Fiche de révision · Physique-chimie 3eSources d'énergie et production d'électricité
3e trimestre · chapitre 12 sur 13
L'électricité est produite en convertissant une autre forme d'énergie, le plus souvent grâce à un alternateur entraîné par une turbine.
L'essentiel à retenir
- L'énergie se conserve, elle se convertit
- Rendement = énergie utile / énergie reçue < 1
- Turbine + alternateur dans la plupart des centrales
- Sources renouvelables et non renouvelables
- Combustibles fossiles : rejet de CO₂
La leçon
1. Les formes d'énergie
L'énergie existe sous différentes formes : cinétique, de position, thermique, électrique, chimique, nucléaire et lumineuse (ou rayonnante). Elle peut passer d'une forme à une autre.
Exemple
L'essence stocke de l'énergie chimique, une voiture qui roule possède de l'énergie cinétique, le Soleil émet de l'énergie lumineuse.
2. Convertisseur et diagramme énergétique
Un convertisseur reçoit de l'énergie sous une forme et la restitue sous d'autres formes. Une partie est souvent « perdue », en général sous forme thermique. Le diagramme énergétique montre la source, le convertisseur, puis l'énergie utile et l'énergie perdue.
Exemple
Lampe : énergie électrique → lampe → énergie lumineuse (utile) + énergie thermique (perdue).
3. Le fonctionnement d'une centrale
Dans la plupart des centrales, une turbine entraîne un alternateur, qui convertit l'énergie cinétique en énergie électrique grâce au mouvement d'un aimant près d'une bobine. Dans les centrales thermiques (charbon, gaz, fioul) et nucléaires, on chauffe de l'eau : la vapeur fait tourner la turbine. Dans une centrale hydraulique, c'est l'eau en mouvement ; dans une éolienne, c'est le vent qui fait tourner les pales.
Exemple
Exception : un panneau photovoltaïque convertit directement l'énergie lumineuse en énergie électrique, sans turbine ni alternateur.
4. Sources renouvelables ou non
Une source renouvelable se renouvelle à l'échelle humaine : le Soleil, le vent, l'eau, la géothermie, la biomasse. Les stocks des sources non renouvelables (pétrole, gaz naturel, charbon, uranium) s'épuisent. Les combustibles fossiles rejettent du dioxyde de carbone CO₂, un gaz à effet de serre. En France, la majorité de l'électricité est d'origine nucléaire.
Exemple
Le pétrole s'est formé en plusieurs millions d'années : on le consomme bien plus vite qu'il ne se reforme.
5. Le rendement
Le rendement indique quelle part de l'énergie reçue est convertie en énergie utile. On le calcule avec des énergies ou avec des puissances. Il n'a pas d'unité et il est toujours inférieur à 1, soit 100 %, car une partie de l'énergie est perdue.
η = énergie utile / énergie reçue
Exemple
Un moteur reçoit 1 000 J et fournit 800 J d'énergie utile : η = 800 / 1 000 = 0,8, soit 80 %.
6. La conservation de l'énergie
L'énergie ne peut être ni créée ni détruite : elle est seulement transférée ou convertie d'une forme à une autre. Pour un convertisseur, l'énergie reçue est donc égale à l'énergie utile plus l'énergie perdue.
E reçue = E utile + E perdue
Exemple
Le moteur qui reçoit 1 000 J et fournit 800 J d'énergie utile perd 1 000 − 800 = 200 J, surtout sous forme thermique.
La méthode
Comment établir un diagramme énergétique
- Écris le nom du convertisseur dans un cadre.
- À gauche, dessine une flèche entrante avec la forme d'énergie reçue.
- À droite, dessine une flèche pour l'énergie utile, celle pour laquelle on utilise l'appareil.
- Ajoute une flèche pour l'énergie perdue, le plus souvent thermique.
Pièges à éviter
- Une énergie « perdue » n'a pas disparu : elle a été convertie, souvent en énergie thermique qu'on ne peut pas utiliser.
- Un rendement ne dépasse jamais 1 (100 %) : si ton calcul donne plus, tu as inversé énergie utile et énergie reçue.
- Ne confonds pas source et forme d'énergie : le vent est une source, l'énergie cinétique est une forme.
Vocabulaire
- Convertisseur
- Objet qui transforme une forme d'énergie en d'autres formes.
- Turbine
- Roue à pales mise en rotation par la vapeur, l'eau ou le vent.
- Alternateur
- Convertisseur d'énergie cinétique en énergie électrique.
- Rendement
- Rapport entre énergie utile et énergie reçue.
- Énergie renouvelable
- Source qui se renouvelle à l'échelle humaine.
- Diagramme énergétique
- Schéma montrant les conversions d'énergie d'un convertisseur.
Teste-toi
3 questions pour vérifier, corrigées tout de suite.
Flashcards
Essaie de répondre avant d'ouvrir la carte.
Cite quatre formes d'énergie.
Par exemple : cinétique, thermique, électrique, chimique (aussi lumineuse, nucléaire, de position).
Que signifie « l'énergie se conserve » ?
Elle ne peut être ni créée ni détruite : elle est seulement transférée ou convertie d'une forme à une autre.
Qu'est-ce qu'un convertisseur d'énergie ?
Un objet qui reçoit de l'énergie sous une forme et la restitue sous d'autres formes, comme une lampe ou un moteur.
La suite dans Réviz
4 autres questions, 5 autres flashcards, la carte mentale du chapitre, et ce qui coince qui revient au bon moment jusqu'au contrôle.
Ce que le programme attend
- Identifier les différentes formes d'énergie (cinétique, thermique, électrique, chimique, nucléaire, lumineuse…)
- Établir un diagramme énergétique (chaîne énergétique) d'un convertisseur
- Expliquer le fonctionnement d'une centrale électrique (alternateur, turbine)
- Distinguer sources d'énergie renouvelables et non renouvelables
- Définir et calculer un rendement
- Connaître la conservation de l'énergie
Référence : Programme du cycle 4 de physique-chimie (BO spécial n°11 du 26/11/2015, ajusté BO n°31 du 30/07/2020). Une erreur dans cette fiche ? Signale-la, elle sera corrigée.