Production, transport et utilisation de l'énergie éclectique
Exercice 1
A notre époque, et sans électricité, la vie quotidienne serait difficilement envisageable.
Il est donc nécessaire de savoir la produire de manière efficace et continue.
Pour répondre à la consommation croissante d'électricité, il a fallu inventer et construire des usines capables de produire de l'électricité en grande quantité.
Les trois principaux modes de production sont les centrales nucléaires, les centrales à combustibles fossiles et les centrales hydroélectriques.
La turbine et l'alternateur sont les deux pièces maîtresses de ces générateurs d'électricité.
Dans le cas des usines thermiques, la turbine est entraînée par la vapeur produite dans les chaudières où l'on brûle les combustibles, alors que dans le cas des usines hydroélectriques, la turbine est animée par la force de l'eau.
La turbine est couplée à un alternateur, un grand aimant cerclé d'une bobine, qui va produire un courant alternatif en tournant. Une fois le courant produit, il doit être amené jusque chez le consommateur$\ldots$
A la sortie de la centrale, un premier transformateur, un survolteur, augmente la tension du courant à $400$ ou $800000\,V$
Ceci permet de minimiser les pertes d'énergie pendant le transport.
Près du point de livraison, un deuxième transformateur, un sous volteur, fait l'opération inverse : il abaisse la tension du courant pour la mettre aux normes du réseau domestique.
Il existe d'autres manières efficaces de produire de l'électricité : les panneaux solaires transforment la lumière du soleil en électricité et les éoliennes utilisent la force du vent.
Il faut savoir qu'il existe également des usines marémotrices qui utilisent la force des marées, que la géothermie exploite les gisements d'eau chaude stockés dans le sous-sol terrestre, tandis que les usines à biomas'e utilisent les déchets comme source d'énergie.
1. Donner un titre à ce texte
2. Définir les termes soulignés
3. Quel est le principe commun à toutes les centrales électriques ?
4. Quelles sont les principales
différences entre le mode de fonctionnement d'une centrale thermique et celui d'une centrale nucléaire ?
5. Sous quelle forme l'énergie électrique est transportée ? Pourquoi ?
6. A l'aide du texte, expliquer le mode de fonctionnement détaillé d'une centrale thermique et d'une centrale nucléaire.
7. Quelles sont les manières efficaces de produire l'électricité ?
Exercice 2
L'énergie électrique ne se stocke pas.
Elle est pourtant toujours disponible à tout instant, ce qui implique un fonctionnement ininterrompu des centrales.
Pour nous parvenir depuis les centrales, l'énergie électrique emprunte un réseau de lignes électriques comparable au réseau routier, avec ses autoroutes et ses nationales.
En France, on compte plus de $1.3$ million de kilomètres de lignes.
Les câbles sont principalement aériens, portés par de solides pylônes, mais des lignes souterraines ont aussi été construites
1. Donner un titre à ce texte
1. Est-il possible de créer des réserves d'énergie électrique ?
Justifier la réponse.
2 Comment l'énergie électrique est-elle acheminée des centrales jusqu'aux habitations ?
3. Sur quelle distance totale s'étendent les lignes électriques en France ? Sont-elles toujours visibles ?
Exercice 3
Répondre par vrai ou faux et corriger les propositions fausses.
