Activité 1 : La production de l`énergie électrique

Elect 1 Activité 1 : La production de l'énergie électrique
La production de l'énergie électriqueLa production de l'énergie électrique
La production de l'énergie électrique
Choisis un mode de production de l'énergie électrique parmi les suivants et surligne-le :
● centrale hydraulique
● centrale nucléaire
● centrale thermique à flamme
● éolienne (aérogénérateur)
Visualise l'animation correspondante (dossier « centrales électriques » ou site :
http://www.discip.ac-caen.fr/phch/college/troisieme/exos_interactifs/centrales_web/co/centrales.html ) ou
aide-toi du livre (p. 116 à 119).
Tu dois schématiser le dispositif correspondant et rédiger un texte d'une dizaine de lignes
pour expliquer la production de l'énergie électrique.
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Après présentation des différents modes de production, indique l'élément commun à tous.
Toutes les centrales électriques possèdent .....................................................................
1

La production d'électricité d'origine hydraulique
Schéma à légender avec les mots suivants : pylône, barrage, turbine, conduite forcée,
alternateur, lac de retenue.
La production d'électricité dans une centrale thermique à flamme
Schéma à légender avec les mots suivants : chaleur, vapeur, lumière, alternateur, courant
électrique, turbine.
Compléter le texte à l'aide des mots
suivants : brûler, vapeur, chaudière,
alternateur, lignes, énergie électrique,
eau, turbine.
Pour produire de l'électricité dans une
centrale thermique à flamme, on
fait ................................. un combustible,
charbon ou pétrole, dans une sorte de
grosse .................................. La chaleur
dégagée permet de chauffer de
l'................, qui se transforme
en ................................ Celle-ci est
envoyée sur la ........................., couplée
à un ....................................... qui
produit l'................................................
A la sortie de la centrale, l'électricité est envoyée sur le réseau de transport, c'est-à-dire
des ............................ à haute tension.
Énergie et production d'électricité
Pour produire de
l'énergie électrique,
il faut faire tourner
une turbine reliée à
un alternateur.
Complète le schéma
ci-contre en écrivant
ce qui fait tourner la
turbine.
2

Relie chaque centrale électrique à la source d’énergie qui est utilisée ; puis relie la source
d’énergie à la forme d’énergie stockée.
Centrale Source
d’énergie Forme d’énergie
stockée
Centrale thermique à flamme Uranium  Energie chimique
Eolienne Pétrole, gaz,
charbon  Energie de position
Centrale hydraulique Vent  Energie cinétique
Centrale thermique nucléaire Eau  Energie nucléaire
Colorie en vert les sources d’énergie renouvelable, en rouge les sources d’énergie non
renouvelable.
Elect 1 Activité 2 : Quelques documents
Quelques documentsQuelques documents
Quelques documents
I. L’éolienne d’Iffendic
En 2006, une éolienne est venue s’intégrer dans nos paysages. Des années
de démarches administratives, pour que la SARL AVEL-IF composée de Loïc
et Chantal LEPAGE et Nathalie LECOQ, voit leur projet au grand jour.
L’éolienne d’Iffendic, ce sont :
• 80 mètres de haut,
• un pc qui surveille depuis
l’Allemagne son bon
fonctionnement,
• une hélice entraînée en
rotation par la force du vent (Eole
= dieu du vent de la Grèce
antique) qui permet la production d’énergie mécanique ensuite
transformée en énergie électrique en tout lieu suffisamment venté.
C’est très schématiquement celui de la génératrice de vélo qui serait
entraînée par une hélice tournant grâce au vent.
Quelques chiffres :
• Production annuelle estimée : 3
960 000 kW (soit la
consommation d’environ 1 500
foyers hors chauffage)
• Puissance nominale : 2 000 kW
• Longueur Pales : 41 mètres au
nombre de 3
• Mât : hauteur du moyeu : 80
mètres
• Toutes les fonctions de
l’éolienne sont commandées et
contrôlées en temps réel par
microprocesseur. Le système de
contrôle commande est relié par
fibre optique aux différents
capteurs.
• Tous les sous-ensembles de la
machine sont prévus pour
supporter des températures
jusqu’à -40°C, la neige, le givre
et la glace.
Fonctionnement :
Reprenant le principe
de fonctionnement des moulins à vent, les éoliennes constituent actuellement
un mode de production d'énergie électrique en plein développement.
L'avantage le plus évident de ce type de centrale électrique est évidemment
le caractère inépuisable de l'énergie qu'elle utilise. On parle alors d’énergie
renouvelable.
Une éolienne comporte en général une hélice à trois pales reliée à un
rotor. Les pales peuvent être orientées en direction du vent.
Le rotor est relié à un multiplicateur (un système d'engrenages) destiné à
augmenter la vitesse de rotation. L'alternateur demande en effet une vitesse
de rotation élevée pour fonctionner.
Le multiplicateur entraîne un alternateur qui génère une tension
alternative sinusoïdale.
3

