Corrigés des exercices relatifs à l'objectif 1

CORRIGÉS DES EXERCICES
Corrigés des exercices relatifs à l'objectif 1
Catégoriser les différentes sources d'énergie et
distinguer les sources renouvelables des non renouvelables.
1.
a) Une source d'énergie est dite renouvelable si ses réserves ne s'épuisent
pas de façon significative dans l'échelle de temps de son exploitation
(échelle d'une vie humaine). On peut également dire qu'une telle source
se renouvelle aussi vite qu'elle est exploitée. 2.
a) L'énergie éolienne a pour origine le vent exploité en vue de la
production d'un courant électrique.
b) L'énergie géothermique a pour origine l'échauffement d'un fluide injecté
dans le sous-sol.
c) L'énergie de la biomasse a pour origine la combustion de la biomasse
(bois) ou des produits de sa transformation (éthanol, méthane...).
d) L'énergie hydraulique a pour origine les chutes d'eau exploitées en vue
de la production d'un courant électrique. 3.
Les réserves d'énergie fossiles se sont constituées en plusieurs millions
d'années. Il est donc évident qu'elles se renouvellent moins vite qu'elle
ne sont exploitées. 4.
a) On concentre les rayons du soleil avec des parois réfléchissantes sur le
récipient qui contient l'eau à chauffer (four solaire). On peut aussi
faire passer l'eau dans un tube noir exposé au soleil (panneau solaire).
On peut améliorer le dispositif en concentrant les rayons (avec des
surfaces réfléchissantes correctement orientées) sur les tubes noirs.
b) L'eau chauffée par les panneaux solaires est vaporisée sous pression ce
qui permet de faire tourner une turbine qui produit de l'électricité. 5.
On se sert de l'énergie nucléaire pour chauffer un liquide (souvent de
l'eau) qui est vaporisé. La vapeur (sous pression) fait alors tourner une
turbine qui produit de l'électricité. 6.
a) Il s'agit d'une transformation nucléaire : synthèse de l'hélium à partir
de la fusion de l'hydrogène au sein du Soleil.
l'hydrogène au sein du Soleil.
b) Les réserves d'hydrogène ne sont pas illimitées dans les étoiles. La
fusion de l'hydrogène devrait encore durer 8 milliards d'années pour
notre étoile selon les modèles d'évolution stellaire les plus récents. 7.
Les sources d'énergie domestiquées par l'homme dont l'origine n'est pas
solaire sont :
. L'énergie marémotrice. Elle a pour origine le déplacement des
masses d'eau océaniques résultant des interactions
gravitationnelles entre la Terre, la Lune et le Soleil.
. L'énergie géothermique. Elle a pour origine l'échauffement de la
croûte terrestre entretenu par la radioactivité d'éléments -
uranium, thorium, potassium - qui entrent dans la composition de la
Terre.
. L'énergie nucléaire. Elle a pour origine la formation de noyaux
fissiles, en particulier l'uranium, dans les étoiles antérieurement
à la formation de la Terre. 8.
L'énergie fossile est une source d'énergie d'origine solaire qui n'est pas
renouvelable. Elle a pour origine la formation, sur une échelle de temps
très longue (plusieurs millions d'années) de combustibles fossiles à partir
de végétaux enfouis. Les combustibles fossiles ne sont pas des énergies
renouvelables, les ressources étant consommées à une vitesse bien
supérieure à la vitesse à laquelle ces ressources sont naturellement
créées. 9.
L'énergie éolienne est liée au déplacement de masses d'air résultant du
rayonnement solaire.
10.
Le cycle de l'eau est à l'origine de l'énergie hydraulique. Le cycle de
l'eau est un modèle représentant les flux entre les grands réservoirs d'eau
liquide, solide ou gazeuse, sur Terre : les océans, l'atmosphère, les lacs,
les cours d'eau, les nappes souterraines, les glaciers. Le « moteur » de ce
cycle est l'énergie solaire qui favorise l'évaporation de l'eau et permet
les échanges entre les réservoirs. 11.
La formation de matière végétale sous l'action du rayonnement solaire
(photosynthèse), ou animale (métabolisme) est à l'origine de la biomasse.
La photosynthèse est un processus qui permet aux plantes de synthétiser de
la matière organique en exploitant l'énergie de la lumière du soleil. Les
besoins nutritifs de ces organismes sont du dioxyde de carbone, de l'eau et
des sels minéraux. La photosynthèse est la principale voie de
transformation du carbone minéral en carbone organique.
Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et
énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou
l'organisme vivant. 12.
L'énergie nucléaire ne peut pas être considérée comme une source d'énergie
renouvelable.