1. Le charbon est une ressource renouvelable.
2. L'énergie s'exprime en Watt $(W).$
3. L'énergie consommée par un appareil dépend la durée de son utilisation.
4. L'énergie du soleil provient d'une réaction nucléaire.
5. L'homme en faisant du vélo fournit de l'énergie mécanique.
6. Une pile convertit de l'énergie électrique en énergie chimique.
7. L'énergie éolienne est une ressource renouvelable.
8. Un accumulateur électrochimique permet de convertir l'énergie électrique en énergie chimique et inversement.
9. La réaction chimique ayant lieu dans une pile à combustible produit une substance polluante.
10. Toutes les centrales thermiques puisent leur énergie d'une réaction de combustion
Exercice 4
$QCM$
1. Le transport de l'électricité se fait dans des lignes à très haute tension
a. Pour augmenter la résistance de ces lignes
b. Pour augmenter la puissance dissipée dans l'environnement
c. Pour diminuer l'énergie dissipée par effet Joule
d. Pour diminuer la résistance de ces lignes
2. En courant continu la puissance électrique peut s'exprimer sous la forme
a. $P=U\times I$
b. $P=U\times I$
c. $P=R\times I$
3. A puissance transportée constante, on préfère
a. Utiliser des intensités de courant électrique importantes pour réduire la tension électrique
b. Utiliser des tensions importantes pour réduire l'intensité du courant électrique
c. Utiliser des lignes à résistance importante pour réduire l'intensité du courant
4. Le matériau constitutif d'une ligne électrique est choisi de façon à ce que
a. sa résistivité soit la plus faible possible
b. sa résistivité soit la plus grande possible
5. Le transport de l'électricité a toujours lieu
a. en tension continue
b. en tension alternative
6. La transition énergétique repose sur
a. la modification du mode de production et de consommation d'énergie
b. le développement des énergies renouvelables essentiellement
c. le remplacement des centrales nucléaires par des éoliennes et des panneaux solaires
d. l'augmentation du mix énergétique
7. Le mix énergétique est
a. un mélange de combustibles
b. l'utilisation de différentes ressources pour la production d'énergie
c. l'utilisation exclusive de ressources énergétiques renouvelables
8. L'énergie nucléaire
a. est une énergie verte
b. a une très faible empreinte carbone
c. n'est pas dénuée de risques
9. L'innovation technologique et technique en matière d'énergie nucléaire concerne
a. la gestion des déchets radioactifs
b. la réalisation de la fusion nucléaire
c. la réalisation de la fission nucléaire
d. la maîtrise des risques d'accident
10. L'énergie électrique produite par une centrale nucléaire est obtenue grâce à
a. la fusion nucléaire
b. l'oxydation de l'uranium
c. une machine thermique
d. la désintégration de l'uranium
11. Laquelle de ces centrales électriques n'implique pas d'énergie mécanique pour produire de l'électricité ?
a. éolienne
b. photovoltaïque
c. nucléaire
d. au charbon
12. Une éolienne convertit :
a. de l'énergie cinétique en énergie électrique
b. de l'énergie électrique en énergie cinétique
c. de l'énergie chimique en énergie électrique
d. de l'énergie électrique en énergie chimique
Pour être stockée, de l'énergie électrique peut être convertie en :
a. énergie cinétique
b. énergie radiative
b. énergie nucléaire
c. énergie potentielle de pesanteur
13. La plupart des méthodes de production d'électricité sans combustion
a. n'ont aucun impact sur l'environnement
b. ont un impact sur l'environnement
c. sont interdites
14. Quel minerai radioactif, contenu dans le sous-sol de la Terre, permet de produire l'énergie nucléaire ?
a. l'uranium
b. le gaz naturel
c. le charbon
15. Par quel moyen produit-on de l'électricité dans une centrale thermique à flamme ?
a. par la fracturation de roches
b. par la combustion d'énergies fossiles
c. par le pompage du pétrole
16. Quelle source d'énergie permet de produire de l'électricité dans une centrale hydroélectrique
a. le pétrole
b. l'eau liquide
c. la vapeur d'eau
16. Quelle source d'énergie permet à une éolienne de produire de l'électricité ?
a. le soleil
b. l'eau
c. le vent
17. Comment est récupérée la chaleur de la terre dans une centrale géothermique ?
a. par pompage de l'eau chaude
b. par pompage de magma
c. par pompage du pétrole
18. Qu'est-ce que la biomasse ?
a. les roches
b. de la matière organique issue des déchets végétaux et animaux
c. du pétrole
19. Quelle technologie permet de capter l'énergie des courants marins ?
a. les hydroliennes
b. les centrales océanographiques
c. les passes à courants
20. Une énergie non renouvelable est
a. une énergie dont les réserves s'épuisent plus vite qu'elles ne se forment
b. une énergie qui se renouvelle rapidement et qui ne s'épuise pas.
c. une énergie qui ne se renouvelle pas.
