CH 04 LA PRODUCTION D`ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

CH 04
LA PRODUCTION D’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
Dans cette étude documentaire, vous devrez répondre à l'ensemble des questions à l'aide des
documents suivants présents sur le site de M. Braneyre :
a-
Dans la partie logiciel (3ème)
(http://sites.google.com/site/physiquechimiezola/Home/classe-de-3eme/logiciels-3eme-1)
Electricité :
Electricité :
Electricité :
les centrales électriques et la production d'énergie (Réalisé par P.Peter,
académie de Caen)
Panorama de l'électricité
Production d'énergie électrique à l'aide d'une bobine et d'un aimant
b-
Dans la partie cours (3ème)
Le document intitulé Documents CH04 La production d'électricité
(ce document est également présent au CDI)
c-
Dans la partie vidéo (3ème)
La vidéo sur l'alternateur de bicyclette et l'induction
d-
Et bien sur à l'aide de votre livre de la page 151 à 157
I-
LA PRODUCTION D'ÉLECTRICITÉ EN FRANCE
Q1 : Quels sont les 4 principaux moyens de production d'électricité en France ?
Q2 : Quels sont les sources d'énergies primaires utilisées dans les 4 principaux moyens
de production d'électricité en France ?
Réponses
Q1 : Les 4 principaux moyens de production d'électricité en France sont les centrales
thermique classique, les centrales thermique nucléaire, les centrales hydraulique
et les éoliennes.
Q2 : Les sources d’énergies primaires pour les différentes centrales sont :
Type de centrale
Source d’énergie
Centrale thermique classique
Centrale thermique nucléaire
Centrale hydraulique
Éoliennes
Charbon, pétrole et gaz naturel
Uranium (enrichi)
Eau
Vent
II- ÉTUDE DE DIFFÉRENTES CENTRALES
21- La centrale thermique classique (à flamme)
Q3 : Dans une centrale thermique classique, par quoi est entrainée la turbine ?
Q4 : Dans une centrale thermique classique, quelle sorte d'énergie primaire
utilise-t-on ?
Q5 : Après être passée dans la turbine, que devient la vapeur d'eau ?
Q6 : Où sont construites les centrales thermiques classiques ? Pourquoi ?
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Réponses
Q3 : Dans une centrale thermique classique, la turbine est entrainée par de la
vapeur d'eau
Q4 : La source d'énergie primaire dans une centrale thermique classique est
l'énergie fossile (pétrole, gaz, charbon)
Q5 : La vapeur d'eau est condensée en eau liquide
Q6 : Les centrales thermiques classiques sont construites au bords des fleuves ou
de la mer pour avoir de l'eau froide en grande quantité pour alimenter le
circuit de refroidissement
22- La centrale thermique nucléaire
Q7 :
Dans une centrale thermique nucléaire, par quoi est entrainée la
turbine ?
Q8 :
Dans une centrale thermique nucléaire, quelle sorte d'énergie primaire
utilise-t-on ?
Q9 :
Après être passée dans la turbine, que devient la vapeur d'eau ?
Q10 :
Où sont construites les centrales thermiques nucléaires ? Pourquoi ?
Réponses
Q7 : Dans une centrale thermique nucléaire, la turbine est entrainée par de la
vapeur d'eau
Q8 : La source d'énergie primaire dans une centrale thermique nucléaire est
l'uranium enrichi
Q9 : La vapeur d'eau est condensée en eau liquide
Q10 : Les centrales thermiques nucléaires sont construites au bords des fleuves
ou de la mer pour avoir de l'eau froide en grande quantité pour alimenter le
circuit de refroidissement
23- La centrale hydraulique
Q11 :
Dans une centrale hydraulique, par quoi est entrainée la turbine ?
Q12 :
Dans une centrale hydraulique, quelle sorte d'énergie primaire utiliset-on ?
Q13 :
Après être passée dans la turbine, que devient l'eau ?
Q14 :
Où sont construites les centrales hydrauliques ? Pourquoi ?
Réponses
Q11 :Dans une centrale hydraulique, la turbine est entrainée par de l'eau liquide
en mouvement
Q12 :La source d'énergie primaire dans une centrale hydraulique est l'énergie
mécanique de l'eau (l'énergie de l'eau est stockée sous forme d'énergie de
position dans le réservoir supérieure puis elle transformée en énergie
cinétique quand elle se met en mouvement dans la conduite forcée)
Q13 :L'eau liquide retourne dans le fleuve (ou la rivière) à l'aide d'un canal de
fuite
Q14 : Les centrales hydrauliques sont construites dans des endroits où il existe
des dénivelés importants (barrage dans les montagnes) où le long des
fleuves ayant un courant important (le Rhin, le Rhône)
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24- Conclusion
Q15- Quel est l'élément que toutes les centrales possèdent sauf la centrale
éolienne ?
