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Espace 1
L’énergie, qu'est ce que c'est ?
Énergies, jouons pour comprendre – page N°
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Lacq Odyssée, CCSTI des pays de l'Adour – BP 20 – 64150 Mourenx - tél : 05 59 60 46 26
mail : [email protected]
1.1 L’énergie se caractérise par ses effets
Objectif du module :
Il s’agit de faire émerger une définition simple de l’énergie :
“L'énergie caractérise la capacité à produire des actions, par exemple à
engendrer du mouvement, modifier la température d'un corps ou à
transformer la matière.”
Contenu de la table présentée
Quatre dispositifs mettent en scène des effets énergétiques mais masquant
leurs causes. Aux questions posées les enfants répondront en formulant des
hypothèses qui seront vérifiées en manipulant ou en observant les
dispositifs.
Les dispositifs présentés sont les suivant :
Nom de l'objet
Qu'est ce qui fait que
ça change ou que ça
bouge?
Que fait l'objet
Manège
Il tourne
Le moteur à ressort
Plaque chauffante
Il chauffe
L'électricité
Lampe de poche
Il éclaire
On tourne la dynamo
Blé
Il pousse
La nourriture, le soleil
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter : Énergie
D’autres exemples de manifestation de l’énergie
De manière moins scientifique et plus simple, on peut dire que l’énergie est
« quelque chose qui permet de faire quelque chose » : ça bouge ? c’est
chaud ? ça éclaire ? ça pousse, ça grandit ? ça brûle ? ça se mange ?
Le tableau ci-dessous présente quelques manifestations simples de l'énergie
sur des objets de tous les jours :
Que fait
l'objet ?
Objet
Qu'est ce qui fait que ça bouge
ou que ça change?
La lampe de poche
éclaire
La pile
La trottinette électrique
roule
le moteur électrique et la batterie
La trottinette mécanique
roule
On pousse avec le pied
La voiture
roule
Le moteur et l'essence
Un hamster/L'homme
grandit, bouge
La nourriture
Le feu
chauffe
Le bois brûle
Le bateau
avance
Le vent
Le moulin à vent
tourne
Le vent
Le moulin à eau
tourne
Le courant de la rivière
Les appareils ménagers :
aspirateur, machine à
laver, fer à repasser
Il aspire, il lave, il
coupe...
L'électricité
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Références :
✔
Comment se transforme le monde ? Énergie et énergies. Chapitre 1.1. :
Présentation de l’expérimentation préparé par le groupe d'accompagnement
du collège de l'Académie des sciences avec de nombreux concours. Ce
document donne un fil directeur permettant aux enseignants d’élaborer des
séquences d’enseignement intégré en classe de cinquième de collège.
✔
La main à la pâte, petites expériences sur l’énergie :
http://www.inrp.fr/lamap/?
Page_Id=4&DomainScienceType_Id=7&ThemeType_Id=17
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1.2 L’énergie se transforme
Objectif du module
Mettre en évidence la transformation d’une énergie en une autre.
Les trois dispositifs présentés permettent de mettre en évidence la
transformation dúne énergie en une autre.
Les enfants doivent nommer la forme de l’énergie qui entre dans le
dispositif et celle qui en sort par l’intermédiaire d’un jeu de cartes.
Source de l'énergie et type
d'énergie associée
Système permettant la
transformation de l'énergie
Action et énergie
de sortie associée
La chaleur
(énergie thermique)
Moteur à air chaud de type
stirling
La roue tourne
(énergie mécanique)
La pile
(énergie électrique)
Ampoule électrique
La lampe s'éclaire
(énergie rayonnante)
Vent
Hélice
L'hélice tourne
Les différentes formes de manifestation de l´énergie peuvent être classées
de la manière suivante :

