Les énergies renouvelables

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Annales corrigées
Classe(s) : 3e | Thème(s) : L'énergie et ses conversions - La planète Terre, l’environnement et l’action humaine
Type : Sujet complet | Année : 2017 | Académie : Pondichéry

Pondichéry • Mai 2017

physique-chimie et svt • 50 points

Les énergies renouvelables

1. physique chimie • une centrale éolienne

Dans certaines zones du sud de la France particulièrement venteuses, on peut observer de nombreux champs d’éoliennes qui produisent une énergie électrique dite renouvelable. Nous allons voir ici pourquoi ce choix n’a pas été fait à grande échelle.

1. Dans l’image ci-dessous, on recense différents types d’énergies renouvelables.

Les nommer et associer à chacun une source d’énergie.

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2. On s’intéresse au fonctionnement d’une centrale éolienne.

Sous l’action du vent, les pales de l’éolienne entraînent l’alternateur en rotation, qui produit alors un courant alternatif.

Les éléments en mouvement subissent un échauffement, ainsi, une partie de l’énergie mécanique est transformée en énergie thermique dite « perdue », car elle n’est pas utilisée.

Reproduire et compléter la chaîne énergétique suivante en choisissant parmi ces mots ou groupes de mots (utilisables plusieurs fois) : énergie cinétique • énergie électrique • énergie mécanique • énergie potentielle • énergie thermique • énergie lumineuse • alternateur • eau • vent

sci3_1705_12_00C_02

3. a) On considère une masse d’air de 1 kg, dont la vitesse passe de la valeur 3 m/s à 9 m/s.

En s’appuyant sur un calcul, dire si l’énergie cinétique de la masse d’air :

A. reste la même.

B. est multipliée par 3.

C. est multipliée par 9.

b) Le physicien allemand Albert Betz affirme que 60 % seulement de l’énergie cinétique du vent est transformée en énergie mécanique au niveau des pales. On donne dans le tableau ci-dessous la valeur annuelle, en mégawattheures (MWh), des énergies intervenant dans la chaîne énergétique d’une éolienne.

Vérifier par un calcul l’affirmation du physicien allemand Betz.

Énergie cinétique du vent

(en MWh)

Énergie mécanique produite

(en MWh)

Énergie électrique produite

(en MWh)

17 530

10 510

4 030

4. a) La consommation électrique française annuelle est égale à 478 200 GWh.

Sachant que la production électrique annuelle d’une éolienne est de 4 030 MWh et que la surface minimale nécessaire à son installation est de 24 hectares, évaluer par un calcul la surface qu’occuperait un parc éolien répondant aux besoins de la consommation française.

Donnée : 1 gigawattheure (GWh) = 1 000 MWh.

b) Expliciter, en apportant au moins deux arguments, pourquoi l’énergie éolienne ne peut pas être le seul choix pour répondre aux besoins croissants en électricité.

Donnée : valeur moyenne de la surface d’un département S = 2 850 000 hectares.

2. svt • les choix énergétiques

On s’intéresse à l’approvisionnement énergétique de quelques villes françaises.

document 1 Quelques définitions concernant les trois types d’énergie

Une énergie non renouvelable désigne l’énergie que l’on produit à partir de la combustion de matières premières fossiles d’origine organique (issues d’êtres vivants) : le pétrole, le charbon et le gaz naturel. Elle n’est pas renouvelable à l’échelle d’une vie humaine.

Une énergie renouvelable est une ressource énergétique dont le renouvellement naturel est assez rapide pour qu’elle puisse être considérée comme inépuisable à l’échelle d’une vie humaine. L’énergie solaire (produite à partir du soleil), l’énergie éolienne (produite à partir du vent), l’énergie géothermique (produite par l’activité interne de la Terre), l’énergie provenant de la biomasse (produite à partir de la matière organique des êtres vivants) et l’énergie hydraulique (produite à partir de la force de l’eau) sont des types d’énergie renouvelable.

