Fiche de révision : Production et stockage de l’électricité

📋 Plan du Cours

1. Production électrique sans combustion
2. Impacts environnementaux de l’électricité
3. Stockage de l’énergie électrique
4. Ressources et mix énergétiques
5. Énergie, puissance et rendement
6. Multiples du watt
7. Grandeurs et lois électriques
8. Induction électromagnétique
9. Alternateur et conversion électromécanique
10. Conversion photovoltaïque

📖 1. Production électrique sans combustion

★ À maîtriser

• Dans une centrale nucléaire, les réactions ont lieu dans la cuve où circule l’eau sous pression du circuit primaire, qui transmet sa chaleur au circuit secondaire ; la vapeur produite actionne une turbine couplée à un alternateur qui fournit l’électricité.

• La chaîne énergétique d’une centrale nucléaire transforme l’énergie nucléaire de l’uranium en énergie thermique, puis en énergie électrique grâce à un générateur de vapeur et à un alternateur, avec une part d’énergie thermique perdue.

Compléments

• Les exemples de production électrique sans combustion cités sont :

  • l’éolienne
  • le panneau photovoltaïque
  • le barrage hydraulique
  • la géothermie
  • l’énergie marémotrice

• La centrale nucléaire de Cruas comprend quatre réacteurs nucléaires et deux éoliennes ; un réacteur fournit 900 MW et une éolienne 3 MW.

📖 2. Impacts environnementaux de l’électricité

🔑 Notions clés & Définitions

• Électricité décarbonée : Une électricité dont la production n’émet pas de carbone.

★ À maîtriser

📐 Formule - La combustion d’un combustible comme le gaz, le pétrole ou le charbon avec le dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau : $\text{combustible} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O}$.

• Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre.

Compléments

• L’extraction des métaux nécessaires aux éoliennes consomme beaucoup d’énergie et d’eau, et les éoliennes sont peu ou pas recyclées.

📌 L’évaluation de l’impact d’une éolienne doit considérer l’ensemble de son cycle de vie, car sa construction et sa fin de vie consomment beaucoup par rapport à son fonctionnement.

💡 Astuce mémo

Combustion → CO₂ → effet de serre

📖 3. Stockage de l’énergie électrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Accumulateur électrochimique : Un dispositif qui délivre de l’électricité lors de sa décharge en convertissant l’énergie chimique en énergie électrique.
• STEP : Une usine de production d’énergie hydraulique réversible qui stocke l’énergie en pompant de l’eau vers un bassin supérieur et produit de l’électricité lorsque l’eau redescend vers une turbine.

★ À maîtriser

• Lors de la charge d’un accumulateur, les espèces chimiques consommées pendant la production d’électricité sont reformées et l’énergie électrique est stockée sous forme chimique.

Compléments

• Dans l’usage courant, les batteries sont des accumulateurs rechargeables.

• La durée de vie des batteries actuelles peut dépasser 1 000 cycles de charge et de décharge selon leur technologie et leurs conditions d’utilisation, et elles sont polluantes et dangereuses.

• Une STEP utilise l’électricité excédentaire du réseau pour remonter l’eau vers le bassin supérieur ; lorsque la demande augmente, elle fonctionne comme une centrale hydroélectrique.

💡 Astuce mémo

Décharge : chimique → électrique ; charge : électrique → chimique

📖 4. Ressources et mix énergétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Énergie renouvelable : Une énergie provenant de sources illimitées ou dont la reconstitution est plus rapide que leur exploitation humaine.
• Énergie primaire : L’énergie disponible dans la nature avant toute transformation humaine.
• Mix énergétique : Les proportions, souvent exprimées en pourcentage, des différentes ressources énergétiques utilisées par un pays pour satisfaire ses besoins en énergie.

★ À maîtriser

📌 Les énergies primaires de stock comprennent le charbon, le pétrole, le gaz et l’uranium, tandis que les énergies de flux comprennent le Soleil, l’eau et le vent.

Compléments

• Les exemples d’énergies renouvelables cités sont : l’énergie hydraulique, les marées, le Soleil, le vent, la biomasse, matière organique fabriquée par les êtres vivants

• Les choix énergétiques impliquent un compromis entre :

  • le rendement
  • la disponibilité géographique ou temporelle
  • le coût
  • l’impact sur l’environnement

📖 5. Énergie, puissance et rendement

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rendement d’un convertisseur est le rapport de l’énergie utile à l’énergie reçue, ou de la puissance utile à la puissance reçue : $\eta = \frac{E_{\text{utile}}}{E_{\text{reçue}}} = \frac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{reçue}}}$.

📐 Formule - La conservation de l’énergie dans un convertisseur s’écrit $E_{\text{reçue}} = E_{\text{utile}} + E_{\text{perdue}}$.

📐 Formule - L’énergie est égale à la puissance multipliée par la durée : $E = P \times \Delta t$.

Compléments

• Le rendement est sans unité, inférieur à 1 et peut être exprimé en pourcentage en multipliant sa valeur par 100 ; les calculs utilisent sa valeur entre 0 et 1.

📐 Formule - Le rendement global d’une chaîne de n convertisseurs est le produit des rendements de ses convertisseurs : $\eta_{\text{global}} = \eta_1 \times \eta_2 \times \cdots \times \eta_n$.

• L’unité légale de la puissance est le watt (W) et celle de l’énergie est le joule (J) ; un joule équivaut à un watt pendant une seconde.

• Le kilowattheure vaut $1\ \mathrm{kWh} = 3{,}6 \times 10^6\ \mathrm{J}$.

• La fission d’un gramme d’uranium 235 libère une énergie électrique de $2{,}4 \times 10^{10}\ \mathrm{J}$.

• La centrale solaire thermique décrite peut stocker de la vapeur afin de poursuivre la production d’électricité pendant plusieurs heures sans soleil, y compris la nuit.

📖 6. Multiples du watt

📝 Points essentiels

• Les multiples du watt sont le kilowatt (1 kW = 1 × 10³ W), le mégawatt (1 MW = 1 × 10⁶ W) et le gigawatt (1 GW = 1 × 10⁹ W).

📖 7. Grandeurs et lois électriques

★ À maîtriser

📐 Formule - La puissance électrique est donnée par $P = U \times I$, où P est en watts, U en volts et I en ampères.

📌 Pour un conducteur ohmique de résistance R parcouru par un courant d’intensité I, la tension U à ses bornes vérifie $U = R \times I$.

Compléments

• En électricité, l’intensité du courant a pour symbole I et s’exprime en ampères (A).

• En électricité, la tension a pour symbole U et s’exprime en volts (V).

• En électricité, la résistance a pour symbole R et s’exprime en ohms (Ω).

📖 8. Induction électromagnétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Induction : Phénomène par lequel une variation du champ magnétique crée un courant électrique.

📝 Points essentiels

• Le phénomène d’induction a été découvert par Faraday, puis théorisé par Maxwell au XIXe siècle.

📖 9. Alternateur et conversion électromécanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Alternateur : Système qui produit un courant alternatif lorsqu’un aimant effectue un mouvement de rotation par rapport à une bobine.

★ À maîtriser

• Un alternateur comprend un aimant appelé rotor et une bobine appelée stator, laquelle constitue le début du circuit électrique.

• Un alternateur convertit l’énergie mécanique en énergie électrique et dissipe aussi de l’énergie sous forme thermique.

Compléments

• Le rendement d’un alternateur peut être très proche de 1.

📖 10. Conversion photovoltaïque

📝 Points essentiels

• Une cellule photovoltaïque convertit l’énergie radiative en énergie électrique et dissipe aussi de l’énergie sous forme thermique.