On entre dans le thème 2 « Le futur des énergies ».
L'électricité est centrale pour une transition
sans combustion (lien climat, cours 3–4).
Objectif : relier histoire des sciences, conversion d'énergie
et choix techniques d'aujourd'hui.
COURS 5 | MODE D'EMPLOI
À noter = dans le cahier
Comment suivre
À noter
J'écoute
À faire
À vivre
COURS 5 | PLAN
J'écoute
Plan de la séance
Science → technique (innovations non anticipées)
Induction : Faraday, Maxwell, alternateur
Rendement et fréquence du courant
Bataille des courants (AC / DC)
Quantique → semi-conducteurs → PV
Choix d'une installation photovoltaïque
I | HISTOIRE
À noter
1De la recherche à l'innovation
IDÉE DU PROGRAMME
Souvent, la recherche fondamentale n'avait pas
pour but premier de produire de l'électricité…
et pourtant elle a abouti à des innovations technologiques majeures.
Exemple type : induction électromagnétique → alternateurs partout.
I | FRISSE
J'écoute
Repères (XIXe → XXe)
II | INDUCTION
À noter
2Alternateur = induction
À COPIER
Les alternateurs exploitent l'induction électromagnétique
(Faraday), théorisée par Maxwell. Ils convertissent de l'énergie
mécanique en énergie électrique.
II | SCHÉMA
À noter
Éléments principaux (savoir-faire)
SOURCE DE CHAMP
Aimant / électroaimant : crée le champ magnétique.
CONDUCTEUR
Fil / bobine en mouvement relatif
par rapport au champ.
Sur un schéma : repérer rotor / stator et le couple « champ + conducteur ».
Relier la vitesse de rotation du rotor
et la fréquence du courant électrique.
Ordre de grandeur réseau Europe : \( f = 50\,\mathrm{Hz} \).
Plus le rotor tourne vite (à nombre de pôles fixé), plus \( f \) est élevée.
SOCIÉTÉ
Le choix de la fréquence du réseau est un choix technique
et historique (piste programme).
IV | HISTOIRE
J'écoute
4« Bataille des courants »
CONTINU (DC)
Courant de sens constant. Avantage historique local ;
moins pratique pour le transport longue distance à l'époque.
ALTERNATIF (AC)
Sens qui s'inverse. Facile à transformer (tension) :
mieux adapté au réseau.
Aujourd'hui : le réseau est surtout alternatif ; le continu revient (HVDC, électronique…).
IV | ACTIVITÉ
À faire
Reformuler (2 min)
AFFIRMATION
« L'électricité a toujours été alternative. »
Pourquoi c'est faux historiquement ? Quel argument technique a favorisé l'AC ?
V | QUANTIQUE
À noter
5De la quantique au silicium
À COPIER
Au début du XXe siècle : mécanique quantique
(comportement probabiliste à l'échelle microscopique).
Conséquence technologique : exploitation des
semi-conducteurs (dont le silicium).
Piste programme : Einstein et les quanta.
V | PHOTOVOLTAÏQUE
À noter
Capteurs photovoltaïques
Matériaux semi-conducteurs (souvent silicium).
Absorbent l'énergie radiative solaire.
La convertissent partiellement en énergie électrique.
SAVOIR-FAIRE
Comparer spectre d'absorption du matériau et spectre solaire
pour juger s'il est adapté au PV.
V | ACTIVITÉ
À faire
Spectre : adapté ou non ? (3 min)
CONSIGNE
Sur un document (polycopié) : spectre solaire + spectre d'absorption
d'un matériau. Le matériau peut-il servir de capteur PV ?
Justifiez en 2 phrases.
Critère : chevauchement significatif des domaines de longueurs d'onde.
V | CHOIX
À faire
Installer du PV ? (argumenter)
Savoir-faire : argumenter autour d'une installation domestique ou industrielle.
Ensoleillement / orientation / ombrage
Puissance utile vs besoins
Coût, durée de vie, entretien
Impact silicium / fabrication (piste programme)
Lien climat : production sans combustion en usage
V | SOCIÉTÉ
J'écoute
Silicium : pas « zéro impact »
PISTE PROGRAMME
Incidence environnementale de l'exploitation du silicium
pour fabriquer les panneaux. L'usage peut être bas carbone ;
la fabrication a un coût énergie / environnement à connaître.
Esprit critique : distinguer impact de fabrication et impact d'usage.
LIVRABLE 2 | LANCEMENT
À vivre
6Deuxième livrable : Le futur des énergies
CONSIGNE
En groupe, choisissez une des
10 problématiques du thème 2. Produisez un livrable qui
problématise, calcule,
cite des sources et
communique clairement.
Format au choix (poster, dissertation, podcast, vidéo, démo, discussion LLM annotée…).
Chaque sujet comporte un calcul obligatoire (formule fournie).
Rendu : 1 livrable majeur avant les prochaines vacances (période 2).
Déclarez l'usage éventuel d'IA (charte du cours 1).