L’énergie nucléaire est une énergie qui provient du noyau des atomes.

document 2 Estimation de la part de différents types d’énergie dans l’approvisionnement énergétique mondial

2010

2020

2035

Énergies non renouvelables

Pétrole

Charbon

Gaz

81 %

80 %

74 %

Énergie nucléaire

Nucléaire

6 %

5 %

6 %

Énergies renouvelables

Géothermique

Solaire

Provenant de la biomasse

Hydraulique

13 %

15 %

20 %

document 3 Cartes de la répartition du débit géothermique, de la moyenne de l’ensoleillement et de la vitesse des vents en France

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Carte de la répartition du débit moyen d’énergie géothermique issue des profondeurs de la Terre, mesurée en surface de la Terre pour 1 m² (en mW)

sci3_1705_12_00C_04

Carte de la moyenne de l’ensoleillement (en heures par année)

sci3_1705_12_00C_05

Carte de la vitesse moyenne des vents (en m/s)

document 4 Les avantages et les inconvénients de trois énergies renouvelables

Énergies

Géothermique

Solaire

Éolienne

Avantage

Ressource inépuisable à l’échelle d’une vie humaine

Inconvénients

Une centrale géothermique n’est installée qu’à partir d’un débit d’énergie en surface suffisant (supérieur à 120 mW/m²)

Certains panneaux solaires ne sont pas rentables si la durée d’ensoleillement ne dépasse pas 1 800 heures de soleil par an

Une éolienne ne produit pas d’électricité si la vitesse du vent est inférieure à 7,5 m/s

1. En vous appuyant sur les données du document 2, comparer l’évolution de la part des différents types d’énergie dans l’approvisionnement énergétique entre 2010 et 2035.

2. À partir des informations des documents 3 et 4, citer (sans justifier) la ou les énergies renouvelables les plus pertinentes pour les trois villes françaises suivantes : Strasbourg, Brest et Marseille.

3. À partir des documents 1 à 4, proposer une solution à l’approvisionnement énergétique de la ville de Reims. Justifier votre réponse.

Les clés du sujet

Exercice 1 : physique-chimie

Comprendre les documents

Il n’y a pas de document à proprement parler dans cet exercice. Le schéma de la question 1. indique les énergies à énumérer. Inspire-toi de ce schéma pour donner les sources des énergies demandées.

Utilise les courts textes avant chaque question pour y répondre. Ces textes contiennent des informations que tu dois saisir pour effectuer tes calculs, comme par exemple le tableau de la question 3. b).

Répondre aux questions

1. Tu peux faire un tableau pour répondre à cette question. Ne cite qu’une seule source pour chaque énergie.

2. Rappelle-toi ton cours, il y a toujours des pertes.

3. a) Utilise la formule de l’énergie cinétique.

b) Il s’agit d’effectuer un calcul de pourcentage. Utilise les valeurs données dans le tableau.

4. a) Il te faut calculer le nombre des éoliennes : utilise les énergies.

b) Compare la surface trouvée en 4. a) avec S, c’est l’un des arguments. Pour le second, souviens-toi de ton cours ou utilise la question 3. b).

Exercice 2 : SVT

Comprendre les documents

Le document 1 contient les définitions des énergies renouvelables et non renouvelables.

Le tableau du document 2 permet de connaître l’évolution prévue des types d’énergies utilisées au niveau mondial de 2010 à 2035.

Le document 3 présente la répartition des ressources géothermiques, éoliennes (vitesse moyenne des vents) et solaires (ensoleillement) du territoire français.

Le tableau du document 4 présente les avantages et inconvénients des trois énergies renouvelables (géothermie, solaire et éolienne) afin de connaître leur intérêt.

Répondre aux questions

1. Il faut utiliser les chiffres du document 2 pour mettre en évidence l’évolution des apports des différents types d’énergie.

2. Après avoir localisé chaque ville sur les trois cartes, tu peux savoir si le type d’énergie est exploitable à cet endroit (doc. 4) et dire quelle est celle qui est la plus pertinente.

3. Pour la ville de Reims, tu dois regarder si une énergie renouvelable peut être utilisée de façon rentable ou s’il faut recourir à une forme d’énergie non renouvelable.