Énergie mécanique

Énergie électrique

Énergie chimique

Énergie thermique

Énergie rayonnante

Énergie hydraulique

Énergie éolienne

Énergie nucléaire
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Les différentes transformations entre ces formes d´énergies sont
présentées par le tableau suivant :
Type d'énergie
primaire*
Exemple de système et/ou phénomène
permettant la conversion d'énergie
Type d'énergie
secondaire*
Alternateurs/dynamo
Électrique
Pompes
Hydraulique
Ventilateur
Éolien
Moteurs électrique
Mécanique
Lampe fluorescente
Rayonnante
Piles/batterie et accumulateurs
Chimique
Effet Joule*
radiateur/plaques chauffantes
Thermique
Combustion*
Feu de bois/moteur à explosion
Thermique
Electrolyse*
Piles
Électrique
Réaction de thermolyse*
Sudation/production du charbon
Chimique
Lampe à incandescence*
Rayonnante
Moteur thermique (voiture par ex)
Mécanique
Matériaux thermoélectriques*
Électrique
Panneaux photovoltaïques
Électrique
Photosynthèse*
Chimique
Fours solaires
Thermique
Hydraulique
Centrales hydro-électriques
Mécanique
Éolienne
Éoliennes
Mécanique
Nucléaire
Réacteurs nucléaires
Thermique
Mécanique
Électrique
Chimique
Thermique
Rayonnante
Références :
✔
http://www.encyclopedie-gratuite.fr/Definition/energie.php : les
différentes transformations d’énergie
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1.3 L’énergie se caractérise par ses effets
Objectif du module
Montrer qu’il est possible d’utiliser différentes sources d’énergie pour
obtenir un même effet et introduire les notions d’énergie primaire, finale, de
convertisseur ainsi que celle de chaîne énergétique.
Une activité présente la diversité des sources permettant de produire de
l’électricité dans une centrale pour des usages divers : le visiteur choisit les
différentes sources disponibles et les branchent sur la centrale. Seules les
sources réalistes fonctionnent et le dispositif donne une indication sur la
puissance délivrée.
Une activité présente des exemples de chaînes énergétiques : il s’agit de
former des chaînes énergétiques à partir d’un jeu de cartes. Un code
couleur permet de distinguer les grandes classes.
Les définitions du glossaire à consulter : Énergie primaire, Énergie
secondaire, Énergie finale, Énergie utile, Convertisseur, Chaîne énergétique,
kW, TEP (Tonne Équivalente de Pétrole)
Les différentes sources primaire et leur production potentielle :
Le tableau suivant présente le nombre d’habitants français pouvant être
alimenté en fonction des sources d’énergie utilisées :
Source primaire et convertisseur associé
Nombre d'habitants français pouvant être
alimentés en électricité*
Charbon, fioul et gaz
Centrale thermique à flamme
De 100 000 à 800 000
Uranium
Réacteur nucléaire
De 1 million a 1,7 millions
Énergie hydraulique
Centrale hydroélectrique
De 1 à 600 000 (8 000 avec la centrale
la plus puissante des Pyrénées).
Énergie éolienne
Champ de 1km2 d'éolienne
Environ 3 000
Énergie des marées
(Usine de la Rance)
Entre 65 000 et 80 000
Énergie solaire d'un terrain de foot
recouvert de cellules photovoltaïques
(Europe
Entre 93 et 186
Remarque : pour satisfaire la consommation électrique d'un français il
faudrait un Zidane ou un Virenque qui pédale pendant toute l'année sans
s'arrêter!
Jean-Marc Jancovici a aussi calculé que pour fournir à la France l’électricité
dont elle a besoin il faudrait recouvrir d’éoliennes 25 000 km2 de surface
favorable (bien exposée au vent) soit 5% du territoire français
métropolitain. En tenant compte des problèmes de vent suivant les régions,
la surface à couvrir serait de près de 20% du pays, avec 1 million
d'éoliennes !
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Concernant l’énergie photovoltaïque, il faudrait recouvrir entre 1% et 4%
du territoire pour subvenir aux besoins électriques des français.
Exemples de chaînes énergétiques :
Énergie
primaire
Premier
convertisseur
Énergie
secondaire
Second
convertisseur
Action utile
Énergie
chimique de la
pile
Pile
Énergie
électrique
Lampe
Éclairer
(énergie
rayonnante)
Énergie
chimique des
aliments
Corps
Énergie
chimique
Combustion du
bois
Se chauffer
(énergie
thermique)
Énergie
chimique
Combustion du
bois
Se chauffer
(énergie
thermique)
Énergie
Chlorophylle de
rayonnante du
la feuille
soleil
Énergie
chimique de
l'essence
Moteur
Énergie
mécanique
Voiture
Se déplacer
(énergie
mécanique)
Énergie
mécanique du
corps
Roue du vélo et
dynamo
Énergie
électrique
Lampe
S'éclairer
(énergie
rayonnante
Énergie
éolienne
Appareils
ménagers:
Énergie
hydraulique
Aspirateur
Aspirer
(énergie
éolienne)
Radiateur
Se chauffer
(énergie
thermique)
Lampe
S'éclairer
(énergie
rayonnante)
Tondeuse
Tondre
(énergie
mécanique)
Énergie
nucléaire de
l'uranium
Centrale
électrique
Énergie
électrique
Énergie
chimique du
gaz, charbon
ou pétrole
Références
✔
✔
✔
✔
✔
Puissance des différentes centrales électriques
