Thème 3 Physique Chimie : Energies et environnement Chapitre 1: Energie, besoins et ressources

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THÈME 3: ENERGIE ET ENVIRONNEMENT … Chapitre 1: Energie, besoins et ressources L'énergie est indispensable au développement. Sans énergie, pas de chaleur ni de lumière. Pas de transports, ni de production. Les besoins énergétiques risquent d'exploser au cours des prochaines décennies : ils pourraient doubler, voire tripler d'ici 2050 ! Le développement des pays émergents et l'accroissement démographique nous obligent à considérer les ressources énergétiques de notre planète et à nous interroger sur leur capacité à couvrir les besoins des générations futures. 1. QUELLES GRANDEURS POUR QUANTIFIER L’ÉNERGIE? Dans le système international d'unités, l'énergie se mesure en joules (J). Une grande partie de l’énergie que nous utilisons est transportée par l’électricité. Les appareils domestiques fonctionnent grâce à cette énergie, et ces appareils sont plus ou moins gourmands en énergie. C’est pourquoi on indique la puissance nominale de l’appareil, elle s’exprime en Watt (W). L’énergie consommée par un appareil dépend de sa puissance et de la durée d’utilisation. E(J)=P(W)×∆t(s) E(kWh)=P(kW)×∆t(h) OU 2. LA DISTILLATION FRACTIONNÉE Thermomètre La distillation fractionnée permet de séparer et Eau de récupérer des espèces chimiques. Le composé Réfrigérant qui a la température d’ébullition la plus basse (=composé le plus volatil) est recueilli le premier.

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• Publié par: schouki
• Publié le: 13 décembre 2012
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Extrait

Thermomètre

Réfrigérant Colonne de vigreux Eau froide

Distillat a on

Chauffe ballon

T HÈME 3: E NERGIEETENVIRONNEMENT …

Chapitre 1: Energie, besoins et ressources

L'éner ieest indisensable au déveloement.Sans énerie, asde chaleur ni de lumièreorts,. Pas de trans ni deroduction.au cours desd'ex loserris uentéti uesLes besoins énerrochaines décennies : ils ourraient doubler, voire tri ler d'ici 2050a s émer ents et l'accroissementement des! Le dévelo démo ra hi uenous oblient à considérer les ressources énergétiques de notre planète et à nous interroger sur leur capacité à couvrir les besoins des générations futures.

1. Q UELLESGRANDEURSPOURQUANTIFIER L’ÉNERGIE?

Dans le système international d'unités,l'énergie se mesure en joules (J). Une grande partie de l’énergie que nous utilisons est transportée par l’électricité. Les appareils domestiques fonctionnent grâce à cette énergie, etces appareils sont plus ou moinsourmands en énerie. C’est pourquoion indique la puissance nominale de l’appareil, elle s’exprime en Watt (W). L’énergie consommée par un appareil dépend de sa puissance et de la durée d’utilisation. E(J)=P(W)× ∆ t(s) E(kWh)=P(kW)× ∆ t(h)  OU

2. L ADISTILLATIONFRACTIONNÉE

La distillation fractionnée permet de séparer et de récupérer des espèces chimiques. Le composé qui a la température d’ébullition la plus basse (=composé le plus volatil) est recueilli le premier.

N OTATIONDES NOYAUX: Des isotopes ont le même nombre de protonsZmais un nombre de nucléonsAdifférent. Ils appartiennent 14 C 6 à un même élément chimique.Et

12 C 6

3. Q UELSSONTLESBESOINSÉNERGÉTIQUESLIÉSAUXACTIVITÉS HUMAINES? % de l’énergie produite dans le monde est fournie par les ressources fossilesPlus de 87 (charbon, pétrole et gaz naturel)et fissiles(énergie nucléaire). La consommation d'énergie esttrès inégalement répartie. roduction d'énergie n'est pas le seul enjeuMais la: il faut aussistocker et transportercette éner ie,caras avec les lieux de consommationles lieux neroduction ne coïncident, et la demande varie fortement en fonction de l'heure de la journée et de la période de l'année.

ort est coûteux. Ausont faciles à stocker mais leur transfossile ou biomasseLes combustibles contraire l'électricité est une forme d'énerie articulièrementfacile à transorter mais imossible à stocke :il faut d'abord la convertir en une autre forme d'énergie, généralement en énergie chimique.

4. Q U ' EST - CEQU ' UNERESSOURCEÉNERGÉTIQUE RENOUVELABLE? On considérera une ressource commerenouvelablesi sa durée de reconstitution est inférieure à sa durée d'exploitation (énergies solaire, éolienne, hydraulique, géothermique et de la biomasse). Au contraire les ressources fossiles et fissiles sontnon-renouvelables: elles seront robablementépuisées d'ici quelques générations et ne pourront pas être reconstituées.

