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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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