Transcript L`énergie en France et le développement durable

L'énergie en France et le
développement durable
I) La production d’électricité.
a) Comment fabrique-t-on l’électricité?
b) Les centrales nucléaires.
c) Les centrales thermiques à flamme.
d) Les centrales hydrauliques.
e) Les éoliennes.
f) Les centrales solaires photovoltaïques.
g) Que sera le futur?
II) Le développement durable
I- Production d’électricité
Autres
Energies Eolien
1%
Hydraulique 0,7%
12,3%
Autres
Energies
2,6 %
Hydraulique
15,6 %
Nucléaire
13.8%
Thermique à
flamme
68%
Thermique à
flamme
10%
Nucléaire
76%
Production mondiale d'électricité
Production française d'électricité
( Source AIE-2007)
(source Observatoire de l'énergie - 2008)
a- Comment fabrique-t-on l’électricité?
On déplace, de diverses manières, un aimant droit au voisinage d’une bobine
reliée à un ampèremètre à cadran et à zéro central.
• Si l’aimant est immobile par rapport à la bobine, l’aiguille de l’ampèremètre
ne bouge pas.
• Si l’on approche l’aimant de la bobine, l’aiguille de l’ampèremètre dévie
donc un courant apparaît dans la bobine.
• Si l’on éloigne l’aimant de la bobine, l’aiguille de l’ampèremètre dévie dans
l’autre sens donc le courant circulant dans la bobine change de sens.
• Plus le déplacement est effectué de manière rapide, plus la déviation de
l’aiguille est grande donc plus le courant circulant dans la bobine est
intense.
• Si l’aimant effectue un mouvement de va-et-vient, il circule un
courant alternatif dans la bobine.
C’est le phénomène
d’induction électromagnétique.
A l’aide d’un moteur ou d’une manivelle, on fait tourner un aimant droit
devant une bobine. On visualise la tension électrique aux bornes de la
bobine, grâce à un oscilloscope.
Quand l’aimant tourne, il apparaît une tension alternative aux bornes de la
bobine. Au cours de cette expérience, nous avons reproduit le principe de
base de l’alternateur d’une centrale qui comprend une partie fixe (stator)
et une partie mobile (rotor), entrainée par une turbine.
Un alternateur est un convertisseur d’énergie mécanique en énergie
électrique.
b- Les centrales nucléaires
– Il y a 19 sites
nucléaires en France,
tous sécurisés et
entretenus par EDF.
– Ci-contre, une carte de
France présentant les
sites.
Fonctionnement:
•
•
•
•
-Dans le réacteur, la fission
nucléaire produit une
grande quantité de chaleur.
L’eau du circuit primaire,
chauffée à 320°C, circule
dans le circuit où elle est
mise sous pression pour la
maintenir à l’état liquide.
Le circuit primaire chauffe
le circuit secondaire par
échange thermique.
-Dans le générateur de
vapeur, l’eau du circuit
secondaire se transforme
en vapeur. Cette vapeur
fait tourner une turbine
couplée à un alternateur
qui produit de l’électricité.
Cette dernière transite sur
des lignes à très haute
tension.
- Le circuit tertiaire est le
circuit de refroidissement.
Commentaires:
• Aujourd'hui, 76% de l'électricité en France est produite à
partir des centrales nucléaires. Certains pensent que ces
centrales sont dangereuses pour les éventuels habitants, et
pour la nature, qui les entourent. Mais, ces centrales
subissent des contrôles très stricts et mensuels de sécurité.
La moindre faille entraîne la fermeture définitive de la
centrale.
• Les centrales ne rejetant que de la vapeur d’eau dans
l’atmosphère, ne participent pas à l’effet de serre. En
revanche, les déchets nucléaires récupérés qu’elles
produisent, sont radioactifs pendant plusieurs milliers
d’années. Il faut donc trouver des lieux sûrs pour les stocker
et pour ne pas mettre en danger les générations futures en
attendant de trouver des solutions de retraitement.
c-Les centrales thermiques à flamme
• Ces centrales utilisent, comme source de
chaleur, différents combustibles brûlés,
comme le charbon, le gaz naturel ou encore le
fioul, mais le fonctionnement reste le même,
quelque soit le combustible.
• Elles représentent uniquement 10% de la
production électrique française.
