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L’énergie 1- La notion d’énergie Le mot énergie vient du grec et signifie « for

L’énergie 1- La notion d’énergie Le mot énergie vient du grec et signifie « force en action » c’est à dire « capacité à produire un mouvement ». La notion d’énergie n’est pas évidente à définir car l’énergie n’est pas perçue en tant que telle. Pour faire simple, l’énergie, c’est ce qu’il faut donner à des systèmes pour qu’ils fonctionnent, c’est-à-dire qu’ils fournissent un travail en vue de produire un effet. L’énergie existe sous diverses formes : cinétique, chimique, solaire, éolienne, houlographique, électrique, nucléaire, mécanique, potentielle, thermique. Grâce à l’apport d’énergie, des systèmes peuvent produire des rayonnements - visibles ou invisibles (ex : lampe torche, radio...), de la chaleur (plaques de cuisson, chauffe-eau solaire...), se mettre en mouvement (ex : alternateur, turbine, éolienne...)... On trouve dans le dictionnaire Larousse la définition suivante de l’énergie : Grandeur caractérisant un système physique, gardant la même valeur au cours de toutes les transformations internes du système (loi de conservation) et exprimant sa capacité à modifier l'état d'autres systèmes avec lesquels il entre en interaction. 2- Les transformations de l’énergie L’énergie est donc une grandeur mesurable, qui se manifeste au cours de ses transformations, c’est-à-dire au cours de son passage d’une forme à une autre. Exemple : dans la lampe torche, l’énergie chimique délivrée par la pile est transférée au filament de l’ampoule via la circulation d’un courant électrique. Ceci va provoquer l’échauffement du filament et son incandescence. L’énergie peut se transférer de 4 façons : - via le travail électrique - circulation d’un courant électrique (exemple précédent), - via le travail mécanique - via la chaleur - via le rayonnement L’énergie subit une chaîne de transformations lorsqu’elle passe d’un système à un autre, ou qu’elle est modifiée au sein d’un même système. Premier exemple : Dans notre monde moderne, nous consommons énormément d’énergie interne dans les réactions chimiques (combustion) ou nucléaires. Nous transformons cette énergie dans les moteurs thermiques en énergie mécanique. Nous utilisons cette énergie sous cette forme ou, après transformation, sous forme d’énergie électrique. 1 3- Principe de conservation de l’énergie Toute augmentation (ou diminution) d’énergie d’un système s’accompagne d’une diminution égale (ou augmentation égale) de l’énergie d’un autres systèmes. La création spontanée d’énergie n’existe pas. 4- Les sources d’énergie Une source d'énergie désigne tous les phénomènes à partir desquels il est possible de retirer de l'énergie. Ces sources d’énergie peuvent être naturelles (on parle de sources d’énergie primaires) ou artificielles. Dans ce dernier cas, on parle de sources d’énergie secondaires. L’énergie primaire est l’énergie disponible dans l’environnement et directement exploitable sans transformation. Étant donné les pertes d’énergie à chaque étape de transformation, stockage et transport, la quantité d’énergie primaire est toujours supérieure à l’énergie finale disponible. Les sources d’énergie primaire sont multiples : le pétrole brut ; le gaz naturel ; les combustibles solides (charbon, biomasse) ; le rayonnement solaire ; l’énergie hydraulique ; l’énergie éolienne ; l’énergie houlographique ; l’énergie géothermique ; l’énergie tirée des combustibles nucléaires. Il s’agit donc essentiellement d’énergie thermique et d’énergie mécanique. Ainsi, l’énergie mécanique produite par un moulin à vent est une énergie primaire. En revanche, si cette énergie mécanique est convertie en électricité, l’énergie électrique produite est considérée comme une énergie secondaire puisqu’elle est obtenue par transformation. Ces sources d’énergie peuvent être renouvelables ou non renouvelables. Les sources d’énergie non renouvelables sont les sources d’énergie qui disparaitront un jour car leurs stocks sur la Terre sont limités. Il s’agit des énergies fossiles et fissiles. Les énergies d’origine fossile sont celles provenant de la décomposition de la matière organique, essentiellement végétale, au cours de millions d’années. Il s’agit du charbon, de la tourbe, du lignite, de la houille, du pétrole, du gaz naturel. L’énergie fissile est celle issue de la fission d’un noyau atomique (en général de l’uranium). 2 Les sources d’énergie renouvelables dépendent d’éléments que la nature renouvèle en permanence. Elles sont considérées comme inépuisables : le soleil, l’eau, le vent, la chaleur, le bois, la biomasse. Production de l'électricité par centrales hydrauliques 1. Intérêts de l’énergie hydraulique : Bien que l'implantation d'une centrale requière des investissements lourds amortissables sur plusieurs décennies, son coût d'exploitation est faible. En effet l'énergie primaire est « gratuite » et constamment renouvelable. Les charges de fonctionnement des centrales hydrauliques sont en général moins élevées que celles des centrales thermiques. 