Exercices

Soient $r_1$, $r_2$ et $r_3$ les rendements de conversion des centrales nucléaires, d’acheminement de l’électricité et de conversion de l’énergie par la bouilloire. Alors,

• $r_1 = \dfrac{E_{\text{sortie centrale}}}{E_{\text{nucléaire}}}$
• $r_2 = \dfrac{E_{\text{sortie prise élec}}}{E_{\text{sortie centrale}}}$
• $r_3 = \dfrac{E_{\text{thermique}}}{E_{\text{sortie prise élec}}}$.

On donc

• $E_{\text{sortie centrale}} = r_1 \, E_{\text{nucléaire}}$
• $E_{\text{sortie prise élec}} = r_2 \, E_{\text{sortie centrale}}$
• $E_{\text{thermique}} = r_3 \, E_{\text{sortie prise élec}}$.

Ces relations entraînent

• $E_{\text{thermique}} = r_3 \, E_{\text{sortie prise élec}}$
• puis $ E_{\text{thermique}} = r_3 \, r_2 \, E_{\text{sortie centrale}}$
• et finalement $ E_{\text{thermique}} = r_3 \, r_2 \, r_1 \, E_{\text{nucléaire}}$.

Comme le rendement global a pour définition : $r = \dfrac{r_3 \, E_{\text{sortie prise élec}}}{E_{\text{nucléaire}}}$, $$r = r_3 \, r_2 \, r_1$$

A.N. $r = \pu{0,30} \times \pu{0,94} \times \pu{0,85} = \pu{0,24}$. Le rendement global est de 24 %.

1. Les réactifs dans une pile à combustible sont le dihydrogène $\ce{H2 (g)}$ et le dioxygène $\ce{O2 (g)}$ issu de l’air. Le seul produit formé est l’eau $\ce{H2O (l)}$.

2. L’avantage de ce type de pile à combustible est qu’elle ne rejette que de l’eau, donc elle ne pollue pas lors de son utilisation. De plus, elle ne se détériore pas, car l’apport de dihydrogène s’effectue par l’extérieur de la pile avec un apport d’une bouteille pressurisée.

3. $$\ce{2 H2 (g) + O2 (g) –> 2 H2O (l)}$$

4. Une pile à combustible a tout de même un impact écologique lors de sa fabrication. Mais le dihydrogène doit surtout être synthétisé pour alimenter la pile et cela nécessite plus d’énergie que ce que peut fournir la pile. Il peut aussi être produit par électrolyse de l’eau, mais c’est très énergivore. D’autres inconvénients sont la pollution entraînée lors de la synthèse à partir d’hydrocarbures, avec rejets de gaz à effets de serre, mais aussi le caractère très explosif de ce gaz. De plus, la taille de ces dispositifs reste également un frein à leur utilisation.

1. La forme d’énergie stockée dans un condensateur est de l’énergie électromagnétique.

2. Lors de la charge du condensateur, les électrons se déplacent de l’anode vers la cathode. Lors de la décharge, les électrons se déplacent dans l’autre sens, soit de la cathode vers l’anode.

3. L’avantage d’un supercondensateur par rapport à un condensateur classique est de pouvoir stocker une plus grande quantité d’énergie.

4. La principale différence de constitution entre un supercondensateur et un condensateur classique est la présence d’un électrolyte qui permet une meilleure absorption des charges sur les électrodes qui sont en plus poreuses.

5. La différence entre un supercondensateur et un accumulateur est la forme d’énergie qui est stockée. Il s’agit d’énergie électromagnétique pour un supercondensateur, mais d’énergie chimique pour un accumulateur. De plus, dans un accumulateur, les électrodes sont consommées lors de la décharge et reconstituées lors de la charge, alors que les électrodes ne sont pas modifiées dans un supercondensateur.