• Ces centrales rejettent du CO2 et d’autres gaz
polluants, qui augmentent l’effet de serre.
Fonctionnement:
Le combustible brûle dans une chaudière et libère de la chaleur. La fumée, issue de
la combustion, est filtrée puis évacuée par une grande cheminée. Sous l’effet de la
chaleur, l’eau à l’intérieur de la chaudière, se transforme en vapeur d’eau. Cette
vapeur sert à faire tourner une turbine reliée à un alternateur, celle-ci produisant
un courant électrique ensuite transporté dans les lignes. Grâce à un condenseur, la
vapeur d’eau va être ensuite retransformée en eau et recyclée dans un point d’eau
avant d’être redistribuée dans la chaudière.
Schéma
d’une
centrale
thermique à
flamme:
d- Les centrales hydrauliques
– 1. L'eau est retenue en
amont par un barrage.
– 2. Elle est guidée pour
s'écouler dans des
conduites forcées où
elle acquière de la
vitesse.
– 3. L'eau, en amont,
entraîne la turbine
reliée à un alternateur
qui produit de l'énergie
électrique.
– 4. L'électricité est
ensuite redirigée sur
des lignes à très haute
tension.
Il y a différents types de centrales hydrauliques:
Usine de haute chute : Ils disposent d'une grande retenue
d'eau et d’un dénivelé important. Les réserves d'eau
autorisent une longue durée de fonctionnement à pleine
puissance et peuvent donc fournir d'importantes
quantités d'énergie pendant les heures de plus forte
consommation.
Usine de moyenne chute : Ces ouvrages sont
généralement sur des cours d'eau à pente moyenne et à
débit abondant. Pendant les heures où la demande est
forte, la production de ces centrales est au niveau
maximum, ce qui entraîne la vidange de la réserve. Elles
permettent ainsi de produire de l'électricité aux pointes
de consommation journalières et hebdomadaires.
Usine de basse chute : Ces aménagements ne comportent
pas de réserve d'eau disponible. Leur capacité de retenue
n'excède pas deux heures. Les centrales au fil de l'eau
fournissent une «énergie de base». Elles sont mises en
service en premier (avec l'énergie produite par les
centrales nucléaires) pour répondre aux besoins de la
consommation , mais ne jouent aucun rôle de régulation.
Gadonneix
La Rance
Usines marémotrices : elles utilisent la force
des marées pour produire de l'électricité.
Seule l'usine marémotrice de la Rance, en
Bretagne, fonctionne à une échelle
industrielle.
Commentaires sur les centrales
hydrauliques
Avantages:
-Facilité d’entretien
-Faible usure du matériel qui travaille à vitesse et à température modérées
-Haute rentabilité des machines qui sont capables de transformer 90% de l’énergie
mécanique en énergie électrique
-Aucun risque de pollution
Inconvénients:
-Les infrastructures ont tendance à ne pas se fondre dans le paysage
-Cela peut avoir des conséquences sur la biodiversité
-Le barrage peut représenter un risque pour les personnes en aval
e- Les éoliennes
– Le vent est mis en mouvement par
les différences de températures et
de pressions, créées dans
l’atmosphère, par l’absorption du
rayonnement solaire.
– L'éolienne consiste en la
production d'électricité à partir de
la force du vent: celui-ci fait
tourner les pâles de l’éolienne,
couplées à un alternateur.
– L’énergie produite est ensuite
injectée dans le réseau électrique.
– Il faut une vitesse minimum des
vents de 4m/s pour commencer à
produire de l’électricité.
f- Les centrales solaires photovoltaïques
Fonctionnement:
On installe des panneaux solaires photovoltaïques pour capter la lumière du soleil.
Le silicium, matériau conducteur présent dans chaque cellule photovoltaïque,
libère des électrons pour créer un courant électrique continu. Un onduleur
(dispositif électronique permettant de délivrer un courant électrique à partir d’un
courant continu) transforme ce courant en courant alternatif et l’électricité est
transportée dans les lignes à haute tension.
Schéma d’une centrale
solaire photovoltaïque.
Commentaires sur les éoliennes et les centrales
solaires:
Leurs avantages:
-Elles sont « écologiques » car elles créent de l’énergie sans rejeter de produits
nocifs dans la nature.