Remar ue:Toutes les sourcesie citées sont directement ou indirectementrimaires d'éner issues de l'énerie solaireEn effet, c'est letion des éner, à l'exceéothermi ue.ies nucléaire et Soleil ui rovoue l'évaoration de l'eauour alimenter le ccle de l'eau,ui est resonsable des différences de température qui génère les vents, qui permet la photosynthèse pour la croissance des végétaux…

Ressource (énergieDurée de formation ouDurée d'exploitation des réserves Origine primaire) reconstitutionactuelles environ 40 ans pour le pétrole, 60 ans décomposition de combustibles fossilespour le gaz naturel et 200 ans pour leplusieurs millions d'années matière organique charbon formés il y a plus de « combustible »atomes d'uranium 10 milliards d'années,environ 100 ans 235 nucléairefissile U avant même la Terre solairerayonnement du Soleilrenouvelé en continujusqu'à l'extinction du Soleil mouvements des éolienjusqu'à l'extinction du Soleilrenouvelé en continu masses d'air mouvements de l'eau renouvelé en continu (cycle hydraulique(chutes, courants,jusqu'à ce que les réservoirs soient vides de l'eau) marées, etc.) jusqu'au refroidissement complet de la géothermiechaleur du solrenouvelé en continu Terre biomasse (bois énergie,de quelques mois à biogaz, biocarburants,quelques dizainesmatière organiqueselon les conditions d'exploitation etc.)d'années

5. C OMMENTLEPHYSICIENCLASSE - T - ILCES ÉNERGIES? ·Pour le classement du physicien, peu importe qu'on brûle du bois ou du pétrole : l'énergie contenue dans les molécules est libérée par la réaction chimique de combustion, on parle donc d'énergie chimique. ·De la même façon, peu importe que ce soit le vent ou l'eau qui fasse tourner les pales de l'hélice : l'énergie est liée au mouvement, on parle d'énergie mécanique. ·Pour l'énergie nucléaire, le physicien la classe dans une catégorie à part : l'énergie est stockée dans le no au atomiue, c'est une énergie de liaison entre les nucléons qui peut être libérée par fission ou fusion du noyau. ·L'énergie solaire est elle aussi une forme d'énergie nucléaire: le Soleil est un gigantesque réservoir d'hydrogène dont les atomes fusionnent pour donner des atomes plus gros. ·L'énergie thermiqueest la forme d'énergie que possède un corps du fait de sa température. ·L'énergie électriqueest aussi une forme de transfert d'énergie sous forme d'un courant électrique, c'est-à-dire d'une circulation de particules chargées. 6. Q UESEPASSE - T - ILDANSUNECENTRALE ÉLECTRIQUE?

Quand on parle d'utiliser une ressource énergétique, il s'agit en fait deconvertirune forme d'énergie en une autre. Touteconversiond'énergie s'accompagne d'unedégradation, c'est-à-dire d'une perte sous forme d'énergie thermiue. Dans une centrale électrique, on convertit l'énergie primaireenénergie électrique. En dehors des panneaux hotovoltaïues, uiconvertissent directement l'éner ie de rayonnement en énergie électrique, tous les autres sstèmes roduisentde l'électricité en utilisant unalternateur(qui génère un courant alternatif) entraîné par uneturbine.

La turbine peut être mise en mouvement : par de lavapeur d'eau sous pression, dans une centrale thermique (à flamme ou nucléaire) ou géothermique ; par lemouvement de l'eau, dans une centrale hydroélectrique ou marémotrice ; ar lemouvement de l'air, dans une éolienne.

Energie chimique

Centrale électrique thermique

Energie thermique (=énergie

Energie électrique (=énergie exploitée)

7. U NÉNERGIEPROMETTEUSEPOURLEFUTUR : LAFUSIONNUCLÉAIRE Il existe deux types de réactions : ·réactions chimiques danslesquelles les éléments se conservent. Exemple : C+O2=CO2 --> carbone ·réactions nucléaires: fusion nucléaire:deux petits noyaux se rassemblent pour en former un plus grosnombre de masse et de charge se conservent) --> les chercheurs tentent (le de reproduire un mini soleil sur terre, c’est à dire, de créer des fusions et les maîtriser. Fission nucléaire:un gros noyau se fissure et se coupe en deux noyaux plus légerspour former de l’énergie (le nombre de masse et de charge se conservent)

À RETENIR Les besoins énergétiques augmentent, tandis que les ressources de notre planète ne sont pas infinies, d'autant que la plus grande part de l'énergie consommée aujourd'hui est fournie par des ressources non-renouvelables, fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) et fissiles (énergie nucléaire).

Certaines sources d'énergie donnent de l'espoir pour l'avenir car elles sont renouvelables : énergies solaire, éolienne, hydraulique, géothermique et biomasse. L'utilisation des ressources énergétique implique le plus souvent de convertir une forme d'énergie en une autre. Par exemple, dans une centrale électrique, on convertit l'énergie primaire en énergie électrique.