Partie 1 • Une centrale solaire photovoltaïque

▶ 1. a) Une cellule photovoltaïque est constituée de silicium, un matériau semi-conducteur. Lorsqu'il est éclairé par la lumière solaire, les électrons de valence du silicium se mettent en mouvement et engendrent un courant électrique : c'est l'effet photovoltaïque. Le silicium devient ainsi un conducteur.

b) La lumière est constituée de photons qui sont des « grains » ou des « paquets d'énergie » : c'est cet aspect qui est mis en jeu dans ce phénomène. Cette énergie « arrache » les électrons de la bande de valence d'un semi-conducteur qui, devenus mobiles, constituent un courant électrique et rendent ce matériau conducteur.

▶ 2. a) Il faut calculer le nombre de panneaux N sachant que 47 000 de ces panneaux occupent 17 ha. On effectue un produit en croix :

N = $\frac{\text{86 }\times \text{ 47 000}}{17}$ = 237 765 = 2,4 × 10⁵

Il faut donc environ 2,4 × 10⁵ panneaux. (On donne le résultat avec 2 chiffres significatifs.)

b) On constate que N est très différent du nombre réel de panneaux installés en Chine : N > 160 000. Nous pouvons émettre l'hypothèse que les panneaux installés en Chine fournissent une puissance bien plus élevée que les panneaux français. Ainsi, 160 000 panneaux fourniraient les 40 MW souhaités en « n'occupant que » 86 ha de surface. On peut s'interroger également sur la taille des panneaux. La proportionnalité n'est donc pas de rigueur ici.

▶ 3. 

D'après le document 2, les panneaux des centrales photovoltaïques (PV) flottantes ou terrestres ne contiennent pas de terres rares, ressources épuisables sur Terre. Ils contiennent certes des métaux comme l'argent, l'aluminium et le cuivre, mais ces métaux sont extraits des panneaux et réutilisés. Le recyclage des panneaux ne serait donc plus un problème.

L'énergie solaire est aussi durable et décarbonée car les panneaux PV vivent environ 30 ans et effacent leur empreinte carbone au bout de 3 ans. Les centrales PV flottantes ont un rendement de 5 à 10 % plus élevé que les centrales PV terrestres car les cellules fonctionnent dans un environnement plus frais du fait de la proximité de l'eau. De même, l'eau réfléchit la lumière solaire plus qu'un sol, ce qui apporterait une énergie lumineuse plus élevée et améliorerait encore plus le rendement des centrales flottantes.

Néanmoins quelques arguments s'opposent à l'exploitation de ces centrales :

L'énergie solaire est intermittente et n'est pas toujours disponible.

Le rendement des centrales photovoltaïques flottantes est amélioré mais de façon générale, le rendement de ces centrales reste faible : 20 % environ.

De plus, comme on le constate dans le document 3, ces centrales flottantes occupent une surface considérable et pourraient perturber l'écosystème (en apportant plus d'ombre, par exemple) et les fonds des plans d'eau qui les accueillent.

L'énergie photovoltaïque flottante n'est donc pas une solution tout à fait optimale pour résoudre le problème de la transition énergétique.

Partie 2 • Le smart grid

▶ 4. a) Le graphique permet de voir qu'il y a corrélation négative entre la consommation d'électricité et la température extérieure, puisque l'on trouve une droite d'ajustement qui semble convenable.

b) La pente de la droite est donnée par :

$\begin{array}{c}\frac{\text{Δ}y}{\text{Δ}x}=\frac{\text{variation de consommation électrique}}{\text{variation de température}}\\ =\frac{\text{5,1 }\times {\text{ 10}}^3-\text{ 8,6 }\times {\text{ 10}}^3}{\text{15 }-\text{ 1}}=-\mathrm{2,5}\times {10}^3\end{array}$

La consommation électrique augmente en moyenne de 2,5 × 10³ MW lorsque la température baisse de 1 °C.

c) La consommation d'électricité est liée à la température extérieure : plus il fait froid, plus on consomme d'électricité. Le smart grid qui doit ajuster le flux d'électricité en temps réel s'aide donc d'informations météorologiques et de capteurs pour adapter la production à la demande.

▶ 5. a)

b) La valeur du tableau correspondant à la dénomination « vrais négatifs » est 8 550.

La valeur du tableau correspondant à la dénomination « faux positifs » est 450.

c) Dans la situation considérée, le technicien se déplace 1 350 fois. L'anomalie est réelle dans 900 cas. Le technicien se déplace donc pour une anomalie réelle à une fréquence de $\frac{900}{\text{1 350}}=\frac{2}{3}\approx \mathrm{0,67}\approx 67\text{\%}$.

▶ 6. a) Le nouveau tableau est le suivant :

La valeur prédictive positive est environ 0,27 car $\frac{180}{670}\approx \mathrm{0,27}$.

Le technicien se déplace alors pour une anomalie réelle dans seulement 27 % des cas, soit beaucoup de déplacements inutiles !

b) Quand le réseau devient performant, le test n'est plus adapté : dans cette situation, le technicien se déplace inutilement environ 3 fois sur 4. Il va donc falloir faire évoluer le test pour le rendre plus pertinent.

On peut également remarquer que, quand le nombre d'anomalies est divisé par 5, le nombre d'interventions du technicien n'est divisé que par 2 (environ).