2. Rôle régulateur : L’électricité ne peut être stockée à l’échelle industrielle, il faut donc constamment adapter la production à la demande, qui est aléatoire. Contrairement aux centrales thermiques, les turbines hydroélectriques peuvent démarrer en quelques minutes. Grâce à leur souplesse d’exploitation, les usines hydrauliques permettent de faire face dans un délai très court, aux variations de la consommation. Elles interviennent alors dans la régulation de la fourniture de l’énergie. 3. Principe de fonctionnement des centrales hydrauliques : L'eau accumulée dans les barrages ou dérivées par les prises d'eau, constitue une énergie potentielle disponible pour entrainer en rotation la turbine d’une génératrice. L'énergie hydraulique se transforme alors en énergie mécanique. Cette turbine accouplée mécaniquement à un alternateur l’entraine en rotation afin de convertir l'énergie mécanique en énergie électrique. La puissance disponible résulte de la conjonction de deux facteurs : - hauteur de la chute, - débit de la chute. 3 3.1. Puissance d’une chute d’eau : L’énergie potentielle est : W= M.g.h W : énergie potentielle en Joules, M : masse de l’eau en Kg, g : accélération de la pesanteur en m/s2 ( g = 9,81). h : hauteur de la chute d'eau en m. La puissance est : P= W/t P : puissance utile de la chute d'eau en W, t : temps. On peut alors calculer la puissance d’une chute d’eau en fonction de sa hauteur et de son débit : P=Mgh/t Or M=V.Mv donc P= (V.Mv.g.h)/t P= Q.Mv.g.h Avec : Q = V/t, débit de la chute d'eau en m3/s. Mv : masse volumique de l'eau en Kg/m3. 4 On voit que, pour avoir une puissance importante, le produit Q.h doit être le plus élevé possible. L'idéal est d'avoir un grand débit sur une grande hauteur de chute. Malheureusement ces deux conditions sont rarement réunies. Les termes Mv et g sont constants. Remarque : La masse volumique de l’eau est 1, donc 1 m3 correspond à une masse de 1000 kg. On obtient alors une expression de P en KW. P= Q.g.h 4. Les turbines : Comme pour les centrales thermiques, les alternateurs sont entrainés par des turbines. Celles-ci sont adaptées aux caractéristiques de la chute : hauteur, vitesse de l'eau, débit. Les usines de haute chute sont généralement équipées de turbines PELTON ou turbine à action : l'eau arrive en deux jets de forte pression contre le pourtour de la roue équipée de pales en forme de godets. 5 5. Centrales hydrauliques : 5.1. Centrales de hautes chutes: La hauteur de chute est supérieure à 200m. Il s'agit de centrale située en montagne (fort dénivelé sur de courtes distances). L'eau est retenue par des barrages et est évacuée par des conduites forcées vers la turbine. L'unité de production est éloignée du barrage. 5.2. Centrales de moyennes: La hauteur de chute est comprise entre 30m et 200m. L'unité de production est à proximité de la retenue. 5.3. Centrales de basses chutes: La hauteur de chute est inférieure à 30m. On les appelle aussi centrale au fil de l'eau. Elles sont caractérisées par une hauteur très faible et un très fort débit 5.4. Les usines de pompage, turbinage: Turbinage : l'alternateur produit de l'énergie électrique. Pompage : l'alternateur consomme de l'énergie pour remonter l'eau d'un bassin inférieur à un bassin supérieur. Les stations de transfert d'énergie par pompage fonctionnent sur le principe du recyclage de l'eau par pompage. 6 Le système comporte deux bassins, l'un au-dessus de la centrale et l'autre immédiatement en aval. En période de forte consommation (l'énergie est chère), l'eau contenue dans le bassin supérieur produit de l'énergie puis s'accumule dans le bassin inférieur. En période de basse consommation (l'énergie est bon marché), elle est remontée par pompage vers le bassin supérieur pour être ensuite réutilisée L’ENERGIE SOLAIRE 1- Les panneaux solaires L'énergie solaire se nourrit des rayons du soleil, pour chauffer de l'air emprisonné entre deux plaques qui va chauffer de l'eau, qui circule dans la maison. Cela sert aussi à chauffer un reservoir. 2- Les panneaux photovoltaïques L’énergie photovoltaïque se base sur l’effet photoélectrique: une borne négative et une borne positive, la lumière met en mouvement des électrons pour créer un courant électrique continu. Cette source de lumière est naturelle (soleil) donc renouvelable. 7 L’ENERGIE FOSSILE Un combustible fossile désigne un combustible produit à partir de roches issues de la fossilisation d'éléments organiques en : pétrole, gaz naturel et houille (charbon). Ces combustibles sont présents en quantité limitée et non renouvelables à l'échelle du temps humain. Le pétrole - Le charbon - Le gaz 8 Le Gaz : On se sert du gaz pour faire chauffer de l’eau car le gaz est un gaz qui s’enflamme. LE CHARBON: Le charbon est un combustible qui chauffe de l’eau, l’eau crée de uploads/s3/ energiecopmlet.pdf