21. Les sources d'énergie renouvelable sont :
a. l'eau
b. l'uranium
c. le vent
d. le charbon
e. le pétrole
f. le Soleil
g. la biomasse
22. Un radiateur convertit l'énergie électrique principalement en
a. énergie lumineuse
b. énergie mécanique
c. énergie thermique
23. L'énergie électrique à la maison provient
a. des prises électriques
b. des centrales électriques
c. des interrupteurs
24. L'énergie électrique qui parvient jusqu'aux habitations est
a. stockée dans les appareils électriques
b. stockée dans les lignes électriques
c. transférée par les lignes électriques
L'unité d'énergie électrique est le
a.Watt
b. Kilowatt-heure
c. Le Joule
25. Un alternateur électrique convertit de :
a. l'énergie électrique en énergie mécanique
b. l'énergie mécanique en énergie électrique
c. l'énergie électrique en énergie radiative
d. l'énergie radiative en énergie électrique
26. Dans un alternateur
a. le stator est entraîné par une turbine
b. le rotor peut être composé de fils de cuivre
c. le rendement a une valeur très faible
d. il y a forcément un rotor et un stator
27. L'induction électromagnétique c'est
a. la création d'un courant induit dans une bobine en rotation sur elle-même
b. la création d'un courant électrique dans une bobine par un aimant en mouvement par rapport à cette dernière
c. la création d'un courant électrique dans un aimant par une bobine en mouvement par rapport à ce dernier
28. Le pétrole, le charbon et le gaz naturel sont des
a. sources d'énergie non renouvelables
b. source d'énergie renouvelable
c. biocombustibles
d. combustibles fossiles
Exercice 5
Recopier les phrases en choisissant le mot qui convient.
$-\ $Alimenté par une tension continue / alternative, le transformateur produit une tension continue / alternative .
La fréquence du courant est modifiée / inchangée.
$-\ $Un transformateur abaisseur / élévateur de tension produit une tension de sortie plus élevée / basse que la tension d'entrée.
Exercice 6
Dans une centrale thermique classique, le combustible (fioul, charbon ou gaz) est brûlé dans une chaudière qui va chauffer de l'eau.
L'eau se transforme en vapeur envoyée sous pression vers les turbines.
La vapeur met en mouvement la turbine, la rotation de la turbine entraîne celle de l'alternateur qui produit une tension alternative.
Dans le réacteur d'une centrale nucléaire, l'énergie libérée par les atomes d'uranium produit une grande quantité de chaleur.
Cette chaleur sert à chauffer de l'eau qui se transforme en vapeur.
La pression de cette vapeur fait tourner une turbine qui transmet son mouvement à l'alternateur.
Dans une centrale hydroélectrique, l'eau accumulée derrière un barrage est dirigée vers les turbines par des tuyaux appelés conduites forcées.
Elle permet de mettre en rotation les turbines qui font tourner les alternateurs.
Dans une éolienne, c'est le vent qui fait tourner les pales correctement orientées de l'éolienne, la rotation des pales est transmise à l'alternateur.
1. Donner un titre à ce texte
2. Définir les termes soulignés
3. Quels sont les différents types de centrales cités ci-dessus ?
2. Dans chaque cas, quelle est la source d'énergie utilisée ?
Exercice 7
Lire attentivement ce texte avant de répondre aux questions
L'électricité se transporte facilement et rapidement.
Des lignes électriques livrent l'électricité depuis la centrale électrique jusqu'aux zones de consommation.
Le transport de l'électricité à l'échelle nationale est principalement assuré en très haute tension à $400000$ volts via des lignes aériennes dites d'interconnexion.
Des opposants se manifestent de plus en plus fréquemment pour demander leur disparition du champ visuel, ce qui est toujours coûteux et parfois techniquement presque impossible.
A l'échelle régionale ou locale, le transport est assuré en haute tension $(225000\text{ et }63000\text{ volts essentiellement)}$ via des lignes qui, elles, peuvent être enterrées.
L'utilisation de la très haute tension permet de limiter les pertes en ligne dues à l'effet Joule ou aux effets électromagnétiques (effets capacitifs entre la ligne et le sol).
Les pertes énergétiques dans les lignes à haute tension sont proportionnelles aux distances parcourues par le courant électrique.
1.1. Donner un titre à ce texte
1.2. Donner le sigle (ou) abréviation des mots soulignés du texte.
Préciser la valeur des tensions correspondantes
1.1.3. Sous quelle tension l'électricité livrée dans les habitations.
Donner le sigle et la valeur de la tension
1.4. Expliquer pourquoi l'électricité est transportée sous haute tension
Exercice 8
Lire attentivement ce texte et répondre aux questions
Les réseaux de distribution livrent directement l'électricité chez les consommateurs finaux.
