Grand oral du bac : L'ENERGIE - Sciences et Techniques
Publié le 01/02/2019
Extrait du document
amélioration du rendement industriel par le recyclage des métaux et autres déchets; également changement des horaires d’hiver et d’été ; des mesures qui nous prépareraient à un futur où l’énergie pourrait être plus rare et plus coûteuse, mais ce serait le prix à payer pour la protection de notre environnement.
Les panneaux solaires
Les maisons à chauffage solaire possèdent de grandes fenêtres orientées vers le sud, et de plus petites sur le côté opposé, moins ensoleillé. Dans certaines habitations, des volets en matériaux isolants se ferment la nuit, ce qui permet de conserver la chaleur accumulée durant la journée: c’est l’« architecture solaire passive ». Une utilisation domestique de l’énergie solaire est le chauffage » de l’eau. L’eau se réchauffe en transitant par des collecteurs plats, qui fonctionnent comme des radiateurs inversés: ils absorbent le rayonnement pour chauffer l’eau. Ces panneaux sont en géné-ral disposés sur le toit de la maison et orientés de manière à capter le plus possible de rayonne- ments directs. Les panneaux sont équipés d’ins-truments électroniques qui utilisent l’effet photo-voltaïque pour convertir la lumière en électricité.
La lumière est composée de petites particules, les photons. Schématiquement, on peut dire que les chocs de ces photons arrachent les électrons aux atomes de silicium (composant les cellules), ce qui produit un courant électrique. Comme chaque cellule photovoltaïque, ou photopile, ne produit qu’une faible puissance, il faut les installer en batteries pour obtenir un volume utile d’électricité. Les photopiles sont formées de fines couches d’un élément semi-conducteur (du silicium généralement). Certaines cellules solaires utilisent un autre semi-conducteur, l’ar-séniure de gallium. Moins efficaces que les cellules au silicium, elles fonctionnent à des températures bien plus élevées (c’est la raison pour laquelle on les emploie pour les satellites soumis
à de forts rayonnements solaires dans l’espace). Elles sont également utilisées dans la fabrication des calculatrices et des montres électroniques.
À Montpellier comme à Paris, des panneaux de signalisation et des horloges sont alimentés par des panneaux solaires. Dans certaines régions, de grandes batteries solaires fournissent toute l’électricité dont a besoin une habitation. L’énergie emmagasinée permet de disposer aussi d’électricité la nuit.
Les cellules solaires sont très fiables. Une fois installées, elles ne nécessitent quasiment aucun entretien et peuvent fonctionner des années durant sans surveillance. En Grande-Bretagne, certains phares équipés de cellules solaires fonc
La bicyclette solaire : une application innovante d’une source d’énergie propre.
Au siècle prochain, des satellites centrales solaires (SPS) placés en orbite autour de la Terre pourraient nous fournir de l’énergie. Des cellules solaires convertiraient la lumière du Soleil en électricité. Cette énergie serait envoyée sur Terre sous forme de faisceaux de micro-ondes.
tionnent sans présence humaine. Des stations météorologiques inhabitées sont également alimentées par des batteries de photopiles. Il faut savoir que la puissance électrique obtenue ne dépend pas de la chaleur, mais de la lumière reçue. Ainsi, une balise d’atterrissage de 360 kW peut fonctionner à l’énergie solaire dans les étendues glaciales de l’Alaska.
Les batteries de cellules photovoltaïques sont utilisées pour produire l’électricité des satellites de télécommunication depuis les années 1960. C’est ainsi que la station orbitale Freedom dont le lancement est prévu à la fin du millénaire, bénéficiera d’une technologie de pointe en matière de cellules solaires. Freedom utilisera ses huit structures photovoltaïques en forme d’ailes pour convertir la lumière du soleil en 75 kW
Un module solaire formé de cellules photovoltaïques au silicium. Elles sont reliées en série pour augmenter le voltage quand le Soleil les atteint.
Un module de ce type fournit un maximum de 2 ampères sous 17 volts, ce qui représente une puissance de 34 watts.
petites unités de production à usage local et circonstancié, en complément des approvisionnements par le réseau.