LIVRABLE 2 | SYNTHÈSE
À noter
Les 10 problématiques (titres)
Science → technique : innovations non anticipées
Alternateur : induction, rendement, fréquence
Photovoltaïque : silicium, spectre, impacts
Sans combustion : 3 voies vers l'électricité
Transport : effet Joule et haute tension
Stockage : chimique, mécanique, EM
Mix énergétique : fossiles, inégalités, ordres de grandeur
Cycle du carbone : stocks, flux, non-renouvelable
Empreinte carbone : mesurer pour décider
Choix énergétiques : atténuation, risques, société
Chaque groupe se positionne sur une problématique (slides suivantes).
LIVRABLE 2 | P1 | 2.1
À faire
1. Science → technique
À FAIRE
Montrer comment une découverte fondamentale
(induction) a abouti à une innovation non anticipée : l'alternateur.
Quel était le but initial des recherches de Faraday / Maxwell ?
Quels éléments techniques ont permis le passage au générateur ?
CALCUL OBLIGATOIRE
Rendement :
\( \eta = \dfrac{P_{\mathrm{élec}}}{P_{\mathrm{méc}}} \).
Avec \( P_{\mathrm{méc}} = 80\,\mathrm{kW} \) et \( P_{\mathrm{élec}} = 76\,\mathrm{kW} \),
calculez \( \eta \) et la puissance perdue. Interprétez.
PISTES DE SOURCES
Manuel ES Tle (2.1) ; CNRS histoire EM ; Eduscol thème 2.
LIVRABLE 2 | P2 | 2.1
À faire
2. Alternateur et réseau
À FAIRE
Expliquer le fonctionnement (champ + conducteur en mouvement),
le lien rotation / fréquence, et le choix historique AC vs DC.
Pourquoi l'AC a-t-il gagné pour le transport ?
Que signifie \( f = 50\,\mathrm{Hz} \) sur le réseau européen ?
CALCUL OBLIGATOIRE
Fréquence et rotation (paire de pôles \( p \)) :
\( f = \dfrac{p\, n}{60} \)
avec \( n \) en tr/min et \( f \) en Hz.
Pour \( f = 50\,\mathrm{Hz} \) et \( p = 1 \), calculez \( n \).
Pour \( p = 2 \), que devient \( n \) ?
PISTES DE SOURCES
Manuel 2.1 ; RTE / réseau français ; histoire « bataille des courants ».
LIVRABLE 2 | P3 | 2.1
À faire
3. Photovoltaïque et silicium
À FAIRE
Relier quantique → semi-conducteurs → PV.
Argumenter une installation et discuter l'impact du silicium.
Pourquoi comparer spectre solaire et spectre d'absorption ?
Impact fabrication vs impact usage ?
CALCUL OBLIGATOIRE
Rendement PV :
\( \eta = \dfrac{P_{\mathrm{élec}}}{P_{\mathrm{solaire}}} \).
Un panneau de surface \( S = 1{,}6\,\mathrm{m^2} \) reçoit
\( I = 800\,\mathrm{W\cdot m^{-2}} \) et fournit \( P_{\mathrm{élec}} = 280\,\mathrm{W} \).
Calculez \( P_{\mathrm{solaire}} = I\, S \) puis \( \eta \).
Expliquer pourquoi la haute tension limite les pertes à puissance fixée,
et le rôle du réseau maillé européen.
Lien \( P = U I \) et pertes \( P_{\mathrm{J}} = R I^{2} \) ?
Que se passe-t-il si offre ≠ demande ?
CALCUL OBLIGATOIRE
À puissance fixée \( P = U I \) :
\( I = P/U \) et \( P_{\mathrm{J}} = R I^{2} = R\, P^{2}/U^{2} \).
Pour \( P = 100\,\mathrm{MW} \), \( R = 2\,\Omega \), comparez \( P_{\mathrm{J}} \)
si \( U = 20\,\mathrm{kV} \) puis \( U = 200\,\mathrm{kV} \).
PISTES DE SOURCES
RTE ; ENTSO-E ; manuel 2.2 (effet Joule, HT).
LIVRABLE 2 | P6 | 2.2
À faire
6. Stocker l'électricité
À FAIRE
Comparer stockage chimique, mécanique et électromagnétique
face à l'intermittence (critères : capacité, durée, masse, écologie).
Pourquoi stocker si le réseau est déjà maillé ?
Recyclage des accumulateurs (piste programme) ?
CALCUL OBLIGATOIRE
Énergie massique :
\( e = \dfrac{E}{m} \) (en \(\mathrm{Wh\cdot kg^{-1}}\)).
Une batterie stocke \( E = 60\,\mathrm{kWh} \) pour \( m = 450\,\mathrm{kg} \).
Calculez \( e \). Comparez à une valeur documentée (pompage / hydrogène).
PISTES DE SOURCES
Ademe ; CEA ; EDF (STEP) ; manuel 2.2.
