UP | HOME

L'énergie

Thème 3 - Chapitre 2

Ce chapitre aborde les notions liées à l'énergie. Qu'est-ce que c'est ? Pourquoi on parle d'énergie renouvelable ? Que permet de faire l'énergie ?

Compétences et attendus   prof

Attendus

  • Identifier les différentes formes d’énergie.
  • Identifier les sources, les transferts et les conversions d’énergie.

Compétences

Qu'est-ce que l'énergie ?

Fiche scénario   prof

Attendus du bulletin officiel

  • Identifier les différentes formes d’énergie.
  • Identifier les sources d'énergie

Compétences du socle commun

D4/1.1
Décrire des phénomènes
D1.1/3.2
Lire et comprendre un document scientifique
D1.3/4.1
Représenter des données dans un tableau

Déroulé de la séance

Temps Prof Élèves
0 Faire rentrer les élèves Vont à leur place
2 min Fais s'asseoir  
3 min Fais l'appel Marquent le titre
    Marque les mots clés
6 min Interroge Donnent réponses
10 min Distribution de l'activité Mise en activité
15 min Réponse à la première question  
18 min Rappels critères pour faire un tableau  
30 min   Correction du tableau
35 min Indice pour trouver réponse suivante Mise en activité
45 min   Correction questions
50 min "Qu'est-ce qui a été appris ?"  

Positionnement et intention

Première activité sur l'énergie, à la suite de la séquence sur l'électricité.

La séquence précédente tournait principalement autour d'activités expérimentales sur les notions liées à l'électricité. La présente séquence a comme contexte principal la provenance de l'énergie électrique.

  1. Différences entre forme d'énergie et source d'énergie
  2. Conversion et transfert d'énergie
  3. Sources primaires renouvelable et non-renouvelable
  4. Situation à problème : présentation d'une centrale électrique
    • Quel source d'énergie
    • Diagramme énergétique

Brainstroming introductif   pres

Marque autant de notions possibles en rapport avec l'énergie dans le temps imparti.


3 min
180 s

    Source et forme d'énergie : quelle différence ?   AD

    Dans le chapitre précédent, tu as vu qu'un circuit électrique a besoin d'un générateur ou d'une pile pour que le courant circule dans le circuit.

    La pile est une source d'énergie. Elle transforme l'énergie qu'elle stocke en une autre forme d'énergie plus utile, sous la forme d'énergie électrique.

    Quelle est la différence entre une source et une forme d'énergie ?

    ID Compétence évaluée TB MS MF MI
    D4/1.1 Décrire des phénomènes        
    D1.1/3.2 Lire et comprendre un document scientifique        
    D1.3/4.1 Représenter des données dans un tableau        

    L'énergie est une grandeur physique qui reste constante. Elle n'est ni produite ni détruite, elle est seulement convertie d'une forme à une autre1.

    L'énergie permet de modifier l'état d'un système, soit : en le mettant en mouvement, en lui modifiant sa température, ou en lui permettant de se transformer chimiquement.

    La consommation d'électricité en France est passée de 389 TWh (Terawatt heure) en 2000 à 430 TWh en 20222.

    En 2022, 66,6 % de l'énergie électrique produite en France provient de centrales nucléaire, 19,7 % provient de centrales thermique, 6 % de barrages hydraulique, le reste provient de panneaux photovoltaïque et d'éoliennes3.

    Un barrage hydraulique, converti de l'énergie potentielle en énergie électrique en stockant de l'eau en altitude. L'énergie potentielle est ensuite transformée en forçant l'eau à s'écouler dans une turbine reliée à un alternateur, cette énergie est convertie en énergie électrique.

    Une centrale thermique transforme l'énergie chimique, stockée dans un matériau, en énergie électrique en brûlant un combustible. Quand le combustible brûle, son énergie permet la vaporisation de l'eau. La vapeur d'eau met en mouvement une turbine reliée à un alternateur qui génère de l'électricité.

    Une centrale nucléaire permet de convertir de l'énergie nucléaire, stockée dans des matériaux radioactifs, en énergie électrique sur le même principe qu'une centrale thermique.

    Une éolienne génère de l'énergie électrique à partir d'énergie cinétique transporté par une masse d'air en mouvement. La masse d'air met en mouvement les pales de l'éolienne ce qui fait tourner un alternateur.

