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utiliser un SIG pour étudier l'exploitation des différentes sources d'énergies primaires pour produire de l'électricité
mis à jour le 03/09/2010
L'utilisation des données du site de l'EIA à l'aide d'un système d'information géographique (SIG) permet de mener à bien des activités transversales dans le cadre des programmes de SVT et de Géographie de seconde.
mots clés : EIA, énergie, soleil, photovoltaïque, nucléaire, combustibles fossiles, géothermie, éolienne, hydroélectricité
L'exploitation des différentes sources d'énergie est au coeur du thème "Enjeux planétaires contemporains : énergie, sol " du programme de seconde en SVT. Différentes activités ont été proposées dans cette rubrique concernant le thème de l'énergie :
énergie solaire et productivité primaire,
l'énergie solaire : du local au global,
énergie solaire et circulations des enveloppes fluides
formation et exploitation des charbons
Une approche globale de l'utilisation des différentes sources d'énergie est proposée dans cette ressource. Elle est basée sur des données collectées par l'EIA (U.S. Energy Information Administration, service indépendant de statistiques énergétiques rattaché au ministère fédéral de l'énergie des USA). Ces données ont été intégrées à un jeu de données utilisables dans un système d'informations géographiques. De cette manière, les élèves peuvent sélectionner des données et les afficher sous forme de cartes ou de graphiques, soit au cours d'une séance dédiée aux différentes sources d'énergie utilisées par l'homme, soit au cours d'activités insérées au fil du temps dans les différentes parties du programme.
Ces activités pourront être l'objet d'une démarche pluridisciplinaire en rapport avec la partie "L'enjeu énergétique" de l'enseignement de Géographie dans le cadre de projets pédagogiques. Elles font appel à des notions de physique étudiées au collège.
Les principes de base de la conversion des données sont exposés dans une première partie et ne concerne que les professeurs qui voudraient procéder à de telles conversions. Les fichiers produits lors de cette conversion sont téléchargeables et peuvent être utilisés par les élèves sans restriction. Pour ceux qui ne placent pas l'utilisation d'un SIG dans leur progression, les images issues de ce travail sont montrées et commentées dans une ressource séparée.
Ces manipulations sont de simples propositions d'activités que le professeur modulera en fonction des conditions de l'enseignement et de ses choix pédagogiques. Elles ne sauraient être considérées comme une progression.
Convertir les données du site de l'EIA
Télécharger les données et les mettre en oeuvre
Utiliser le système d'informations géographiques fGIS pour dresser des cartes
Utiliser le système d'informations géographiques Mapwindow pour dresser des cartes
Réaliser des diagrammes en secteurs
Remerciements
Convertir les données du site de l'EIA
énergie solaire et productivité primaire,
l'énergie solaire : du local au global,
énergie solaire et circulations des enveloppes fluides
formation et exploitation des charbons
Une approche globale de l'utilisation des différentes sources d'énergie est proposée dans cette ressource. Elle est basée sur des données collectées par l'EIA (U.S. Energy Information Administration, service indépendant de statistiques énergétiques rattaché au ministère fédéral de l'énergie des USA). Ces données ont été intégrées à un jeu de données utilisables dans un système d'informations géographiques. De cette manière, les élèves peuvent sélectionner des données et les afficher sous forme de cartes ou de graphiques, soit au cours d'une séance dédiée aux différentes sources d'énergie utilisées par l'homme, soit au cours d'activités insérées au fil du temps dans les différentes parties du programme.
Ces activités pourront être l'objet d'une démarche pluridisciplinaire en rapport avec la partie "L'enjeu énergétique" de l'enseignement de Géographie dans le cadre de projets pédagogiques. Elles font appel à des notions de physique étudiées au collège.
Les principes de base de la conversion des données sont exposés dans une première partie et ne concerne que les professeurs qui voudraient procéder à de telles conversions. Les fichiers produits lors de cette conversion sont téléchargeables et peuvent être utilisés par les élèves sans restriction. Pour ceux qui ne placent pas l'utilisation d'un SIG dans leur progression, les images issues de ce travail sont montrées et commentées dans une ressource séparée.
Ces manipulations sont de simples propositions d'activités que le professeur modulera en fonction des conditions de l'enseignement et de ses choix pédagogiques. Elles ne sauraient être considérées comme une progression.