L'uranium (élément fissile utilisé dans les centrales nucléaire) est
présent dans toute l'écorce terrestre, surtout dans les terrains
granitiques et sédimentaires, à des teneurs d'environ 3 g par tonne. Ainsi,
le sous-sol d'un jardin sur un carré de 20 m de côté peut-il en contenir,
sur une profondeur de 10 m, environ 24 kg. Ce qui fait de l'ordre du
millier de milliards de tonnes rien que pour l'écorce terrestre, sans
compter le manteau. En termes de réserve mondiale, cependant, l'immense
majorité de cette masse est bien sûr inexploitable dans les conditions
économiques actuelles.
Les eaux douces en contiennent souvent aussi en diverses concentrations ;
dont par exemple le Rhône qui en charrie environ 29 tonnes par an,
provenant essentiellement du ruissellement des roches uranifères des Alpes.
Pourtant, en extraire de l'eau ne serait pas énergétiquement rentable.
Les gisements 3P (prouvées + probables + possibles) d'uranium étaient
estimées à 5,4 millions de tonnes dans le monde en 2009 réparties
essentiellement entre l'Australie (31 %), le Kazakhstan (12 %), le Canada
(9 %) et la Russie (9 %) ; la production mondiale s'est élevée quant à elle
à environ 50 000 tonnes en 2009 répartis entre le Kazakhstan (28 %), le
Canada (20 %), l'Australie (16 %), la Namibie (9 %), la Russie (7 %), le
Niger (6 %) et l'Ouzbékistan (5 %). A ce rythme, ces gisements seront
épuisés dans un siècle. 13.
Les panneaux solaires thermiques piègent la chaleur desabsorbent l'énergie
du rayonnements solaires, la transforment et la transfèrent thermiquement à
un fluide.
Les panneaux de cellules solaires photovoltaïques absorbent l'énergie du
rayonnement solaire, la transforment et la transfèrent électriquement à une
installation électrique (entre 10 et 20%) et thermiquement (entre 80 et
90%) à l'environnement.
convertissent la lumière en électricité. 14.
Le phénomène à l'origine de l'énergie géothermique est Échauffement
l'échauffement de la croûte terrestre entretenu par la radioactivité
d'éléments - uranium, thorium, potassium - qui entrent dans la composition
de la Terre.
Corrigés des exercices relatifs à l'objectif 2
Modéliser le fonctionnement d'un dispositif au moyen d'un diagramme
d'énergie. 15.
a) Diagramme de fonctionnement d'une centrale hydroélectrique : L'eau qui s'écoule, la turbine et l'alternateur chauffent le milieu
environnant, mais dans une moindre mesure.
b) Diagramme d'énergie d'une centrale hydroélectrique : Indique tous les
transferts utiles de l'énergie, ainsi que les principaux transferts
inutiles de l'énergie.
L'eau qui s'écoule, la turbine et l'alternateur transfèrent aussi
thermiquement de l'énergie dans le milieu environnant, mais dans une
moindre mesure.
Les transferts thermiques vers le milieu environnant sont des transferts
inutiles d'énergie. 16.
a) Diagramme de fonctionnement d'une installation électrique solaire : b) Diagramme d'énergie d'une installation électrique solaire : Indique tous
les transferts utiles de l'énergie, ainsi que les principaux transferts
inutiles de l'énergie. Les transferts thermiques vers le milieu environnant sont des transferts
inutiles d'énergie. 17.
a) Diagramme de fonctionnement d'une installation de chauffage solaire
(sans prendre en compte la chaudière d'appoint) :
Ce diagramme ne tient pas compte du circulateur qui permet de mettre en
mouvement le fluide dans le circuit primaire. Le circulateur consomme de
l'énergie électrique. b) Diagramme d'énergie d'une installation de chauffage solaire : Indique
Les transferts thermiques vers le milieu environnant sont des transferts
inutiles d'énergie. Il faut également considérer les pertes thermiques du
circulateur. 18.
a) Diagramme de fonctionnement d'une éolienne : b) Diagramme d'énergie d'une éolienne. Indique tous les transferts utiles
de l'énergie, ainsi que les principaux transferts inutiles de l'énergie. 19.
a) Le c?ur du réacteur contient le combustible (uranium) contenu dans des
gaines métalliques étanches et le reste de la cuve contient de l'eau.
b) Le circuit primaire du réacteur contient de l'eau à très haute pression,
ce qui l'empêche de bouillir. Le circuit secondaire contient de la vapeur
d'eau et de l'eau liquide.
c) Le condenseur permet de condenser la vapeur d'eau en eau liquide, mais
surtout permet au réacteur de fonctionner en continu.
d) L'eau du "nuage" qui sort de la cheminée de la centrale provient du
fleuve.
e) Diagramme de fonctionnement d'une centrale nucléaire. La turbine et l'alternateur chauffent le milieu environnant, mais dans
une moindre mesure.
Dans le diagramme du dispositif qui consiste à entraîner une turbine avec
la vapeur d'eau, il est p