    Un panneau photovoltaïque converti de l'énergie lumineuse rayonnée par le soleil en énergie électrique grâce à une interaction entre la lumière et la matière s'appelant effet photoélectrique.

    1. Dans la liste suivante, relie les différentes formes d'énergie au bon phénomène physique ou chimique.

      Énergie potentielle •   • l'altitude d'un corps
      Énergie chimique •   • la lumière
      Énergie cinétique •   • entités chimiques
      Énergie électrique •   • matériaux radioactifs
      Énergie lumineuse •   • le mouvement d'un corps
      Énergie nucléaire •   • corps chaud
      Énergie thermique •   • l'électricité
    2. Construit un tableau faisant correspondre un type de centrale avec une source d'énergie et la forme d'énergie stockée.
    3. Cite la source d'énergie la plus utilisée en France pour fournir de l'énergie électrique.

    4. Complète les définitions suivantes en utilisant les termes : classification, convertir, correspondre, exploité, forme d'énergie, phénomène mesuré, phénomène physique.

      1. Une source d'énergie est un (ou chimique) qui est pour une stockée en une autre plus utile.
      2. Une forme d'énergie est une qui permet de faire l'énergie au .

    5. Questions bonus

      ID Compétence évaluée TB MS MF MI
      D1.3/3.2 Utiliser les bonnes unités        
      D4/1.5 Faire un calcul        

      L'unité liée à l'énergie dans le système international des unités est la joule (J). Cependant d'autres unités sont utilisées selon le domaine d'application :

      le kilowatt-heure
      1 kWh = 3,6 MJ (mégajoule, 3,6 million de joules), surtout pour mesurer l'énergie électrique d'une centrale ;
      le terawatt-heure
      1 TWh = 1 milliard de kWh, surtout pour mesurer l'énergie électrique produite dans une année.
      1. Explique pourquoi la joule n'est pas utilisée pour mesurer l'énergie électrique produite dans un pays.
      2. Calcule le pourcentage d'énergie électrique provenant des panneaux photovoltaïque et des éoliennes.
        1. Cite la quantité d'énergie consommée en France en 2022 (en TWh).
        2. Détermine la quantité d'énergie générée (en TWh) par les centrales nucléaires en France en 2022.

    Critères de réussite   pres

    D4/1.1
    Décrire des phénomènes
    • Mes explications sont claires et argumentées en citant le texte ou mes connaissances
    • Mes définitions ont un sens
    D1.1/3.2
    Lire et comprendre un document scientifique
    • J'ai pu déterminer dans quel document se trouvait l'information correspondant à la question
    • J'ai trouvé où se situe l'information dans le document et je l'ai mise en valeur
    D1.3/4.1
    Représenter des données dans un tableau
    • J'ai tracé les traits au crayon à papier et à la règle
    • J'ai donné un titre aux colonnes (ou aux lignes)
    • J'ai respecté la consigne en classant les bonnes données

    Coups de pouce   aides

    Où chercher
    Pour chaque question, trouve quel document permet de trouver la réponse.
    Définition
    Relie bien ta phrase pour vérifier si elle fais sens.
    Skelette du tableau
    Type de centrale Source d'énergie utilisée Forme d'énergie stockée
    Barrage hydraulique Eau énergie potentielle
    Centrale thermique    
    Centrale nucléaire    
    Panneau photovoltaïque    
    Éolienne    

    Conversion d'énergie

    Comment fonctionne une centrale électrique ?

    Une centrale électrique produit de l'énergie électrique à partir d'une source d'énergie primaire. Dans la majorité des centrales, l'énergie électrique est produite par un dispositif commun, un alternateur.

    ID Compétence évaluée TB MS MF MI
    D4/1.1 Décrire un phénomène observé        
    D4/1.2 Élaborer un hypothèse        
    D4/1.3 Faire un diagramme        

    Les convertisseurs d'énergie sont des dispositifs qui permettent de convertir une forme d'énergie en une autre. Cette conversion peut être plus ou moins efficace selon les types de conversion. Une résistance, par exemple converti 100 % de l'énergie électrique reçue en énergie thermique. Une ampoule à filament converti seulement 5 % de l'énergie reçue en énergie lumineuse, le reste étant considéré perdu en énergie thermique.

