Une station de transfert d’énergie par pompage

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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 : France métropolitaine
Corpus Corpus 1
Une station de transfert d’énergie par pompage

Le défi énergétique

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Physique-chimie

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France métropolitaine • Septembre 2014

Le défi énergétique • 6 points

 Document 1 Principe de fonctionnement d’une centrale STEP (Station de transfert d’énergie par pompage)

 

D’après www.connaissancedesenergies.org

 Document 2 Interaction entre nucléaire et STEP pour réguler les variations de consommation

 

>1. À partir du document 1 et de vos connaissances, expliquez, dans une centrale STEP, le principe du pompage dans le cas de la phase de stockage d’énergie (graphique de gauche). De même, indiquez en quoi le turbinage permet une restitution d’énergie (graphique de droite).

>2. Complétez le schéma énergétique ci-après.


 

>3. À partir des documents et de vos connaissances, expliquez l’intérêt d’une STEP dans la régulation de la production d’énergie électrique.

Les clés du sujet

Interpréter les questions

  • Dans la première question, on vous demande d’expliquer les deux principes utilisés dans une STEP, le pompage et le turbinage. Vous devez également expliquer pourquoi et comment le turbinage permet de restituer l’énergie dans une telle centrale.
  • Dans la deuxième question, il vous est demandé de donner le schéma énergétique de la centrale en la complétant dans l’annexe.
  • La troisième question vous demande d’utiliser les deux documents et de raisonner afin d’expliquer l’intérêt d’une centrale STEP pour réguler la production d’énergie. Il s’agit d’un questionnement ouvert.

Comprendre les documents

  • Le document 1 schématise le principe de fonctionnement d’une STEP. Il y a deux phases dans ce fonctionnement : le pompage (stocke l’énergie) et le turbinage (restitue l’énergie stockée).
  • Le document 2 représente la quantité d’électricité consommée et celle produite par les centrales nucléaires en fonction du temps. On remarque que cette dernière est très constante. On constate également sur cette courbe l’intervention du pompage et du turbinage de la STEP au cours de la journée. Ce graphique donne beaucoup d’informations, il faut être vigilant lors de sa lecture.

Organiser les réponses

  • La première et la troisième question demandent une rédaction courte mais précise. Utilisez les schémas du premier document pour rédiger la première réponse. Le document 2 vous donne la réponse à la troisième question, mais n’oubliez pas ce que le document 1 ajoute à vos connaissances sur le fonctionnement de la STEP. Pour la question 3, vous devez comparer les deux courbes du graphique du document 2. 
  • Pour la question 2, utilisez vos connaissances et le premier document.
Corrigé
Corrigé

>1. On constate, d’après le schéma de gauche du document 1, que l’eau est transportée par une pompe du bassin inférieur vers le bassin supérieur. Placée ainsi en hauteur par rapport au bassin inférieur, l’eau contient de l’énergie potentielle de pesanteur (mécanique). La première phase de fonctionnement d’une STEP utilise donc de l’énergie électrique (la pompe la consomme) pour stocker de l’énergie potentielle.

Le schéma de droite du document montre que, lorsque l’eau reprend le chemin inverse de la première phase, elle entraîne par sa chute la pompe, qui fonctionne cette fois comme une turbine qui entraîne à son tour un alternateur. L’énergie accumulée par l’eau est transformée en énergie électrique qui est restituée et que l’on peut utiliser.

>2.


 

>3. Le graphique du document 2 nous montre par une ligne horizontale que la quantité d’électricité produite par les centrales nucléaires est constante. Ce même graphique montre également par une autre courbe que la quantité d’électricité consommée par les utilisateurs est inférieure à celle produite par le nucléaire de minuit à environ 7 heures du matin. L’excédent d’énergie électrique peut donc être utilisé par la pompe de la STEP pour monter l’eau et stocker l’énergie. De même, lorsque la production de l’électricité par le nucléaire ne suffit pas à combler les besoins énergétiques des utilisateurs de 7 h à 22 h, la STEP peut produire de l’énergie par turbinage.

Ainsi, l’utilisation d’une STEP empêche de gâcher l’excédent de l’électricité dans la nuit et apporte la part manquante d’électricité dans la journée, ce qui permet de réguler la production d’énergie électrique.