La houle comme source d’énergie

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Annales corrigées
Classe(s) : 1re ES - 1re L | Thème(s) : Utilisation de l’énergie et optimisation de sa gestion - Utilisation de l'énergie et optimisation de sa gestion
Type : Partie 2 | Année : 2014 | Académie : Polynésie française
Corpus Corpus 1
La houle comme source d’énergie

Le défi énergétique

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Physique-chimie

20

Polynésie française • Septembre 2014

Le défi énergétique • 6 points

La ferme houlomotrice de la baie d’Audierne

La France souhaite développer l’utilisation des énergies marines (vent, houle, courant, marée) pour produire de l’électricité. Avec 2 730 km de côtes, la Bretagne dispose d’un potentiel naturel exceptionnel pour ce développement. Dans ce cadre, c’est au large de Plozévet, dans la baie d’Audierne, que la première ferme houlomotrice sera mise en service en 2017.


 
 Document 1 Le projet en baie d’Audierne

Il comporterait trois panneaux mobiles de 20 m et se situerait à 2 km des côtes, entre Penhors et Gwendez.

La ferme houlomotrice sera basée sur la technologie Waveroller. Concrètement, il s’agit de trois battants animés par la houle, le mouvement provoqué par les vagues produisant de l’électricité. Chaque battant a une puissance mécanique maximale de 1,0 MW et produit de l’électricité avec un rendement moyen de 50 % suivant les conditions de vagues sur le site. Les appareils sont situés entre 10 et 20 m de profondeur et à quelques centaines de mètres du rivage, là où la houle est la plus forte.


 

D’après www.letelegramme.fr

 Document 2

Les vagues océaniques sont constantes et les conditions océaniques peuvent être exactement connues plus de 48 heures à l’avance.

Par opposition, des prévisions exactes sur le vent ne sont disponibles que 5 à 7 heures à l’avance. Un autre facteur rendant l’énergie houlomotrice particulièrement attractive pour générer de l’électricité est sa forte densité de puissance, en comparaison avec la faible densité de puissance des énergies solaire ou éolienne.

D’après aw-energy.com

 

Comparaison des densités de puissance moyennes de diverses énergies renouvelables

Solaire

150 W/m²

Surface horizontale au sol

Éolien

400 W/m²

Surface verticale à 50 m de hauteur

Houle

2 500 W/m²

Surface verticale entre 0 et 20 m de profondeur

 

D’après www.ifremer.fr

 Document 3

Sur la façade atlantique française, la puissance moyenne transmise par les vagues est de l’ordre de 45 kW par mètre de ligne de côte. En intégrant ces données autour des îles britanniques, on obtient une puissance de l’ordre de 120 GW, soit environ quatre fois la demande électrique de ce pays. Pour la France, le même calcul conduit à une énergie annuelle de 417 TWh, très proche de la consommation électrique totale annuelle (480 TWh en 2012). Il s’agit là, bien sûr, d’ordres de grandeur globaux, qui montrent simplement que la récupération de quelques pourcents de cette ressource constituerait un appoint appréciable d’énergie.

D’après www.ifremer.fr

Données :

 

Tableau des préfixes du système international d’unités

Nom du préfixe

Symbole

Valeur

Méga

M

106

Giga

G

109

Téra

T

1012

 

>1. En vous appuyant sur vos connaissances, expliquez pourquoi l’énergie houlomotrice peut être qualifiée de renouvelable.

>2. À l’aide des données du document 1 et de vos connaissances, effectuez une étude énergétique de la ferme houlomotrice :

a) Calculez en mégawatts la puissance électrique maximale de la ferme houlomotrice et comparez-la à celle d’une éolienne « offshore », qui est de 1,7 MW.

b) Montrez que l’énergie électrique maximale que peut fournir la ferme houlomotrice pendant deux heures est égale à 3,0 MWh, puis calculez sa valeur en MJ sachant que 1 MWh est égal à 3 600 MJ.

c) En considérant que l’énergie électrique nécessaire à la charge d’une batterie de voiture électrique est de 0,10 MWh, calculez combien de batteries peuvent être chargées avec l’énergie produite par la ferme pendant deux heures.

>3. En vous basant sur le document 1, complétez le schéma ci-après de la chaîne énergétique d’un Waveroller.


 

>4. En vous basant sur les documents et sur vos connaissances, citez quatre arguments montrant l’intérêt de développer des fermes houlomotrices le long des côtes.