Q16- Par quoi est remplacée la turbine dans les centrales éoliennes ?
Q17- Quelle ressemblance et quelle différence y a-t-il entre une centrale
thermique classique et une centrale thermique nucléaire ?
Q18- Quel est l'élément commun à toutes les centrales électrique ?
Réponses
Q15 :
Toutes les centrales électriques possèdent une turbine (roue
comportant des pâles) sauf les éoliennes. Dans les éoliennes, ce sont
les pâles qui font office de turbine.
Q16 :
Dans une centrale éolienne, la turbine est remplacée par les pales
Q17 :
Le principe de fonctionnement est le même dans les centrales
thermiques et nucléaires : la turbine est entraînée par la vapeur d’eau
sous pression. La différence est la source d’énergie utilisée.
Q18 :
Le seul élément commun à tous les types de centrales électrique est
l’alternateur
III- LES SOURCES D'ÉNERGIES PRIMAIRES
Q1 : Pourquoi les énergies fossiles (pétrole, charbon, gaz) et l’uranium ne sont pas
considérés comme renouvelables ?
Q2 : Quelles sont les différentes énergies renouvelables ?
Q3 : Quels problèmes peuvent engendrer ces différentes sources d'énergie ?
Réponses
Q1 : Les énergies fossiles (pétrole, charbon, gaz) et l’uranium ne sont pas considérés
comme renouvelables car leurs stocks s’épuisent au fil des années.
Q2 : Les énergies renouvelables sont les énergies dont les stocks se reconstituent ou
sont inépuisables. Les énergies renouvelables sont l’énergie hydraulique, le vent,
l’énergie solaire, la biomasse et le géothermie.
Q3 : L'exploitation de toutes les ressources énergétique pose des problèmes. Les
énergies fossiles (dont les ressources diminuent rapidement) favorise la libération
de gaz à effet de serre. L'énergie fissile (uranium enrichi) entraine la création de
déchets hautement radioactifs (qu'il faudra stocker pendant des milliers
d'années). Pour les ressources renouvelables se pose notamment le problème de
la dénaturation des paysages et le coût énergétique élevé pour la fabrication des
infrastructures et leur recyclages (panneaux solaires). En ce qui concerne les
barrages il faut aussi prendre en compte la modification des écosystèmes, la
modification du climat localement, les risques géologiques et les risques
d'inondation
IV- L’ALTERNATEUR
41- Comment un alternateur peut il "produire" de l'énergie électrique ?
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Q1 : Quels sont les principaux éléments constituant l'alternateur de bicyclette ?
Compléter le schéma
Q2 :
Q3 :
Q4 :
Q5 :
Q6 :
Qu'appelle-t-on le stator ? De quoi est il constitué ?
Qu'appelle-t-on le rotor ? De quoi est il constitué ?
Que se passe-t-il quand le rotor de l'alternateur est en mouvement ?
Que se passe-t-il quand le rotor de l'alternateur n'est pas en mouvement ?
Que faut-il donc pour que l'alternateur produise du courant électrique ?
Réponses
Q1 :
Parties de l’alternateur
Nom
A
Bobine de cuivre
B
Roue crantée ou galet
C
Axe de rotation
D
Aimant
E
Lamelles métalliques
Q2 : le stator est la partie fixe de l'alternateur. Dans le cas l'alternateur de
bicyclette, le stator est formé de la bobine de cuivre
Q3 : Le rotor est la partie mobile de l'alternateur. Dans le cas l'alternateur de
bicyclette, le rotor est formé de l'aimant
Q4 : Quand le rotor est en mouvement, on a "création" d'énergie électrique (la
lampe brille).
Q5 : Quand le rotor n'est pas en mouvement, on n'a pas "création" d'énergie
électrique (la lampe est éteinte).
Q6 : Pour que l'alternateur produise de l'énergie électrique (sous forme de
courant électrique), il faut que le rotor (aimant) de l'alternateur soit en
mouvement à proximité du stator (bobine de cuivre)
42- Comment "produire" une tension avec un aimant et une bobine ?
Q7- Y a-t-il une tension aux bornes de la bobine quand l'aimant est immobile ?
Q8- Y a-t-il d une tension aux bornes de la bobine quand l'aimant est en
mouvement ?
Q9- Le sens du courant dépend il du sens de déplacement de la bobine ?
Q10- L'intensité du courant dépend il de la vitesse de déplacement de l'aimant ?
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Réponses
Q7 : Il n'y a aucune tension aux bornes de la bobine
quand l'aimant est immobile devant la bobine.
Q8 : Un aimant en mouvement devant une bobine fait
apparaître une tension variable aux bornes de la
bobine.