Le vent et le soleil
La recherche s’est donc engagée, notamment depuis la crise pétrolière des années 1970, dans le domaine des sources d’énergie renouvelables. À ce jour, certaines ont déjà été appliquées. Ainsi, l’énergie éolienne, employée depuis des centaines d’années par les bateaux à voiles et les moulins à vent, a été mise à profit pour faire tourner des turbines modernes. La Californie possède à elle seule quinze mille appareils de ce type. Aux États-Unis, certains scientifiques ont même calculé que le pays pouvait produire, grâce à ce procédé, la totalité de ses besoins en électricité.
Chinois et Grecs, en 200 av. J.-C., avaient mis au point des techniques permettant de focaliser les rayonnements du soleil avec des miroirs concaves. Cette technique est encore utilisée actuellement notamment dans les fours solaires. Dans un four solaire moderne, les rayons sont focalisés pour faire cuire les aliments: un réflecteur concave les concentre sur un récipient. Certains fours solaires utilisent un ensemble de miroirs plats qui font converger les rayons vers le foyer. On emploie un principe semblable pour les fours solaires de grande taille. Celui d’Odeillo dans les Pyrénées est constitué d’un bâtiment à plusieurs étages, dont un côté est recouvert de réflecteurs qui forment un immense miroir concave. Au point focal (point de convergence des rayons), face au miroir, a été installé un four qui peut atteindre 3800°C, température suffisante pour faire fondre la plupart des métaux.
Les éoliennes
Un rotor de 50 m de diamètre est nécessaire pour produire 1 million de watts d’énergie. Il faudrait donc mille éoliennes pour égaler la production d’une centrale électrique classique. Dans certains pays, des «fermes éoliennes» - vastes superficies
«
L'énergie ! Énergie
nucléaire.
Dans une centrale a nucléaire, ta chaleur est produite
par la fission de l'uranium dans le réacteur.
rescentes géantes et autres végétaux.
Se dévelop
pant probablement en milieu marécageux, les
forêts par leurs branches et leurs feuilles se
mélangèrent aux boues du sol.
En pourrissant, ce
type de matière végétale se transforma d'abord
en tourbe -encore en formation dans certaines
régions comme l'Irlande-, puis durcit progressi
vement pour se transformer en lignite (charbon
brun) et finalement en charbon.
Le constituant
principal du charbon est le carbone.
Les roches
les plus anciennes et les plus dures, les anthra
cites, en contiennent environ 98%.
En revanche,
dans les lignites plus jeunes (certains gisements
n'ont pas plus de 1 million d'années), le carbone
ne représente que 30%.
Les réserves mondiales de charbon sont
énormes; 85% des gisements connus se répartis
sen� entre trois grands pays: la Chine, la Russie et
les Etats-Unis (ces derniers possèdent à eux seuls
30 à 35% des ressources mondiales).
Selon les
estimations les plus récentes, environ 910 mil
liards de tonnes peuvent encore être extraites à
des coûts abordables.
Si l'on y inclut les réserves
dont l'exploitation nécessiterait des investisse- ments
beaucoup plus importants, le tota l
approche probablement les 1800 milliards de
tonnes.
Au taux de consommation actuel, cela
représente plus de deux cents ans de réserves.
Les ressources pétrolières
Parce qu'ils sont composés essentiellement d'hy
drogène et de carbone, le pétrole et le gaz natu
rel ont été dénommés hydrocarbures.
Leurs gise
ments, parfois très importants, se sont formés il y
a des millions d'années à la suite de la lente
décomposition du plancton marin.
À lui seul, le pétrole représente 40% de la
consommation mondiale d'énergie.
De nos
jours, il reste le combustible le plus pratique et le
plus utilisé.
D'un transport facile, il alimente les
moteurs des automobiles, des poids lourds et
des trains.
ll est également largement employé
dans l'industrie, dans l'agriculture et pour le
chauffage des habitations.
Il entre, en outre, dans
la composition des peintures, cosmétiques, pro
duits pharmaceutiques, colorants, engrais, fibres,
plastiques et caoutchoucs synthétiques.