Les clés du sujet

Interpréter les questions

  • La question 1 vous demande de justifier que l’énergie houlomotrice est renouvelable.
  • Dans la question 2, vous devez procéder à trois calculs en vous aidant du document 1 et de vos connaissances.
  • La troisième question porte sur la chaîne énergétique de la ferme houlomotrice.
  • La question 4 vous demande de mobiliser vos connaissances et d’utiliser les documents pour argumenter en faveur du développement de telles fermes dans le monde.

Comprendre les documents

  • Le document d’introduction donne des informations sur la ferme de la baie d’Audierne en Bretagne.
  • Le document 1 explique le fonctionnement d’une ferme houlomotrice et donne le rendement de chacun des trois battants de cette ferme.
  • Le document 2 porte sur les deux raisons d’attractivité de l’énergie houlomotrice et compare celle-ci avec d’autres sources d’énergies renouvelables.
  • Le document 3 nous informe sur la quantité d’énergie produite en Grande-Bretagne et en France si toutes les côtes de ces pays s’ouvraient à de telles fermes.

Organiser les réponses

  • La première question fait appel à vos connaissances de cours et à la définition d’une énergie renouvelable.
  • Pour effectuer les calculs de la question 2. a), il faut extraire les informations de la fin du document 1 en tenant compte du rendement, car seuls 50 % de la puissance mécanique se transforment en puissance électrique. N’oubliez pas non plus qu’il y a trois panneaux.
  • Le calcul de la question 2. b) s’obtient en utilisant la formule de l’énergie que vous avez vue en classe ; n’oubliez pas de la donner avant d’effectuer le calcul.
  • La question 3. c) fait appel à votre logique, veillez à expliquer très rapidement votre calcul.
  • Complétez simplement la chaîne énergétique donnée en utilisant vos connaissances de cours pour répondre à la question 3.
  • Enfin, vous devez trouver quatre arguments en faveur du développement des fermes houlomotrices. Les documents vous fournissent les trois premiers, et la question 1 fournit le quatrième. Cette question ne demande pas de rédaction longue ni de justification, n’y consacrez donc pas trop de temps.
Corrigé
Corrigé

>1. L’énergie houlomotrice prend sa source du mouvement des vagues des mers et des océans. Les vagues existent depuis la formation des océans et continueront d’exister tant que le vent soufflera sur la planète. Cette source d’énergie peut donc être considérée comme inépuisable.

>2. a) La puissance mécanique d’un des battants est de 1,0 MW. Mais seuls 50 % de cette puissance se transforment en puissance électrique, donc 0,50 MW.

D’autre part, il y a 3 panneaux, la puissance électrique totale P des 3 panneaux sera donc : P = 3×0,50 = 1,5 MW.

On constate que cette puissance est du même ordre de grandeur que celle d’une éolienne offshore (1,7 MW), sans comporter la nuisance sonore et esthétique de cette dernière.

b) L’énergie électrique est donnée par : E = P × t avec, ici, t = 2 heures.

Donc :

E = P × t = 1,5 × 2 = 3,0 MWh

E = 3,0 × 3 600 = 10 800 MJ

c) L’énergie maximale fournie par la ferme est de 3,0 MWh, et chaque batterie nécessite 0,10 MWh. Le nombre total N de batteries que l’on peut charger à l’aide de la ferme est donc :

.

Il est possible de charger 30 batteries de voitures.

>3.


 

>4. Les quatre arguments montrant l’intérêt de développer des fermes houlomotrices sont les suivants :

  • Le fait que ces fermes utilisent les vagues océaniques, qui sont très constantes. D’autre part, les conditions océaniques sont connues plus de 48 h à l’avance, tandis que celles sur le vent ne sont disponibles qu’entre 5 à 7 h à l’avance.
  • La densité de puissance de l’énergie houlomotrice est de 2 500 W/m2. Cette densité est 6 fois supérieure à celle de l’éolienne, et plus de 16 fois supérieure à celle de l’énergie solaire, deux autres sources renouvelables que l’on souhaite développer.
  • En considérant que la puissance moyenne transmise par vague est de l’ordre de 45 kW/m de ligne de côte, de telles fermes peuvent apporter une puissance de 120 GW, ce qui équivaut à 4 fois la demande électrique d’un pays comme la Grande-Bretagne. Cela peut par ailleurs apporter une énergie annuelle de 417 TWh pour la France, couvrant ainsi presque toute l’énergie consommée par an. C’est donc une forme d'énergie non négligeable à l’échelle planétaire.
  • Cette énergie est renouvelable, ce qui la rend attractive par rapport à d’autres sources comme les énergies fossiles, qui s’épuisent au cours du temps.