-Elles utilisent des ressources renouvelables
Leurs inconvénients:
-Certes, les éoliennes et les panneaux solaires ne rejettent pas de produits
nocifs dans la nature. En revanche, s'ils doivent remplacer, ne serait ce qu'une
centrale nucléaire, leur valeur écologique s'estomperait car, il faudra couper
l'équivalent de plusieurs hectares de forêt pour qu'un parc éolien ou solaire
produise autant qu'une seule centrale.
-La fabrication des panneaux photovoltaïques se fait à l’étranger et leur coût
est encore très élevé pour être vraiment rentable. Si, de plus, on doit rajouter
une batterie, la rentabilité est encore plus faible.
g- Que sera le futur?
Certaines de nos centrales nucléaires sont en fin de vie. Il va falloir en construire de
nouvelles. On a tardé à le faire et le pourcentage d’électricité produite par ce système
va chuter dans les années à venir. Il faudrait trouver des alternatives, autres que les
centrales à flamme , peu « écologiques ». Grâce à une nouvelle génération de centrales
nucléaires (2020), la sûreté sera améliorée, la production des déchets radioactifs à vie
longue sera réduite.
On espère beaucoup de la fusion nucléaire (projet ITER): dans ce cas, plus besoin
d’uranium. C’est le même type de réactions que celles dans le Soleil, mais les
recherches sont en cours et la construction d’une telle centrale, si elle voit le jour, ne
se fera pas avant une cinquantaine d’années.
Il y a d’autres projets, moins grandioses , comme les éoliennes aquatiques qui utilisent
les forts coefficients de marées comme au large de la Bretagne. Les courants
pourraient alors entraîner des turbines sous-marines.
On peut aussi utiliser l’énergie de la houle: des boudins flottants, reliés par des bras
articulés, peuvent transformer le mouvement mécanique de ces bras en énergie
électrique.
II- Le développement durable
La notion de développement durable est née en 1980 d'une conclusion très simple : le critère
économique ne peut pas suffire au développement global de la planète, il est également nécessaire de
prendre en compte certaines exigences sociales et environnementales.
Le développement durable doit permettre de préserver les ressources et l'état de la planète pour son
prochain, de partager les richesses etde ne pas laisser se creuser les écarts entre les pays pauvres et
les pays riches.
L'électricité et l'énergie en général sont des facteurs essentiels du développement durable.
En effet, l'électricité est à la fois un facteur de développement économique et social et une source de
pollution considérable. Sa consommation, en croissance régulière, est l'une des causes du
changement climatique.
L'enjeu est donc de concilier les besoins en énergie et le respect de l'environnement, en impliquant
l'ensemble des acteurs concernés par l'utilisation de cette énergie : les gouvernants, les producteurs et
les consommateurs.
Une production rationnelle et une meilleure utilisation de l'électricité font partie des actions pour
mettre en œuvre cette démarche.
EDF, en tant qu'acteur important du marché de l'énergie, s'engage au quotidien en faveur du respect de
l'environnement, des économies d'énergie et de la solidarité auprès des plus démunis.
Chacun de nous a également les moyens de contribuer au développement durable dans sa vie de tous
les jours.
•dans le temps : nous avons le droit d’utiliser les ressources de la Terre, mais le
devoir d’en assurer la pérennité pour les générations à venir.
•dans l’espace : tout le monde a droit aux ressources de la Terre.
Il ne s'agit pas de renoncer aux
progrès, mais d'user avec
modération des ressources,
de modifier les
comportements de
production et de
consommation et de mieux
répartir les richesses.
Si le développement économique est un souci de l'homme, depuis fort
longtemps, l'idée d'équité sociale n'est apparue que vers la fin du 18e siècle et le
respect de l’environnement ne date que de quelques décennies.
Toute la difficulté du développement durable réside donc dans la création d'un
équilibre viable pour aujourd'hui et demain entre 3 domaines dont l'histoire
n'est pas comparable au regard des préoccupations humaines passées et des
différences actuelles de développement entre les différents pays du monde.
Depuis le début du XXe siècle, la température moyenne globale en surface a
augmenté de 0,6 à 0,7 °C. Ce changement climatique serait dû à l'activité
humaine avec 90 % de certitude.
D'ici à 2050, les émissions mondiales de gaz à effet de serre devront être
diminuées de moitié si l'on veut limiter l'augmentation de la température à
2° C .