LIVRABLE 2 | P7 | 2.3
À faire
7. Mix énergétique mondial
À FAIRE
Montrer la domination des fossiles, les inégalités de consommation,
et comparer stocks vs flux d'énergie primaire.
Pourquoi parler d'ordres de grandeur (humain vs centrale) ?
CALCUL OBLIGATOIRE
Conversion d'unités :
\( 1\,\mathrm{tep} \approx 11{,}6 \times 10^{3}\,\mathrm{kWh} \).
Convertissez \( 2{,}5\,\mathrm{tep} \) en kWh.
Puis estimez une puissance moyenne si cette énergie est consommée
en \( 1 \) an : \( P = E / \Delta t \).
PISTES DE SOURCES
IEA / AIE ; SDES (France) ; Our World in Data ; manuel 2.3.
LIVRABLE 2 | P8 | 2.3
À faire
8. Cycle du carbone et fossiles
À FAIRE
Expliquer pourquoi les combustibles fossiles sont non renouvelables
à l'échelle humaine, et comparer CO₂ produit par unité d'énergie.
Masse de CO₂ par énergie :
\( f = \dfrac{m_{\mathrm{CO_2}}}{E} \) (en \(\mathrm{kg\cdot kWh^{-1}}\)).
Combustible A : \( 2{,}5\,\mathrm{kg} \) de CO₂ pour \( 10\,\mathrm{kWh} \).
Combustible B : \( 1{,}8\,\mathrm{kg} \) pour \( 8\,\mathrm{kWh} \).
Calculez \( f_{\mathrm{A}} \) et \( f_{\mathrm{B}} \), comparez.
PISTES DE SOURCES
GIEC ; Ademe facteurs d'émission ; manuel 2.3 (cycle du carbone).
LIVRABLE 2 | P9 | 2.3
À faire
9. Empreinte carbone
À FAIRE
Définir l'empreinte carbone, analyser 2–3 activités,
et proposer des comportements pour la minimiser (sans greenwashing).
Direct vs indirect : que compte-t-on vraiment ?
Minimiser ≠ compenser : quelles différences ?
CALCUL OBLIGATOIRE
\( m_{\mathrm{CO_2}} = E \times f \)
avec \( f \) facteur d'émission.
Pour un trajet \( E = 40\,\mathrm{kWh} \) (élec) avec
\( f = 0{,}05\,\mathrm{kg\cdot kWh^{-1}} \) (mix bas carbone)
puis \( f = 0{,}40\,\mathrm{kg\cdot kWh^{-1}} \) (mix carboné),
calculez les deux empreintes et le rapport.
PISTES DE SOURCES
Ademe Base Carbone ; Nos Gestes Climat ; manuel 2.3.
LIVRABLE 2 | P10 | 2.3
À faire
10. Choix énergétiques et société
À FAIRE
Montrer qu'un choix énergétique croise climat, risques, ressources,
économie et justice. Traiter un dossier (ex. nucléaire fission / fusion, ou mix local).
Atténuation vs adaptation dans le domaine énergétique ?
Quels critères du programme (faisabilité, vulnérabilités…) ?
CALCUL OBLIGATOIRE
Ordres de grandeur de puissance :
\( P = E / \Delta t \).
Comparez (en W puis en MW) :
un humain (~100 W), un foyer (~2 kW moyen),
une éolienne (~2 MW nominaux), une centrale (~1000 MW).
Calculez l'énergie fournie en 1 h par l'éolienne si elle tourne à puissance nominale.
PISTES DE SOURCES
IRSN ; CEA ; GIEC scénarios ; débats publics / Ademe ; manuel 2.3.
LIVRABLE 2 | CHOIX
À faire
Positionnement des groupes (5 min)
Formez un groupe (2 à 4) ou travaillez en solo si besoin.
Choisissez une problématique (P1 à P10) du thème 2.
Notez : sujet + format provisoire + 2 sources à ouvrir cette semaine.
Évitez les doublons entre groupes si possible.
RAPPEL
Le calcul obligatoire doit apparaître clairement dans le livrable
(données, formule, résultat, unité, interprétation).
COURS 5 | BILAN
À noter
Dans le cahier aujourd'hui
Recherche fondamentale → innovations non anticipées
Alternateur : induction ; champ + conducteur en mouvement relatif
D'ici là : avancer sur le livrable 2
(problématique + calcul + sources).
Cours gratuit | Enseignement scientifique terminale | Lucas Tachen Migheli
Comment l'électricité a transformé nos sociétés ?
Thème 2.1 | Publié le
| Mis à jour le
Ce cours gratuit d'enseignement scientifique terminale (thème 2.1) relie recherche fondamentale et innovations : induction électromagnétique, alternateurs, rendement, fréquence du courant, bataille des courants, semi-conducteurs et capteurs photovoltaïques.
Il prépare aussi le deuxième livrable sur les énergies. Diaporama clair, accessible, conçu par Lucas Tachen Migheli pour la classe et la maison.