Convertir les données du site de l'EIA
Télécharger les données et les mettre en oeuvre
Utiliser le système d'informations géographiques fGIS pour dresser des cartes
Utiliser le système d'informations géographiques Mapwindow pour dresser des cartes
Réaliser des diagrammes en secteurs
Remerciements
Convertir les données du site de l'EIA
L'utilisation du serveur de données de l'EIA (U.S. Energy Information Administration) permet de comparer à l'échelle globale les productions énergétiques :
http://www.eia.doe.gov/emeu/international/contents.html
Choisir dans le menu "International Energy Statistics"
http://www.eia.doe.gov/emeu/international/contents.html
Choisir dans le menu "International Energy Statistics"
Ce site très complet fournit des statistiques annuelles pour toutes les formes d'énergie et de très nombreux pays. Les choix "Electricity"/"Generation" puis "All Products (single year)" affichent des statistiques par source d'énergie primaire.
Un bouton permet d'importer le fichier au format Excel.
L'incorporation de ces données à un Système d'Informations Géographiques permet de travailler sur la répartition mondiale des sources d'énergie électrique.
L'incorporation de ces données à un Système d'Informations Géographiques a été expliquée dans le tutoriel consacré au logiciel fGIS dans la partie "Associer une base de données à une table de données attributaires".
Le travail a été réalisé avec les données de l'année 2008 car les données de 2009 ne sont pas encore disponibles.
L'incorporation de ces données à un Système d'Informations Géographiques permet de travailler sur la répartition mondiale des sources d'énergie électrique.
L'incorporation de ces données à un Système d'Informations Géographiques a été expliquée dans le tutoriel consacré au logiciel fGIS dans la partie "Associer une base de données à une table de données attributaires".
Le travail a été réalisé avec les données de l'année 2008 car les données de 2009 ne sont pas encore disponibles.
Télécharger les données et les mettre en oeuvre
Un fichier compressé nommé "énergie_2008.zip" est disponible ici en téléchargement et contient le résultat de ce travail.
Télécharger le fichier énergie2008.zip.
Après décompression, le dossier "énergie_2008" contenant toutes les données est créé. Cet ensemble de fichiers est nécessaire à l'ouverture des projets SIG. Il ne faut donc pas les supprimer, les déplacer ou les modifier avec un autre logiciel.
Le fichier "sources_energie_electrique_2.ttkgp" peut être ouvert avec fGIS. Ce logiciel gratuit et son tutoriel sont disponibles dans cette rubrique.
Le fichier "sources_énergie_électrique_2008.mwprj" est exploitable avec Mapwindow. Le tutoriel de ce logiciel est disponible dans cette rubrique.
Un fichier compressé contient le résultat de ce travail. Après décompression, le dossier "énergie_2008" contenant toutes les données est créé. Cet ensemble de fichiers est nécessaire à l'ouverture des projets SIG. Il ne faut donc pas les supprimer, les déplacer ou les modifier avec un autre logiciel.
Ce dossier peut être mis à la disposition des élèves sur le réseau de l'établissement ou l'ENT
Dans le cas d'un travail sur SIG, les élèves vont être amenés à modifier de façon individuelle le projet et ses différents fichiers, il serait donc dangereux de faire un travail directement sur le dossier commun à tous les élèves car cela génère des conflits de versions. Chaque élève ou groupe d'élèves va donc recopier le dossier "énergie_2008" dans son espace personnel. C'est sur ce dossier que le travail sera mené à bien. Dans le cadre d'un travail en atelier chaque groupe prend en charge l'une des cartes et l'utilise dans une présentation à toute la classe.
Il est prudent de garder sous la main une version originale du dossier pour pallier aux fausses manoeuvres
Un fichier compressé nommé "énergie_2008.zip" est disponible ici en téléchargement et contient le résultat de ce travail.
Télécharger le fichier énergie2008.zip.
Après décompression, le dossier "énergie_2008" contenant toutes les données est créé. Cet ensemble de fichiers est nécessaire à l'ouverture des projets SIG. Il ne faut donc pas les supprimer, les déplacer ou les modifier avec un autre logiciel.
Le fichier "sources_energie_electrique_2.ttkgp" peut être ouvert avec fGIS. Ce logiciel gratuit et son tutoriel sont disponibles dans cette rubrique.
Le fichier "sources_énergie_électrique_2008.mwprj" est exploitable avec Mapwindow. Le tutoriel de ce logiciel est disponible dans cette rubrique.
Un fichier compressé contient le résultat de ce travail. Après décompression, le dossier "énergie_2008" contenant toutes les données est créé. Cet ensemble de fichiers est nécessaire à l'ouverture des projets SIG. Il ne faut donc pas les supprimer, les déplacer ou les modifier avec un autre logiciel.
