961.36.135
o Eau déminéralisée 01401988.36
o Un module « roue à aubes et turbine » 00948.36.135
o Un ensemble SECUCONTACT 10230.36.142
o Deux fils de connexion 60010.36.183 (noir)
60011.36.183 (rouge)

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Remarques, astuces
o Pour les activités 1 et 2, le voltmètre à « zéro central » pourra être remplacé par un oscilloscope :
on se bornera à montrer les oscillogrammes obtenus sans balayage ;
o Pour l’étude des maquettes de centrales, les élèves seront répartis en groupes qui étudieront chacun
un seul type de centrale (hydroélectrique ou éolienne) ; un compte-rendu du fonctionnement de
chaque type de centrale sera présenté par chaque groupe à l’ensemble de la classe.
ATTENTION : Le professeur complètera cette étude avec la maquette de centrale thermique
plus délicate à faire utiliser par les élèves (jet de vapeur d’eau bouillante).
Il s’agit de reprendre la manipulation du paragraphe 3 bis en remplaçant la soufflerie ou le
sèche-cheveux par le jet de vapeur produit par le générateur de vapeur référence
00961.36.135
Contrairement à une lampe, une DEL s’allume facilement avec ces maquettes, d’où le choix
effectué. Le fait que la DEL ne s’allume qu’une alternance sur deux n’est à évoquer que si un
élève en fait la remarque : l’important pour ces expériences est de voir la DEL s’allumer, ce qui
prouve la production d’énergie électrique.
Prolongements
o En 2006, la production d’énergie électrique en France se répartissait comme le montre le tableau
ci-dessous.
Energies non renouvelables
Energies renouvelables
Type de centrale
Thermique
nucléaire
Thermique à
flamme
Hydraulique
Autres
% de l’énergie
électrique produite
78,1
9,8
11,1
1
Comme c’est le cas depuis de nombreuses années, on remarque que ce sont les centrales
nucléaires qui produisent la plus grande partie de l’énergie électrique, l’ensemble des énergies
renouvelables représentant environ 12 % du total.
o Parmi les énergies renouvelables, la répartition était :
Energie
Hydraulique
Biomasse
Eolienne
Géothermique
Solaire
% de l’énergie
électrique produite
92,58
5,6
1,6
0,16
0,06
Malgré la construction de nombreux parcs éoliens (un parc de 70 éoliennes a été inauguré à
Fruges dans le Pas-de-Calais en février 2008), c’est toujours l’énergie hydraulique qui arrive
largement en tête des énergies renouvelables dans la production d’énergie électrique.
o D’autres sources d’énergies renouvelables sont à l’étude :
 Déjà expérimentée en Grande-Bretagne, une hydrolienne a été mise en place à Bénodet en
mars 2008 : on utilise l’énergie cinétique des vagues pour faire tourner les pales de l’hydrolienne
comme on se sert du vent pour faire tourner les pales d’une éolienne. Cette hydrolienne
expérimentale à l’échelle ¼ fera l’objet de nombreux contrôles et mesures.

Document du professeur 4/10
 Les Norvégiens, quant à eux, testent une centrale basée sur le principe de l’osmose : une
membrane sépare deux réservoirs, l’un alimenté en eau de mer et l’autre en eau douce provenant
d’un fleuve. Par osmose, l’eau douce passe dans le réservoir d’eau salée, ce qui augmente la
pression dans ce dernier, permettant de faire tourner une turbine.
 Les Écossais ont mis au point le projet « Pélamis » qui est un équipement flottant destiné à
récupérer l’énergie des vagues. Conçu à Edimbourg, « Pélamis » fait partie des objectifs
ambitieux que s’est fixée l'Ecosse quant au développement d'une "énergie verte".
Produit par la société « Ocean Power Delivery », « Pélamis » est une structure semi-émergée,
composée de quatre cylindres positionnés dans la direction de propagation de la vague et reliés
par des articulations. Dans chaque articulation se trouve un module de conversion d'énergie. En
effet, dans chaque articulation, le mouvement des vagues agit sur un vérin hydraulique qui envoie
du fluide haute pression vers un moteur hydraulique qui actionne un générateur d'électricité.
L'énergie produite est envoyée, par l'intermédiaire d'un « cordon ombilical », vers les fonds
marins puis la terre ferme. Un convertisseur « Pélamis » génère 750 kW ce qui représente la
consommation de 500 foyers et un parc machine d'une surface de 1 km2 devrait délivrer assez
d'énergie pour 20.000 foyers.
Pistes d’évaluation
Expérimentales
- Réaliser les expériences des activités 1 et 2 ;
- Faire fonctionner une maquette de centrale hydroélectrique ou
éolienne ;
- Répartir équitablement le travail entre les membres du groupe ;
- Ranger le matériel.
Théoriques
- Répondre aux questions des activités 1 et 2 ;
- Conclure les activités 1 et 2 ;
- Présenter le compte-rendu de l’étude d’une maquette de centrale
électrique hydroélectrique ou éolienne ;
- Répondre aux questions de l’activité 4.

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Objectifs :
• Étudier le fonctionnement d’un alternateur ;
• Découvrir différents modes de production de l’énergie électrique ;
• Distinguer une source d’énergie renouvelable d’une source d’énergie non renouvelable.
.
ACTIVITÉ 1 : Etudier un alternateur de bicyclette
Une bicyclette est parfois équipée d’un alternateur qui génère une
tension électrique permettant d’allumer le phare avant et le feu
rouge arrière lorsque son galet est mis en contact avec la roue.
1. Observer un alternateur de bicyclette démonté. Quels sont les deux
éléments fondamentaux dont il constitué ?
Un alternateur est constitué d’un aimant et d’une bobine.
2. On relie cet alternateur à une lampe. La lampe brille-t-elle ?
Non, la lampe ne brille pas.
Que faut-il faire pour que l’alternateur fournisse du courant électrique ?
Il faut faire tourner le galet, ce qui entraîne l’aimant de l’alternateur.
3. Relier une pile qui est un générateur de tension continue, à un
voltmètre à « zéro central ».
Que fait l’aiguille du voltmètre ?
L’aiguille du voltmètre dévie.
Si l’aiguille du voltmètre dévie vers la droite, la tension mesurée est
positive, sinon elle est négative. Quel est votre cas ?
La tension mesurée est ………………………
* Réponse liée à l’observation que fait l’élève
Inverser les connexions aux bornes de la pile.
Que se passe-t-il ?
L’aiguille du voltmètre dévie dans l’autre sens.
De quel signe est maintenant la tension ?
La tension est maintenant ……………………
* Réponse liée à l’observation que fait l’élève
4. Relier l’alternateur de bicyclette au voltmètre et faire tourner lentement l’aimant par l’intermédiaire
du galet. Que remarquez-vous ?
L’aiguille dévie tantôt vers la droite, tantôt vers la gauche.
Physique – Chimie
LA PRODUCTION D’ELECTRICITE DANS LES
CENTRALES ; L’ALTERNATEUR
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Prénom :
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