Q9 : Si la tension est positive quand l'aimant se déplace
dans un sens, elle est alors négative quand
l'aimant se déplace dans l'autre sens.
Q10 :Plus l’aimant se déplace rapidement, plus la
valeur de la tension est grande.
43- Conclusion
Q11 : Que faut il pour qu'un alternateur produise du courant électrique ?
Réponse
Q11 :Pour produire du courant électrique, il faut que l'aimant (rotor) soit en
mouvement au voisinage de la bobine (stator).
V-
TRANSFERTS D’ÉNERGIE
51- L’énergie se perd-elle ?
Hatier 2008, Activité 7, p 135
Q1 : Que veut on dire par énergie "perdue" ?
Q2 : Pourquoi le fait de parler de "production" ou de "perte" d'énergie est il un
abus de langage ?
Q3 : Reformuler la phrase suivante : "un alternateur produit de l'énergie
électrique"
Réponses
Q1 : Par “énergie perdue”, on veut dire énergie non utilisable. Dans le cas de la
production d’énergie électrique, “l’énergie perdue” est l’énergie
thermique.
Q2 : On ne produit et on ne perd de l’énergie mais on transforme de l’énergie.
Une partie de l’énergie transformée est utilisable (“énergie produite”) et
l’autre partie n’est pas utilisable (“énergie perdue”)
Q3 : Un alternateur produit transforme de l’énergie de mouvement (Ec) en
énergie électrique et en énergie thermique. Au final, il y a conservation de
l’énergie
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52- Comment traduire les conversions d’énergie ?
Q4 : Compléter le schéma suivant traduisant le bilan des transformations
énergétiques réalisées par un alternateur à l'aide des mots suivants (énergie
mécanique, énergie électrique, énergie thermique et alternateur)
Énergie
mécanique
Alternateur
Énergie
Électrique
Énergie thermique
Hatier 2008, Activité 6, p 135
53- Conclusion
L’alternateur converti une énergie cinétique en une énergie utile (énergie
électrique) et en une énergie inutile (énergie thermique, vibrations, …). Au final,
il n'y a ni création, ni perte d'énergie : il y a conservation et transformation de
l'énergie.
VI- ÉTUDE D'UNE USINE PARTICULIÈRE : L'USINE MARÉMOTRICE DE LA
RANCE
Hatier 2008, p 142 et Bordas, Vento, 2008, p 122
http://www.youtube.com/watch?v=546O24OalOw
http://www.youtube.com/watch?v=SIQS6wkl-g8&feature=related
Q1 : Quelle source d’énergie l’usine marémotrice de la Rance utilise-t-elle pour fabriquer de
l’électricité ?
Q2 : En quelle année a commencé la construction de l’usine marémotrice de la Rance ?
Q3 : Qui a inauguré l’usine marémotrice et en quelle année?
Q4 : Pourquoi avoir choisi le site de la Rance ?
Q5 : Combien de turbines possède l’usine marémotrice ? Où sont elles placées ?
Q6 : Quelle caractéristique présentent les turbines de l’usine marémotrice de la Rance par
rapport aux turbines des autres centrales ?
Q7 : Quelle est la production d’électricité de l’usine marémotrice de la Rance ?
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Réponses
Q1 : L’usine marémotrice de la Rance utilise l’énergie des marées pour fabriquer de
l’électricité
Q2 : La construction de l’usine marémotrice de la Rance a commencé en juillet 1963
(auparavant, il a fallu assécher le site)
Q3 : L’usine marémotrice de la Rance fut inaugurée en 1966 par le Général De Gaulle.
Q4 : Le site de la Rance a été choisi pour 2 raisons. La hauteur des marées est de 13,50
mètres aux équinoxes (il faut au minimum 5 m de hauteur pour que l’usine marémotrice
fonctionne) et son grand réservoir d’eau (le bassin) qui permet de faire fonctionner
pendant un temps assez long les turbines.
Q5 : L’usine marémotrice possède 24 turbines (appelées groupes bulbes) d’une puissance
chacune de 10 000 kW. Ces turbines sont placées sous l’usine.
Q6 : Les pâles des turbines sont orientables ce qui permet un fonctionnement dans les 2
sens : à marée montante et à marée descendante.
Q7 : L'usine produit 600 millions de kWh par an, soit 3,5% de l'énergie électrique
consommée dans les 4 départements bretons, ce qui correspond à l'énergie consommée
par la ville de Rennes et de son agglomération.
LES INDISPENSABLES DU CHAPITRE 04
12345-
Connaître les différents types de centrales électriques qui existent
Connaître les points communs entre les différentes centrales électriques
Connaître la composition et le principe de fonctionnement d'un alternateur
Connaître les conversions d'énergie dans un alternateur
Connaître la définition d'une énergie renouvelable et savoir reconnaître les
énergie renouvelable.
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