    Pour la majorité des conversions, le taux de conversion utile est inférieur à 100 % ce qui indique qu'une partie de l'énergie entrante est aussi convertie en énergie thermique.

    Une forme d'énergie peut être transférée d'un objet à un autre. Par exemple, l'énergie lumineuse émise par le Soleil est transférée vers la Terre.

    1. Décris l'expérience de l'alternateur observée au tableau.
    2. Identifie la forme d'énergie transférée de l'alternateur à l'ampoule.
    3. Identifie les trois formes d'énergies mises en jeu dans la situation observée.
    4. D'après l'activité précédente, explique pourquoi il est trompeur de parler de "production" et de "perte" d'énergie.
      1. Explique si toute l'énergie convertie par l'ampoule peut s'observer sous forme de lumière.
      2. Même question pour l'alternateur.

    6. Un diagramme énergétique permet de représenter les transferts et les conversions d'énergie. Il est représenté de la manière suivante

      chaineE.png Modélise par un diagramme énergétique les conversions énergétiques de l'expérience étudiée.

    7. Défini l'expression conversion d'énergie.


    8. Question bonus sur les conversions et les transferts d'énergie

        1. Calcule le pourcentage d'économie d'énergie réalisé en passant d'un réfrigérateur classe A, qui consomme environ 113 kWh d'énergie électrique par an, plutôt qu'un réfrigérateur classe C, qui consomme 159 kWh par an.

          reponse

          Le pourcentage d'énergie est calculé en divisant 113 kWh par 159 kWh (ce dernier représentant 100%) puis en multipliant le tout par 100, soit

          \(\dfrac{113}{159} \times 100 = 71 %\)

        2. Calcule l'économie générée sur la facture électrique, sachant qu'en 2024 le coût de 1kWh est de 0,23 centimes.

          reponse

          Le réfrigérateur classe A coûte : 113 × 0,23 = 25,99 € par an. Le réfrigérateur classe C coûte : 159 × 0,23 = 36,57 € par an.

          L'économie sur la facture d'électricité est de 36,57 - 25,99 = 10,58 € par an.

    1. Une douche solaire permet de convertir l'énergie lumineuse, émise par le Soleil, en énergie thermique. Les rayons lumineux frappent l'enveloppe de la douche solaire.
      1. Modélise le diagramme énergétique correspondant.
      2. Identifie la forme d'énergie transférée de l'enveloppe jusqu'à l'eau.

    Tu peux retrouver sur la vidéo suivante les différentes conversions d'énergie pour acheminer l'électricité jusque dans les habitations : CEA - De la centrale à la ville.

    Je teste mes connaissances

    1. L'énergie ne peut être ni détruite ni créée
      1. Vrai
      2. Faux
    2. Une source d'énergie permet
      1. de convertir une forme d'énergie à une autre
      2. de stocker de l'énergie sous forme d'électricité
      3. de créer de l'énergie électrique
    3. Le Soleil est une source d'énergie
      1. électrique
      2. thermique
      3. solaire
      4. lumineuse
    4. L'énergie cinétique est une forme d'énergie liée à
      1. la lumière
      2. une transformation chimique
      3. un mouvement
      4. une réaction nucléaire

    Sources d'énergie renouvelable

    Brainstroming introductif   pres

    Donne une définition sommaire d'une énergie renouvelable.

    Qu'est-ce qu'une source d'énergie renouvelable ?

    La consommation mondiale en énergie à quadruplée depuis 19654.

    La demande en énergie électrique augmente de la même manière, et cette forme d'énergie est obtenue par conversion à partir d'autres formes d'énergie. Différentes ressources sont exploitées pour produire l'énergie électrique, mais ces ressources consommées peuvent être plus ou moins rapidement renouvelées.

    Pour ne pas épuiser les ressources en énergie, les ressources en énergie renouvelables sont de plus en plus utilisées. Elle sont soit continuellement disponibles, soit renouvelées à l'échelle d'une vie humaine.

    Source Soleil vent charbon pétrole eau
    Renouvellement immédiat immédiat 300 Ma 20 Ma immédiat

    L'uranium est le seul isotope fissile naturel. Il est utilisé dans les centrales nucléaires pour produire de l'énergie électrique. C'est un métal lourd présent dans la croûte terrestre, présent depuis la formation de la Terre.