Des engagements ont déjà été pris à l’échelle internationale pour agir:
comme le protocole de Kyoto, entré en vigueur en 2005, dans lequel les pays
qui l’ont ratifié, s’engagent, entre autre, à:
- une réduction de 5,2 % des émissions des 6 principaux gaz à effet de serre
des pays développés entre 2008 et 2012, par rapport aux niveaux de 1990 ;
D’autres réunions ont eu lieu depuis, mais il est très difficile de concilier les
besoins et les demandes de chacun. De plus, la non-adhésion des États-Unis
au Protocole de Kyoto et l'explosion des émissions des pays émergents,
dispensés d’objectifs de réduction, n’arrangent rien.
Chaque pays doit œuvrer pour réduire le rapport entre sa consommation d'énergie
et sa croissance économique.
Pour cela, il s'agit de jouer sur la maîtrise de la demande et la réduction du contenu
carbone de la consommation d'énergie dans les secteurs les plus énergivores :
bâtiments, transports, industrie.
Dans le bâtiment, l'un des secteurs qui a le plus grand potentiel de réduction grâce
à:
- la limitation des situations de consommation d’énergie dans les différents usages
(éclairage, chauffage, électroménager, climatisation…) ;
- une meilleure isolation des bâtiments anciens et neufs pour réduire le besoin de
chauffage (murs, vitrages, toitures, matériaux…) ;
- le développement d’équipements décentralisés pour la production d’électricité, de
chauffage et d’eau chaude utilisant :
de nouvelles technologies, comme la pile à combustible
des énergies renouvelables, comme le photovoltaïque, la pompe à chaleur, le
chauffe-eau solaire, le chauffage au bois ....
- l'utilisation de technologies, telles que le compteur intelligent, pour mesurer en
temps réel la consommation, l'adapter en conséquence et contribuer ainsi à réduire
la production globale d'électricité.
En France, aujourd'hui, les bâtiments sont responsables de 25% des émissions de
CO2 et de 40 % de la consommation d'énergie.
Dans les transports
Ils n’utilisent pratiquement que des carburants issus du pétrole.
Il s’agit donc de :
- développer des transports en commun, moins gourmands en
pétrole que les voitures ;
- développer des voitures moins polluantes (moteur, climatisation,
véhicules électriques et hybrides rechargeables…), ou d’avoir recours
à des carburants moins émetteurs, comme le diesel ;
- modifier les comportements individuels (choix de transport, respect
des limitations de vitesse, conduite au volant…).
Dans l'industrie
L’amélioration des procédés et des technologies de production
permet de produire autant en consommant moins d’énergie.
Par exemple : l'induction électromagnétique.
Dernier point: comment anticiper l'épuisement des réserves ?
- Par l'augmentation du rendement des installations et la limitation des pertes lors de la
production, du transport et de la distribution, grâce à des technologies plus performantes.
Par exemple :
le remplacement des anciennes centrales thermiques au charbon par des centrales de
dernière génération charbon (supercritiques) ou par des cycles combinés gaz ;
le développement de la production combinée de chaleur et d'électricité
(cogénération)
- Par l’utilisation de combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) et fissiles (uranium) plus
performants ;
- Par l'augmentation du rendement de l’uranium par le recyclage (du plutonium à travers
le combustible MOX) ou la surgénération (capacité de certains réacteurs nucléaires à
produire plus de matières fissiles qu'ils n'en consomment).
-Autre voie importante pour préserver les ressources : le développement des énergies
renouvelables, comme moyen de production d’énergie : hydraulique, éolien, solaire
photovoltaïque, géothermie, biomasse, énergies marines.
D'une manière générale, toutes les actions en faveur de la maîtrise de l’énergie, sont
également source de préservation des ressources.
Travail produit à partir des recherches des élèves de seconde A ( en
particulier: Marc-Antoine Guichard, Margot Bessières, Charlotte
Caudron, Mathilde Garcia, Clémence Lorenzi et Gaspard Baumhauer)
supervisé par Madame Faucher, professeur de Sciences Physiques
Bibliographie:
http://www.ac-nancy-metz.fr
Wikipédia
http://www.enviro2b.com
www.lesolairepourtous.com
www.techno-science.net
www.edf.com