1) Quelle est la forme d’énergie produite par l’hélice de l’éolienne ? ..................................................
2) Quelle est la partie de l’éolienne qui permet la transformation de cette énergie
mécanique en énergie électrique ? ……………………………………............................
II. Un alternateur, une machine tournante
L'alternateur est une machine tournante destinée à produire
une tension alternative sinusoïdale. Son fonctionnement est proche
de celui d'une génératrice de bicyclette à cette différence près qu'il
peut peser plusieurs dizaines de tonnes.
Les alternateurs sont couplés à la
turbine dans les centrales thermiques (à
flamme ou nucléaire) et dans les
centrales hydrauliques. Dans le cas
d'une éolienne, l'hélice entraîne
l'alternateur par l'intermédiaire d'un
système d'engrenages (système de transmission).
La génératrice de bicyclette est en fait un petit alternateur très
simple.
Les alternateurs des centrales électriques fonctionnent selon un principe très proche. Seules
leurs masses et leurs dimensions les distinguent de cette génératrice.
Elect 1 Activité 3 : Les conversions d'énergie dans un alternateur
Les conversions d'énergie dans un alternateurLes conversions d'énergie dans un alternateur
Les conversions d'énergie dans un alternateur
Principe de fonctionnement de quelques centrales
Dans tous les cas, les vibrations de la turbine ou de l’hélice et les frottements des éléments en
mouvement sur les pièces fixes produisent un échauffement. Ainsi, une partie de l’énergie mécanique
est transformée en énergie thermique. Cette énergie n’est pas utilisée, on dit souvent qu’elle est
« perdue ».
Indique pour chaque type de centrale schématisée d’où provient l’énergie qui permet la mise en
rotation du rotor.
……………………........……………………………………………………………………………...
…………………………........………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………………...
Diagramme de conversion d’énergie
Complète le diagramme en utilisant les expressions suivantes : énergie thermique, énergie
mécanique, énergie électrique, alternateur.
4
Fig. 2 Modélisation d’une centrale
thermique
Fig. 1 Modélisation d’une centrale
hydraulique
Fig. 3 Modélisation d’une éolienne
Stator d’un alternateur industriel
Rotor d’un alternateur industriel
……………………..
……………………...
……………….
…………………………
…………………………
……………………..
……………………...

Elect 1 Activité 4 : Le rôle de l'alternateur
Le rôle de l'alternateurLe rôle de l'alternateur
Le rôle de l'alternateur
1) Réalise un montage permettant d’allumer une lampe avec un alternateur de bicyclette.
2) Mesure de la tension aux bornes de l'alternateur
Quel est l'appareil utilisé pour mesurer la tension ? ..................................................................
Quelles sont les bornes et le calibre à utiliser ? .........................................................................
Schématise ci-dessus le montage permettant de mesurer la tension aux bornes de
l'alternateur puis réalise-le. Que peut-on dire de la tension aux bornes d'un alternateur ?
.................................................................................................
.................................................................................................
3) Observe attentivement la photo d’alternateur de bicyclette ci-
contre puis associe à chaque numéro une légende :
….. : rotor (aimant permanent), élément tournant
.…. : galet d’entraînement
….. : stator (bobine et lames métalliques)
….. : carcasse métallique
Elect 1 Activité 5 : Principe
PrincipePrincipe
Principe de l'alternateur
de l'alternateur de l'alternateur
de l'alternateur
Sciences in English
Michael Faraday was a British chemist and physicist
who contributed significantly to the study of
electromagnetism and electrochemistry.
Michael Faraday was born on 22 September
1791 in south London. His family was not well off* and Faraday received
only a basic formal education. When he was 14, he was apprenticed to a
local bookbinder* and during the next seven years, educated himself by
reading books on a wide range of scientific subjects. In 1812, Faraday
attended four lectures* given by the chemist Humphry Davy at the Royal
Institution. Then Faraday wrote to Davy asking for a job as his assistant. Davy turned him down* but
in 1813 appointed him* to the job of chemical assistant at the Royal Institution.
A year later, Faraday was invited to accompany Davy and his wife on an 18 month European
tour, taking in France, Switzerland, Italy and Belgium and meeting many influential scientists. On their
return in 1815, Faraday continued to work at the Royal Institution, helping with experiments for Davy
and other scientists. In 1821 he published his work on electromagnetic rotation (the principle behind
the electric motor). In 1831, he carried out* a historic experiment which marked the beginning of
electricity. He activated a magnet near or in the middle of a coil*. The needle of the compass
started moving, which proved that an electric current was flowing in the closed circuit.
D'après le site http://www.bbc.co.uk/history/historic_figures/faraday_michael.shtml
Aide à la compréhension du texte :
well off: aisé, fortune
turned him down : l'a refusé
bookbinder : relieur
appointed him : l'a nommé
attended four lectures : a
assisté à 4 conférences
he carried out : il a mené
coil : bobine
Questions sur le texte
5
1) Schéma du montage Observations : 2) Schéma du montage
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2
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4