ES TERMINALE | COURS 6 | THÈME 2.2

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Conversion, transport, stockage

Produire l'électricité sans combustion… puis la faire arriver là où on en a besoin.

FIL CONDUCTEUR

3 voies de production → chaînes & rendement → transport (Joule / HT) → stockage.

COURS 6 | POURQUOI

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Pourquoi cette séance ?

  • Programme : thème 2.2 (conversion et transport).
  • Après l'alternateur / le PV (2.1) : on élargit aux chaînes, au réseau et au stockage.
  • Lien climat : produire sans combustion… sans oublier les impacts.

COURS 6 | MODE D'EMPLOI

À noter = dans le cahier

Comment suivre

À noter

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À faire

À vivre

COURS 6 | PLAN

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Plan de la séance

  1. Pourquoi l'électricité (avantages)
  2. 3 méthodes sans combustion
  3. Chaînes et rendement global
  4. Impacts / risques
  5. Transport : Joule et haute tension
  6. Réseau et stockage

I | ENJEUX

À noter

1Pourquoi l'électricité est centrale

  • Distribution relativement sûre et réseaux étendus.
  • Convertisseurs souvent de bon rendement.
  • On peut l'obtenir sans combustion (enjeu climat / transition).

II | PRODUCTION

À noter

2Trois méthodes sans combustion

MÉCANIQUE

Directe : éolien, hydro, hydrolien… Indirecte : thermique → turbine (nucléaire, solaire thermique, géothermie).

RADIATIVE

Panneaux photovoltaïques (lien cours 5).

ÉLECTROCHIMIE

Piles, accumulateurs, piles à hydrogène.

II | MÉCANIQUE

À noter

Directe vs indirecte

DIRECTE

Énergie mécanique → électricité (éolienne, barrage, hydrolienne, dynamo…).

INDIRECTE

Énergie thermique → mécanique (turbine) → électricité (nucléaire, solaire thermique, géothermie).

Plus il y a d'étapes, plus le rendement global peut baisser.

II | ÉLECTROCHIMIE

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Piles et accumulateurs (repère)

  • Pile : conversion chimique → électrique (souvent non rechargeable).
  • Accumulateur : rechargeable (stockage + restitution).
  • Pile à hydrogène : H₂ + O₂ → électricité (+ eau).

Piste programme : histoire des piles / accumulateurs ; usages et recyclage.

III | CHAÎNES

À noter

3Chaîne de transformations

IDÉE

Une chaîne énergétique décrit le parcours d'une ressource primaire jusqu'à l'énergie électrique utile (plusieurs conversions successives).

  • Chaque étape a son propre rendement \( \eta_i < 1 \) (pertes : chaleur, frottements…).
  • Le rendement global se multiplie : \( \eta_{\mathrm{g}} = \eta_1 \times \eta_2 \times \eta_3 \times \ldots \)
  • Plus la chaîne est longue, plus \( \eta_{\mathrm{g}} \) tend à baisser.

SAVOIR-FAIRE

Décrire une chaîne concrète (ex. vent → pale → générateur → réseau) et calculer \( \eta_{\mathrm{g}} \) à partir des \( \eta_i \).

III | EXEMPLE

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Exemple : centrale thermique → réseau

Thermique chaleur Mécanique turbine Électrique alternateur Transport réseau (pertes)

III | CALCUL

À faire

Mini-calcul : rendement global

DONNÉES

\( \eta_1 = 0{,}38 \) (thermique → mécanique) ; \( \eta_2 = 0{,}97 \) (alternateur) ; \( \eta_3 = 0{,}94 \) (transport).

Calculez \( \eta_{\mathrm{g}} \). Que reste-t-il pour l'utilisateur ?

CORRECTION

\( \eta_{\mathrm{g}} = 0{,}38 \times 0{,}97 \times 0{,}94 \approx 0{,}35 \) (≈ 35 %).

IV | IMPACTS

À noter

4« Sans combustion » ≠ sans impact

  • Effets sur l'environnement / biodiversité.
  • Risques spécifiques : pollution chimique, déchets radioactifs, accidents industriels…

ESPRIT CRITIQUE

Comparer fabrication, fonctionnement et fin de vie (comme pour le silicium au cours 5).

IV | ACTIVITÉ

À faire

Analyser un document (4 min)

CONSIGNE

Sur un document (polycopié) : conséquences d'une centrale (éolienne, hydro, nucléaire ou PV). Listez 2 avantages et 2 risques / impacts. Distinguez fait / opinion dans le texte.

IV | SOCIÉTÉ

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Nucléaire : fission… et fusion ?

PISTE PROGRAMME

Enjeux de l'énergie nucléaire : de la fission (exploitée) à la fusion contrôlée (recherche).

On pourra y revenir dans le livrable 2 (P10) avec sources (IRSN, CEA…).