On
mesure la production et les réserves de pétrole
en barils; un baril représente !59 litres.
Des champs de pétrole existent sur tous les
continents et sous tous les océans.
Mais l'essen-
......
Un Important
oléoduc et
une grande ligne
électrique, en Iran.
Le transport peut
être l'un des postes
les plus élevés
de ta facture de
production d'énergie.
Bien que coûteuses
en valeur absolue,
des Installations telles
que cet oléoduc sont
plus rentables que
d'autres modes de
transport, comme
te rail ou ta route.
tiel
se concentre en quelques endroits.
Ainsi,
environ 64% d'entre eux se trouvent au Moyen
Orient, où l'Arabie Saoudite se taille la part du
lion.
En tenant compte des nouveaux gisements
que l'on y a découverts en 1990, ses réserves
dépassent 300 milliards de barils, soit environ le
quart des ressources mondiales.
I.:Asie en possè
de environ 4% avec l'Iran et l'Irak comme princi
paux exportateurs.
Les réserves de la Chine sont
mal connues.
L'Amérique latine concentre quant
à elle 13% du total, dont près de la moitié au
Mexique, l'autre moitié se situant au Venezuela.
Le Canada et les États-Unis disposent d'environ
4% et l'Afrique 6%, la majeure partie se trouvant
en Libye, dans les autres pays d'Afrique du Nord
et au Nigeria.
Enfin, l'Europe et la partie asia
tique de la Russie possèdent 9% des réserves
mondiales, la plus grande part se trouvant dans
la Russie et sous la mer du Nord.
Une source de pétrole très peu exploitée est
constituée par les sables bitumineux, où la roche
sableuse est mélangée à une substance pétroli
fère.
Le plus vaste gisement se trouve dans l'Al
berta, au Canada.
On estime qu'il contient des
réserves de pétrole à peu près égales aux dépôts
recensés en Arabie Saoudite.
La consommation pétrolière
Trois régions du monde, le Moyen-Orient,
l'Afrique du Nord et l'Amérique latine, produi
sent plus de pétrole qu'elles n'en consomment.
En revanche, les nations dont la demande est la
plus élevée sont les États-Unis, le Canada, le
Japon et les pays d'Europe.
_
Dans les années 1990, les Etats-Unis et le
Canada consommaient à eux deux 15 millions
de barils par jour et n'en produisaient que 8 mil
lions environ.
Dans le même temps, l'ensemble
de l'Europe, Russie incluse, en absorbait 22 mil
lions.
La production mondiale totale atteignait
alors près de 61 millions de barils, dont Il mil
lions provenant de la Russie et des États voisins.
C'est cette différence ténue entre la production
et la consommation qui entraîne nombre de dif
ficultés internationales.
Lorsqu'en août 1990
l'Irak envahit le Koweit, les principaux pays utili
sateurs ont été contraints d'intervenir pour pro
téger autant leurs propres intérêts que ceux du
Koweit, de l'Arabie Saoudite et des autres pays
du golfe Persique.
Le gaz naturel
Essentiellement composé de méthane, le gaz·
naturel fournit à la planète 20% de son énergie.
De formation similaire à celle du pétrole, il se
trouve en général dans les mêmes gisements, et
les réserves mondiales sont estimées à un volu
me égal.
Elles se mesurent toutefois de façon
différente, en mètres cubes et non en barils.
Le plus gros producteur mondial est la Russie,
avec 842 milliards de mètres cubes par an, envi
ron, à la fin des années 1990.
Viennent ensuite
les États-Unis (522 milliards), le Canada (138,8
milliards), les Pays-Bas (82 milliards) et le Royau
me-Uni (65 milliards).
Le gaz naturel est principalement utilisé
comme combusti ble, à des fins aussi bien
domestiques qu'industrielles.
C'est aussi une
source non négligeable de composés chimiques
servant à la fabrication des détergents, fibres syn
thétiques, peintures, plastiques et caoutchoucs
synthétiques.
Là où les ressources en gaz naturel
sont inadaptées, on utilise alors du gaz fabriqué..
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