Ce dossier peut être mis à la disposition des élèves sur le réseau de l'établissement ou l'ENT
Dans le cas d'un travail sur SIG, les élèves vont être amenés à modifier de façon individuelle le projet et ses différents fichiers, il serait donc dangereux de faire un travail directement sur le dossier commun à tous les élèves car cela génère des conflits de versions. Chaque élève ou groupe d'élèves va donc recopier le dossier "énergie_2008" dans son espace personnel. C'est sur ce dossier que le travail sera mené à bien. Dans le cadre d'un travail en atelier chaque groupe prend en charge l'une des cartes et l'utilise dans une présentation à toute la classe.
Il est prudent de garder sous la main une version originale du dossier pour pallier aux fausses manoeuvres
Le fichier "sources_energie_electrique_2.ttkgp" est ouvert avec le logiciel fGIS qui a été installé auparavant.
Par défaut le projet s'ouvre en visualisant le nombre de kWh par habitant pour chaque pays.
Par défaut le projet s'ouvre en visualisant le nombre de kWh par habitant pour chaque pays.
Le thème étant sélectionné, il faut utiliser "Thème/Ouvrir la Table du Fichier "Shapefile" pour voir les différentes valeurs disponibles.
La plupart des titres de colonne sont explicites. La différence entre "RENOUVELAB" et 'TOTAL_RENE"est que le premier n'inclut pas l'hydroélectrique alors que le second le fait. TOTALCONV ne concerne que l'énergie électrique produite à partir des roches carbonées. POMP correspond à la part d'énergie électrique consommée pour remplir les lacs de retenue en période creuse.
TOTAL_NET correspond à la somme arithmétique de toutes ces quantités d'énergie. Pour de très nombreux pays cette valeur n'est pas connue et cela aura une conséquence sur les étapes suivantes du travail.
La plupart des titres de colonne sont explicites. La différence entre "RENOUVELAB" et 'TOTAL_RENE"est que le premier n'inclut pas l'hydroélectrique alors que le second le fait. TOTALCONV ne concerne que l'énergie électrique produite à partir des roches carbonées. POMP correspond à la part d'énergie électrique consommée pour remplir les lacs de retenue en période creuse.
TOTAL_NET correspond à la somme arithmétique de toutes ces quantités d'énergie. Pour de très nombreux pays cette valeur n'est pas connue et cela aura une conséquence sur les étapes suivantes du travail.
Il est conseillé de fermer la table de données attributaires après cette exploration.
Le thème étant sélectionné (fond bleu), la commande "Thème/Propriétés du thème" affiche une boîte de dialogue.
Dans l'onglet Area, il faut cocher "Use renderer"
Le thème étant sélectionné (fond bleu), la commande "Thème/Propriétés du thème" affiche une boîte de dialogue.
Dans l'onglet Area, il faut cocher "Use renderer"
L'onglet "Renderer" permet de discrétiser, c'est à dire de découper en classes, en fonction du pourcentage d'énergie solaire photovoltaïque sur l'énergie électrique totale par pays. Une liste déroulante permet d'accéder aux noms des différents champs.
L'équation est écrite comme sur un tableur dans la case "Render Expression"
On choisit le nombre de zones, les valeurs min. et max., les couleurs de départ, d'arrivée et celle qui sera attribuée aux valeurs hors limites.
Le bouton "Apply" permet de prévisualiser le résultat. S'il convient, on valide la discrétisation par "OK".
L'équation est écrite comme sur un tableur dans la case "Render Expression"
On choisit le nombre de zones, les valeurs min. et max., les couleurs de départ, d'arrivée et celle qui sera attribuée aux valeurs hors limites.
Le bouton "Apply" permet de prévisualiser le résultat. S'il convient, on valide la discrétisation par "OK".
Le pourcentage d'énergie solaire dans les productions nationales d'électricité n'est jamais supérieur à 1% et seules l'Allemagne et l'Espagne dépassent 0,4%.
NB : les statistiques de l'EIA assimilent l'électricité d'origine marémotrice et houlomotrice à de l'énergie solaire, mais celles-ci représentent un pourcentage négligeable.
Le logiciel fGIS ne permet pas de faire apparaître facilement les pays sans données recensées qui apparaissent ici en blanc comme ceux dont la part de solaire est très faible.NB : les statistiques de l'EIA assimilent l'électricité d'origine marémotrice et houlomotrice à de l'énergie solaire, mais celles-ci représentent un pourcentage négligeable.
Pour présenter la carte de façon pertinente, il faut changer l'intitulé du thème dans la légende. "Thème/Changer le Nom du Thème" permet de le faire.
Utiliser le système d'informations géographiques Mapwindow pour dresser des cartes
Le fichier "sources_énergie_électrique_2008.mwprj" est ouvert avec le logiciel Mapwindow.
Par défaut le projet s'ouvre en visualisant le nombre de kWh par habitant pour chaque pays. A la différence de fGIS, les pays sans données sont affichés de façon spécifique, ici en rouge brique.