    1. Indique, en justifiant, si les dispositifs suivants utilise de l'énergie renouvelable.
      1. Panneaux solaires
      2. Éoliennes
      3. Centrale thermique à charbon
      4. Centrale nucléaire
    2. La biomasse correspond, dans le domaine de l'énergie, à la matière végétale, animale ou fongique, utilisable comme source d'énergie. Les déchets tels que le fumier ou le composte, sont quelques sources utilisées. Explique si la biomasse est une ressource en énergie renouvelable ou non.

    3. La biomasse est principalement utilisée dans des centrales thermiques pour générer de l'énergie électrique. Le fonctionnement d'une centrale thermique est représenté sur le schéma suivant tiré du site collegephysiquechimie.fr - Centrale thermique.

      Le combustible est mis dans la chaudière (A), en brûlant la chaleur est transférée dans un compartiment contenant de l'eau (B) qui s'évapore. La vapeur d'eau se met en mouvement jusqu'à une turbine (C) faisant tourner un alternateur. La vapeur d'eau se liquéfie dans un condenseur (E) pour revenir ensuite dans le compartiment (B).

      centrthermique.jpg
      1. Représente par un diagramme énergétique les conversions d'énergie de la centrale thermique.
      2. Indique un problème que peut poser l'utilisation de la biomasse.

    Des centrales électriques pas comme les autres

    ID Compétence évaluée TB MS MF MI
    D1.3/4.1 Faire un tableau à partir de documents        
    D4/1.3 Faire une chaîne énergétique        
    D4/1.2 Argumenter sa réponse en apportant les bonnes informations        

    À l'aide du cours et des documents suivants, réponds aux questions

    Chaque membre du groupe doit prendre des notes pour répondre aux questions, une seule feuille sera ramassée en fin de séance.

    Question
    Classe les données des trois centrales suivantes dans un tableau en indiquant : le nom de la centrale, la source d'énergie utilisée, la forme d'énergie de cette source.
    Question
    Explique si les sources d'énergies sont renouvelables ou non.
    Question
    Représente la chaîne énergétique de la centrale de la Rance en indiquant la source d'énergie, les formes ainsi que le nom des convertisseurs d'énergie.

    La centrale géothermique de Bouillante est située en Guadeloupe près du volcan de la Soufrière. L'eau de mer s'infiltre dans les failles souterraines provoquées par le volcan, pour atteindre un réservoir situé à 350 m de profondeur, puis chauffe à une température de 250 °C. Cette eau, une fois pompée en surface, se vaporise et fait tourner les turbines et les alternateurs.

    La centrale solaire thermodynamique de Thémis est située dans les Pyrénées-Orientales. Elle est constituée de 201 miroirs orientables géants qui concentrent les rayons du Soleil vers une tour contenant un fluide permettant de transporter la chaleur. Ce fluide transfert son énergie à un circuit d'eau. L'eau s'évapore puis actionne une turbine comme dans une centrale thermique classique.

    Usine marémotrice de la Rance est située sur l'estuaire de la Rance en Ille-et-Vilaine. Elle est constituée de 24 turbines réversibles situées dans un barrage. Le mouvement de l'eau due aux marées permet de faire tourner ces turbines dans un sens pour les marées montantes et dans l'autre pour les marées descendantes.

    Aides et critères de réussite   aides pres

    Faire un tableau
    • J'ai tracé les lignes au crayon à papier et à la règle
    • J'ai mis un titre aux colonnes ou aux lignes
    • J'ai classé les bonnes données dans le tableau
    Argumenter sa réponse
    • J'ai fait des phrases en ajoutant des informations du cours ou des documents
    Coopération en classe
    • J'ai participé activement à l'écriture du compte rendu
    • J'ai échangé avec mon groupe uniquement en chuchotant
    • J'ai uniquement échangé avec les membres de mon groupe

    Notes de bas de page:

    1

    lorsque le système est isolé.

    2

    Source www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr

    3

    Source EDF

    4

    Source https://www.connaissancedesenergies.org/bp-statistical-review-world-energy-2020-les-chiffres-cles-de-lenergie-dans-le-monde-240426

    L'énergie, créé par E. Machefer, est sous licence CC BY-NC-SA 4.0