V | TRANSPORT

À noter

5Pertes par effet Joule

À COPIER

Une partie de l'énergie électrique est dissipée en chaleur dans les lignes (effet Joule) : elle n'arrive pas chez l'utilisateur.

\( P = U I \qquad P_{\mathrm{J}} = R I^{2} \)

V | HAUTE TENSION

À noter

Pourquoi la haute tension ?

IDÉE CLÉ

À puissance transportée fixée, augmenter \( U \) diminue \( I \), donc diminue \( P_{\mathrm{J}} = R I^{2} \).

\( I = \dfrac{P}{U} \quad\Rightarrow\quad P_{\mathrm{J}} = R\,\dfrac{P^{2}}{U^{2}} \)

V | CALCUL

À faire

Mini-calcul : HT vs BT

DONNÉES

\( P = 50\,\mathrm{MW} \), \( R = 4\,\Omega \). Comparez \( P_{\mathrm{J}} \) pour \( U = 25\,\mathrm{kV} \) et \( U = 225\,\mathrm{kV} \).

CORRECTION (ORDRE)

\( P_{\mathrm{J}} \propto 1/U^{2} \) : passer de 25 à 225 kV divise les pertes par \( 9^{2} = 81 \).

V | RÉSEAU

À noter

Réseau maillé européen

  • Le transport est maillé (France ↔ Europe).
  • Si offre ≠ demande : réserves, baisser conso / prod, ou stocker.

Piste programme : régulation du réseau français et européen (RTE…).

VI | STOCKAGE

À noter

6Trois formes de stockage

CHIMIQUE

Batteries, hydrogène…

MÉCANIQUE

STEP (pompage), volants…

ÉLECTROMAG.

Supercondensateurs, SMES…

Objectif : gérer l'intermittence (prod ou conso).

VI | COMPARER

À faire

Critères de comparaison

  • Capacité et durée de stockage
  • Incidence écologique
  • Masse par kilowattheure (\( m/E \))

CALCUL

\( e = E/m \) (Wh/kg). Batterie : \( E = 50\,\mathrm{kWh} \), \( m = 400\,\mathrm{kg} \). Calculez \( e \).

CORRECTION

\( e = 50000/400 = 125\,\mathrm{Wh\cdot kg^{-1}} \).

VI | ACTIVITÉ

À faire

Classer (2 min)

Chimique (C), mécanique (M) ou électromagnétique (E) ?

  1. Station de transfert d'énergie par pompage (STEP)
  2. Batterie lithium d'un véhicule
  3. Supercondensateur
  4. Stockage d'hydrogène produit par électrolyse

CORRECTION

1 → M ; 2 → C ; 3 → E ; 4 → C.

COURS 6 | BILAN

À noter

Dans le cahier aujourd'hui

  1. 3 méthodes sans combustion : mécanique, radiative, électrochimique
  2. Chaînes énergétiques ; \( \eta_{\mathrm{g}} = \prod \eta_i \)
  3. Sans combustion ≠ sans impact / risques
  4. Transport : \( P_{\mathrm{J}} = R I^{2} \) ; HT limite les pertes
  5. Réseau maillé ; stockage C / M / EM face à l'intermittence

COURS 6 | SUITE

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Prochaine séance

THÈME 2.3 | ÉNERGIE, CHOIX ET CLIMAT

Mix mondial, cycle du carbone, empreinte carbone, scénarios et décisions… Diaporama : cours 7.

Séance précédente : cours 5.

Continuez le livrable 2 (P4–P6 particulièrement utiles ici).

Cours gratuit | Enseignement scientifique terminale | Lucas Tachen Migheli

Comment produire, transporter et stocker l'électricité ?

Thème 2.2 | Publié le | Mis à jour le

Ce diaporama gratuit d'enseignement scientifique terminale (thème 2.2) traite l'obtention d'électricité sans combustion, les chaînes de conversion et le rendement global, les pertes par effet Joule, l'intérêt de la haute tension, le réseau maillé et les formes de stockage face à l'intermittence.

Ressource e-prof pour élèves de terminale et parents, avec badges noter / écouter / faire. Auteur : Lucas Tachen Migheli.

Retour au parcours d'enseignement scientifique terminale, séance précédente : cours 5, suite : cours 7, ou .

Questions fréquentes sur Conversion, transport, stockage

Pourquoi transporter l'électricité en haute tension ?

Pour réduire les pertes par effet Joule à puissance transportée égale, car l'intensité diminue quand la tension augmente.

Qu'est-ce que l'intermittence des renouvelables ?

Le fait que production solaire ou éolienne varie selon la météo et l'heure, d'où l'intérêt du stockage et du réseau.

Quels types de stockage sont évoqués ?

Des formes variées (chimique, mécanique, thermique, etc.) selon les besoins de durée et de puissance.