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électrochimie et environnement

mis à jour le 09/07/2011


Vignette accumulateur chimique

Activité documentaire pour introduire le sous-thème « Convertir l'énergie et économiser les ressources ».

mots clés : énergie, stockage, rendement, conversion, thermique, solaire, éolien, nucléaire, renouvelable


[document élève]

L'électrochimie, comme son nom l'indique, couple la chimie à l'électricité ; c'est donc une discipline particulièrement importante pour la production et le stockage de l'énergie électrique, effectués par les piles et les accumulateurs. L'électrochimie est devenue un élément essentiel du développement durable.

À l'exception de l'énergie nucléaire (qui n'assure que 15 % des besoins mondiaux), nos ressources énergétiques reposent essentiellement sur l'énergie solaire, qu'elle soit fossile (sous la forme du comburant oxygène de l'air et des combustibles hydrocarbonés) ou déclarée renouvelable (biomasse, hydraulique, éolien, photovoltaïque ...). Seul le solaire thermique est utilisée avec un rendement acceptable [...].

Dans l'ensemble, toutes les formes d'énergie sont encore très mal utilisées. Les pompes à chaleur devraient être généralisées pour l'habitat individuel. De plus, des réactions obscurantistes* ont provoqué l'arrêt du réacteur nucléaire de 4ème génération qui fournissait l'électricité avec un rendement supérieur à 40 %, produisait 25 % de moins de déchets de fission par kWe** et consommait les actinides dangereux. L'énergie chimique des combustibles fossiles est souvent gaspillée en chaleur basse température. Les centrales thermiques au charbon se multiplient en Chine et vont déverser chaque année dans l'atmosphère des milliards de tonnes de CO2.

Un remède est connu : la transformation des combustibles hydrocarbonés en hydrogène et CO2 séquestré, ainsi que la production d'hydrogène à partir des centrales nucléaires [...]

Il est techniquement facile de convertir du CO2 « biologique » ou fatal et de l'hydrogène en carburant liquide pour alimenter les moteurs thermiques existants. Mais la meilleure utilisation énergétique de l'hydrogène se situe avec la pile à combustible.

En attendant l'essor de la civilisation hydrogène, l'augmentation du coût des combustibles fossiles impose une meilleure gestion de nos ressources et le recours aux énergies « renouvelables ». Le caractère intermittent de leur disponibilité rend indispensable le recours au stockage de l'énergie électrique. Déjà les supercondensateurs*** permettent de fournir en quelques dixièmes de seconde la puissance nécessaire à la manœuvre des pales d'éoliennes.

Les batteries d'accumulateurs sont de mieux en mieux adaptées au stockage journalier, voire semainier, de l'énergie photovoltaïque. L'énergie éolienne, plus capricieuse, pourrait stocker ses excédents temporaires sous forme de systèmes chimiques redox. Les véhicules hybrides commencent à connaître un succès mérité, grâce aux batteries Ni/MH****. Une meilleure utilisation de l'énergie sera encore obtenue avec les hybrides rechargeables, puis avec les véhicules tout électriques.

Extrait de « l'Actualité Chimique » - février, mars 2009 - n° 327- 328

*  obscurantisme : attitude d'opposition à la diffusion du savoir, dans quelque domaine que ce soit
**  kWe : kilowatt électrique
***  condensateur : composant électronique, constitué de deux armatures conductrices et séparées par un isolant
**** MH : Hydrure métallique

Figure 1 : flux énergétiques dans le cas d'un capteur solaire photovoltaïque                            Figure 2 : flux énergétiques dans le cas d'un capteur solaire thermique


QUESTIONS :

I- COMPRENDRE LE TEXTE

1-      a) Parmi les sources d'énergie citées dans le texte, quelles sont celles qui sont renouvelables et celles qui ne le sont pas ?
              En connaissez-vous d'autre(s) ?
          b) Qu'appelle-t-on énergies fossiles ?

2-      Concernant l'énergie solaire, on distingue le solaire photovoltaïque et le solaire thermique (figures 1 et 2).
          a) Quelle différence existe-t-il entre ces deux termes ?
          b) Compléter la chaîne énergétique (simplifiée) suivante, en indiquant sur les flèches, les modes de transfert énergétique avec
               les mots « énergie électrique », « énergie rayonnante », « énergie thermique  ».

                                Bilan énergétique

           Sachant que le rendement est défini par le rapport de « l'énergie utile » par « l'énergie reçue », définir le rendement d'une cellule
           photovoltaïque.
          c) Expliquer la phrase « Seul le solaire thermique est utilisé avec un rendement acceptable.»

3-      Le dihydrogène peut être produit à partir de « combustibles hydrocarbonés ».
          a) Citer des exemples de combustibles hydrocarbonés.
          b) Pourquoi doit-on « séquestrer le CO2 » également produit ?

4-      a) Quels étaient les avantages du réacteur nucléaire de 4ème génération ?
          b) Qu'appelle-t-on des actinides ? (Vous pouvez utiliser la classification périodique des éléments)
               Pourquoi parle-t-on « d'actinides dangereux » ?

II- IDENTIFIER DES PROBLEMATIQUES CONCERNANT L'ENERGIE                                                                                                         

1-      a) Quels sont les problèmes évoqués dans ce document, liés à l'utilisation des ressources énergétiques ?
          b) Quels sont les problèmes spécifiques concernant les énergies fossiles ?

2-      Quelles sont les solutions envisagées pour résoudre ces problèmes ?

3-      Pourquoi est-il nécessaire de stocker l'énergie électrique ?

4-      Quels « dispositifs » permettent de stocker l'énergie électrique ?

 

Pour aller plus loin ... rechercher sur Internet ce qu'est un véhicule hybride.

 
auteur(s) :

Anne Boisteux

information(s) pédagogique(s)

niveau : 1ère S

type pédagogique : scénario, séquence

public visé : élève

contexte d'usage : classe

référence aux programmes : .
Thème du programme : Agir
Sous-thème : Convertir l'énergie et économiser les ressources

fichier joint

information(s) technique(s) : Fichier modifiable au format .doc (document élève ci-dessus + une fiche professeur)

taille : 66 kio ;

ressource(s) principale(s)

Vignette nouveau programme 1S programme 2011 de 1ère S 22/07/2011
un dossier complet sur le programme 2011 de première S en sciences physiques et chimiques.
réforme,1S

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