La Terre est un lieu de transfert d’énergie. Elle reçoit un flux d’énergie venant du Soleil, mais elle génère également de l’énergie. L’exploitation de ces stocks permet de satisfaire les besoins énergétiques humains.
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Différents stocks et flux énergétiques peuvent être identifiés sur Terre :
- les stocks énergétiques : quantité d’énergie en réserve sous différentes formes (chimique, potentielle, etc.) ;
- les flux énergétiques : quantité d’énergie transférée d’un stock à un autre, par unité de temps.
- $\pu{1 g}$ d’uranium permet de produire théoriquement $\pu{72,6 GJ}$ par fission ;
- $\pu{1 TJ} = \pu{10^3 GJ} = \pu{10^6 MJ} = \pu{10^9 kJ} = \pu{10^{12} J}$ ;
- $\pu{1 t.e.p.}$ (tonne d’équivalent pétrole) $= \pu{4,19e10 J}$ ;
- $\pu{1 kW⋅h}$ (kilowattheure) $= \pu{3,6E6 J}$ ;
- $\pu{1 kcal}$ (kilocalorie) $= \pu{4184 J}$ ;
- $\pu{1 W} = \pu{1 J⋅s-1}$ ;
- $\pu{1 Gt}$ (gigatonne) $= \pu{10^3 Mt}$ (megatonne).
On appelle puissance l’énergie transférée en une seconde. $$\text{Puissance} = \dfrac{\text{Énergie transférée}}{\text{Durée du transfert}} $$
L’unité légale de la puissance est le watt (W) : $\pu{1 W} = \pu{1 J/s}$.
Questions
- Définir les termes « énergie de stock » et « énergie de flux ».
Réponse
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Lorsque la matière première qui se transforme est en quantité finie, non renouvelable et donc destinée à s’épuiser, on parle d’« énergie de stock ». L’utilisation d’« énergie de stock » impose une bonne évaluation des réserves exploitables, et un modèle de consommation de ces réserves.
-
Les autres sources d’énergie dont nous disposons sont des énergies de flux : énergie solaire, énergie éolienne, énergie marine, énergie hydraulique, biomasse, géothermie, toutes ces formes d’énergie sont inépuisables (à l’échelle humaine en tout cas), mais leur flux, c’est-à-dire la quantité d’énergie disponible chaque année – et même à chaque instant – est imposée par la nature. Personne ne commande au Soleil, aux vents, aux courants marins, aux précipitations, à la photosynthèse ou au flux d’énergie provenant du centre de la Terre. Dès lors, l’utilisation de ces sources d’énergie requiert de connaître les caractéristiques de ces flux – intenses ou pas, réguliers ou pas – et les possibilités pratiques de les transformer pour nos usages (chaleur, travail, électricité, etc.).
-
L’usage des énergies de stock et celui des énergies de flux posent des questions de différente nature. Pour les premières, nous disposons d’une certaine latitude pour piloter leur flux – il suffit d’extraire plus de matière première –, mais il est important d’anticiper leur épuisement. Les secondes sont inépuisables, mais comme nous ne contrôlons pas leur flux, la ressource peut exister lorsqu’on n’en a pas besoin, alors qu’elle peut manquer quand le besoin est là (il est impossible de piloter leur flux).
Remarque. Les « énergies de stock » sont très concentrées : la combustion d’un litre d’essence produit 10 kWh de chaleur, l’énergie nucléaire est des millions de fois plus concentrée.
- Identifier les stocks et les flux d’énergie. Identifier les énergies fossiles parmi cette liste.
Réponse
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Sources d’énergie de stock :
- Pétrole (fossile) ;
- Uranium ;
- Gaz (oublié par le document, fossile) ;
- Charbon (oublié par le document, fossile).
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Sources d’énergie de flux :
- Flux radiatif solaire ;
- Flux géothermique ;
- Puissance gravitationnelle à l’origine des marées ;
- …
- Convertir la consommation mondiale d’électricité de 2017 en Joules.
Réponse
$\pu{1837 Mtep} = \pu{1837e6 tep}$ puisque le préfixe $M$ signifie « million ».
De plus $ \pu{1837e6 tep} = \pu{1837e6 tep} \times \pu{4,19e10 J/tep} = \pu{7,70e19 J}$ puisque $\pu{1 tep} = \pu{4,19e10 J}$.
- Calculer la somme des productions mondiales du nucléaire, du parc éolien et des panneaux solaires en Joules.
Réponse
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Nucléaire : $\pu{2636 TW.h} = \pu{2636e12 W.h}$ puisque le préfixe $T$ signifie « tera » ($10^{12}$). De plus $\pu{2636e12 W.h} = \pu{2636e12 W.h} \times \pu{3,6e3 J/(W.h)} = \pu{9,5e18 J}$.
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Panneaux solaires : $\pu{443 TW.h} = \pu{443e12 W.h} = \pu{443e12 W.h} \times \pu{3,6e3 J/(W.h)} = \pu{1,6e18 J}$.
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Éolien : $\pu{1227 TW.h} = \pu{1227e12 W.h} = \pu{1227e12 W.h} \times \pu{3,6e3 J/(W.h)} = \pu{4,4e18 J}$.
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Somme : $\pu{9,5e18 J} + \pu{1,6e18 J} + \pu{4,4e18 J} = \pu{16e18 J}$
- La consommation mondiale d’électricité calculée à la question 3. est près de 10 fois supérieure à la production calculée à la question 4. Quelle est l’origine de la production de l’électricité qui n’a pas été prise en compte ?
Réponse
L’électricité fabriquée par transformation des énergies fossiles n’a pas été prise en compte dans le calcul de la question 4.