Les lignes électriques sont à une tension de $20000$ volts, augmentant la déperdition énergétique unitaire mais sur de courtes distances.
Des postes de transformation sont placés à l'interconnexion des réseaux de transport et de distribution.
Certains moyens de production d'électricité décentralisés (éoliennes, panneaux photovoltaïques chez un particulier) peuvent être directement raccordés au réseau de distribution et ne passent pas par le réseau de transport.
On parle de production locale pour cette raison.
Lors du transport et de la distribution d'électricité, le courant est le plus souvent triphasé. Il y a trois câbles conducteurs par circuit pour optimiser l'acheminement de l'électricité et minimiser les pertes en lignes
1.1. Donner un titre à ce texte
1.2. Définir les mots soulignés
1.3. Expliquer l'intérêt du courant triphasé
1.4. Quelles sont les particularités des certains moyens de production d'électricité décentralisés ?
Exercice 9
2.2. Choisir la ou les bonne(s) réponse(s)
2.2.1. Le transport de l'énergie électrique se fait à haute tension
a. pour augmenter la puissance transportée
b. pour diminuer l'intensité des courants de ligne
c. pour diminuer les pertes en ligne
2.2.2. Une utilisation domestique dispose d'une tension entre phase et neutre :
a. la valeur efficace vaut $230\,V$
b. la valeur efficace vaut $400\,V$
c. la fréquence est égale à $50\,Hz$
2.2.3. Un transformateur fonctionne :
a. pour des tensions continues
b. pour des tensions sinusoïdales
c. pour des tensions continues et sinusoïdales
Exercice 10
Associer chaque appareil à la forme d'énergie utile qu'il permet d'obtenir :
1. Radiateur
(a) Énergie thermique
2. Téléviseur
(b) Énergie cinétique
3. Ventilateur
(c) Énergie lumineuse
4. Lampe allumée
Exercice 11
On distingue plusieurs sources d'énergie : uranium ; vent ; eau en mouvement ; pétrole ; charbon ; Soleil et gaz naturel
1. Dans cette liste, repérer les sources d'énergie fossiles.
2. Quelles sources d'énergie sont qualifiées de renouvelables ?
Pourquoi ?
3. Recopier et associer la source d'énergie à la centrale qui l'utilise.
1. Uranium a. Centrale thermique à flamme
2. Vent b. Centrale hydroélectrique
3. Eau c. Centrale nucléaire
4. Pétrole d. Éolienne
Recopier les phrases suivantes en remplaçant les pointillés par le mot ou expression qui
convient :
rouge - vert - bleue - indispensable -fils de terre - disjoncteur - conducteurs - l'installation - composants du réseau.
Pour reconnaître les $\ldots\ldots$ électrique domestique, les techniciens utilisent dans l'installation, des fils recouverts $\ldots\ldots$ de gaine isolante $\ldots\ldots\ldots$ comme fils $\ldots\ldots\ldots$ de phase et des fils recouverts de gaine isolante comme fils neutres, tandis que pour les $\ldots\ldots\ldots$, ils recourent aux fils recouverts de gaine bicolore $\ldots\ldots$ et jaune.
En plus du $\ldots\ldots$ principal monté à côté du compteur d'électricité, le disjoncteur différentiel est aussi $\ldots\ldots$ parce qu'il protège $\ldots\ldots\ldots$ électrique domestique et les usagers de tout danger.
Exercice 13
Recopier et compléter les phrases suivantes :
1 Le déplacement d'un aimant par rapport à une bobine dont les bornes sont reliées à un microampèremètre produit un courant électrique: c'est le phénomène $\ldots\ldots\ldots\ldots$
2. Un alternateur est une machine génératrice de $\ldots\ldots\ldots$ alternatif. Il transforme l'énergie
$\ldots\ldots$ en énergie électrique.
3. Un $\ldots\ldots$ qui comporte un nombre $N_{1}=200$ spires au primaire et $N_{2}=600$ spires au
secondaire est un $\ldots\ldots$ de tension.
4. Par chauffage, on peut classer les matières plastiques en deux catégories: les $\ldots\ldots$ qui fondent sous l'action de la chaleur et qui sous l'action de la chaleur.