Un clic droit sur la couche sélectionnée affiche un menu contextuel où il faut choisir "View Attribute Table Editor"
La plupart des titres de colonne sont explicites. La différence entre "RENOUVELAB" et 'TOTAL_RENE" est que le premier n'inclut pas l'hydroélectrique alors que le second le fait. "TOTALCONV" correspond à l'énergie électrique produite à partir des roches carbonées. "POMP" correspond à la part d'énergie électrique consommée pour remplir les lacs de retenue en période creuse.
"TOTAL_NET" correspond à la somme arithmétique de toutes ces quantités d'énergie. Pour de très nombreux pays cette valeur n'est pas connue et cela aura une conséquence sur les étapes suivantes du travail.
Avec Mapwindow l'affichage de pourcentages issus de la combinaison de différents champs passe par la création et le paramétrage de différents champs dans la table de données attributaires.
Le calculateur de champs 
permet ensuite de construire l'équation recherchée. Il s'agit ici du pourcentage d'énergie solaire dans la production totale d'électricité de chaque pays. On utilise pour cela les noms de champs et des opérateurs à choisir dans des listes. Une fois l'équation construite le bouton "calculate" termine l'opération.
Cela met en jeu des compétences communes aux sciences économiques et sociales, aux mathématiques et aux sciences physiques.
permet ensuite de construire l'équation recherchée. Il s'agit ici du pourcentage d'énergie solaire dans la production totale d'électricité de chaque pays. On utilise pour cela les noms de champs et des opérateurs à choisir dans des listes. Une fois l'équation construite le bouton "calculate" termine l'opération. Cela met en jeu des compétences communes aux sciences économiques et sociales, aux mathématiques et aux sciences physiques.
L'outil de discrétisation (découpage en classes) est ensuite mis en oeuvre sur ce champ en modifiant manuellement les valeurs des bornes de classes et le texte qui apparaîtra en légende (attention, les deux ne sont pas liés de façon automatique).
Les cartes précédentes peuvent à juste titre se montrer difficiles à exploiter en raison du grand nombre de pays ne donnant pas d'éléments statistiques complets. Il peut être intéressant de concentrer le travail sur quelques pays emblématiques et bien documentés pour montrer la diversité des situations. Ce travail s'effectue aussi en atelier sur l'un des pays suivants : Finlande, Norvège, Islande, France, USA, Chine, Brésil, Algérie, Portugal.
Le jeu de données "sources_energie_electrique_2.ttkgp" est utilisé avec le système d'information géographique fGIS. Le thème "energie_2008" est sélectionné (fond bleu).
Le jeu de données "sources_energie_electrique_2.ttkgp" est utilisé avec le système d'information géographique fGIS. Le thème "energie_2008" est sélectionné (fond bleu).
Un clic droit sur ce thème permet d'ouvrir la table du fichier "Shapefile".<br><br><img title="graphique 02" alt="graphique 02" style="width: 272px; border: 0px solid rgb(0, 0, 0); margin: 5px;" src="https://www.pedagogie.ac-nantes.fr/medias/photo/graphique02_1283615735258.jpg?ID_FICHE=1283465220148" align="middle"><br><br>En recherchant dans la liste des pays, on sélectionne le pays en cliquant sur la case à gauche de la ligne.
La commande "Sélection/Copier la Sélection" place le contenu de la ligne dans le presse papier.Il est ensuite collé dans une feuille de calcul.
Les têtes de colonne héritées du format DBASE initial sont changées et certaines colonnes inutiles sont éliminées ou déplacées.
Le tableur au format .xls est disponible en téléchargement pour Excel ou OpenOffice.
On utilise ensuite les fonctions du grapheur pour faire des graphiques en secteurs. Les valeurs de "pompage" et de "total net" ne doivent pas être sélectionnées ("pompage" représente l'énergie consommée par certains pays pour remplir les lacs de retenue quand l'électricité n'est pas chère. Cette valeur est nécessaire pour rendre exact le total net).
Pourcentages des énergies primaires utilisées par le Portugal pour produire de l'électricité en 2008.
remerciements
à Cyrille Chopin, professeur d'Histoire et de Géographie au collège Léo Lagrange du Havre pour les sources de données énergétiques.
François Cordellier, professeur de SVT au lycée Jean Perrin de Rezé
information(s) pédagogique(s)
niveau : 2nde
type pédagogique : démarche pédagogique, travaux pratiques
public visé : enseignant
contexte d'usage : atelier, classe, laboratoire, salle multimedia
référence aux programmes :
Le Soleil : une source d'énergie essentielle
sciences de la vie et de la Terre - Rectorat de l'Académie de Nantes