Exercice 14
Identifier des conversions
Relier chaque objet à la conversion d'énergie qu'il réalise
Un moteur de voiture électrique $\quad\quad\quad$ Énergie chimique en mécanique
Une éolienne $\quad\quad\quad$ Énergie électrique en thémique
Un panneau eau photovoltaîque un grille-pain $\quad\quad\quad$ Énergie chimique en électrique
Un muscule $\quad\quad\quad$ Énergie mécanique en électrique
Une pile $\quad\quad\quad$ Énergie lumineuse en mécanique
Une centrale hydraulique $\quad\quad\quad $ Énergie mécanique en électrique mécanique
Alternateur $\quad\quad\quad$ Énergie électrique en mécanique
Ventilateur $\quad\quad\quad$ Énergie mécanique en électrique
Exercice 15
Chaine énergétique
Une lampe de bureau utilise de l'énergie électrique pour fonctionner.
1. Quelle est la forme d'énergie reçue par une lampe ?
2. En quelle forme d'énergie cette énergie est-elle convertie par la lampe ?
3. Construire la chaine énergétique associée à une lampe.
Exercice 16
Convertisseurs d'énergie
Pour allumer certaines lampes, il faut tourner une manivelle.
Cette manivelle entraîne un alternateur, appelé aussi dynamo.
L'alternateur produit ainsi l'énergie électrique nécessaire pour allumer la lampe.
1. Quelle est la forme d'énergie reçue par l'alternateur ?
2. Quelle est la forme d'énergie reçue par la lampe ?
3. Justifier le fait que l'alternateur est un convertisseur d'énergie.
4. La lampe est-elle un convertisseur d'énergie ? Justifier.
Exercice 17
Centrale $\quad\quad\quad$ Chaîne énergétique
Nucléaire $\quad\quad\quad$ Énergie mécanique $\rightarrow$ Énergie électrique
Solaire $\quad\quad$ Énergie nucléaire $\rightarrow$ Énergie thermique $\rightarrow$ Énergie $\rightarrow$
électrique $\quad\quad\quad$ Éolienne $\quad\quad$ Énergie chimique $\rightarrow$ Énergie thermique $\rightarrow$ Énergie mécanique $\rightarrow$ Énergie électrique
Thermique $\quad\quad\quad$ Énergie lumineuse $\rightarrow$ Énergie électrique
Exercice 18
Compléter ce texte avec le mot ou groupe de mots qui convient
L'$\ldots$ est constitué d'une partie mobile, le $\ldots\ldots$, contenant un aimant; d'une $\ldots\ldots$, le stator, qui contient une bobine de fil de cuivre.
On peut créer une $\ldots\ldots$ aux bornes de la bobine de fil de cuivre par déplacement d'un $\ldots\ldots$ à son voisinage.
L'alternateur $\ldots\ldots$ ainsi de l'énergie mécanique en $\ldots\ldots$
Une énergie est dite $\ldots\ldots$ quand sa source est pratiquement inépuisable.
Les énergies $\ldots\ldots$ et nucléaire sont des énergies polluantes et dont les stocks diminueront dans le temps.
Il est donc urgent de développer les énergies $\ldots\ldots$ et non polluantes.
Exercice 19
Répondre aux questions suivantes :
1. Quelle est la conversion de l'énergie dans l'alternateur :
a. Énergie chimique en énergie électrique.
b. Énergie mécanique en énergie thermique.
c. Énergie mécanique en énergie électrique.
2. Un des risques liés à l'exploitation de l'énergie nucléaire a pour origine :
a. La libération des $«NOz»$ dans l'atmosphère.
b. Les rayonnements très dangereux émis par les noyaux engendrés par la fission.
c. L'augmentation de l'émission de gaz à effet de serre.
3. Répondre par vrai ou faux.
Corriger si la réponse est fausse
a. On ne peut pas produire de l'électricité qu'avec un alternateur
b. L'électricité est un moyen peu efficace de transfert de l'énergie
c. Une pile convertit de l'énergie électrique en énergie chimique.
d. Une chaudière convertit de l'énergie chimique en énergie thermique
Exercice 20
Un alternateur reçoit un type d'énergie et fournit un autre type d'énergie.
Lors de ce processus, il y a également une perte d'énergie au niveau de l'alternateur.
Compléter le schéma ci-dessous en indiquant le nom des énergies mises en jeu :