http://perso.id-net.fr/~brolis/softs/domodidac/hydro.html
Site de Jean-Marc Jancovici, consultant en énergie. Petits calculs sur
les problématiques : « Quelle surface faut-il couvrir d'éoliennes pour
fournir à la France le courant dont elle a besoin ? » et « Quelles
surfaces mobiliser pour recourir massivement à l'énergie solaire » :
http://www.manicore.com/documentation/eolien.html
http://www.manicore.com/documentation/solaire.html
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1.4 L’efficacité énergétique
Objectif du module
Introduire la notion en montrant que deux systèmes n’ont pas la même
efficacité. Montrer que plus la chaîne énergétique est longue, plus
l’efficacité diminue.
Une activité qui compare deux dispositifs utilisant la même quantité d’énergie en entrée mais n’ayant pas la même efficacité énergétique et produisant
donc des effets différents en sortie. Un dispositif qui met en évidence les
pertes d’énergie au fil d’une chaîne énergétique.
Les définitions du glossaire à consulter : Efficacité énergétique, TEP (Tonne
Équivalente de Pétrole), Pile à combustible
Rendement énergétique de convertisseurs
Pour mieux comprendre la notion défficacité énergétique, voici quelques
exemples de convertisseurs d´énergie et leur rendement :
 Lampe classique à incandescence
→5% de l’énergie électrique qui alimente la lampe sert à éclairer. Le reste
est dissipé en chaleur.
 Lampe à fluorescence (ou basse
consommation)
→20% de l’énergie électrique qui alimente la lampe sert à éclairer. Le reste
est dissipé en chaleur.
 Cellule photovoltaïque
→Seulement 12% à 18% de l’énergie
solaire reçu par la cellule photovoltaïque est transformée en électricité.
 Éolienne
→Au total, le rendement est de 12 à
30% par rapport à l'énergie initiale du
vent.
 Moteurs
→Pour les moteurs à essence, seulement 15 à 30% de l´énergie chimique
de léssence est récupérée sous forme
d´énergie mécanique,
→Pour les moteurs diesel, l´énergie mécanique récupérée est de 30 à 40% de
l´énergie chimique initiale,
→Enfin, concernant les moteurs électriques, 90% de l´énergie initiale est
transformée en énergie mécanique. C
ést notamment ce rendement élevé
qui laisse à penser que lávenir des
transports passe par le moteur électrique.
 Réacteur nucléaire
→Le rendement dúne centrale nucléaire
est de 30%. 70% de l'énergie "atomique" issue de la fission de l'uranium
est dissipée en chaleur dans les tours de
refroidissement.
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 Pile à combustible
→Actuellement, le rendement de conver-
 Efficacité de l´habitat
→On peut aussi parler défficacité énergétique dún bâtiment ou de l´habitat.
Il ságit du rapport entre l´énergie
utile à l´habitant et l´énergie fournie.
Par exemple, une isolation et une ventilation adéquates peuvent permettre
de réduire les besoins de chauffage du
tiers ou même du dixième des besoins
d’une résidence moyenne.
→On parle même de maison passive
lorsque la consommation énergétique
au m² est très basse, voire entièrement compensée par les apports solaires ou émises par les apports internes.
sion en énergie électrique varie selon le
type de pile et est généralement supérieur à 50 %. L'énergie non convertie en
énergie électrique est émise sous forme
de chaleur et est évacuée sous forme
d'eau chaude ou de vapeur.
On comprend dés lors que plus on multiplie les convertisseurs
d´énergie dans une chaîne énergétique, plus on diminue léfficacité
énergétique totale de celle-ci puisque on augmente les « pertes »
énergétiques à chaque conversion.
Efficacité énergétique, énergie primaire et énergie utile :
Léfficacité énergétique des différentes transformations d´énergie explique
entre autre la différence entre la consommation d’énergie "primaire" et la
consommation d’énergie "utile". En effet, les principales pertes d’énergie correspondent
 à la transformation de l’énergie primaire,
 aux appareil utilisés par le consommateur,
 le reste étant lié au transport de l’énergie jusqu’au lieu de
consommation.
Ainsi, comme le montre le schéma suivant, prés 57 % de l’énergie primaire
est perdue sous forme de chaleur inutilisée :
280 MTep
175 MTep
122 MTep
Energie primaire
Energie finale
Energie utile
Travail
Travail
Chaleur
Chaleur
Perte à la
production et au
transport
105 MTep
Perte à
lútilisation
53 MTep
Chiffres 2003 de
lóbservatoire de
l´énergie
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Références
✔
✔
✔
Site de Hepsul sur « les actions du quotidien pour améliorer
d’efficacité énergétique » :
http://www.hespul.org/-Efficacite-.html
Site du CLER sur « Les usages de l'énergie » : http://www.cler.org/
info/article.php3?id_article=1095
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Espace 2
Le soleil est à l’origine des sources
que j’utilise
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2.1 L’énergie du soleil, un flux constamment renouvelé
Objectif du module
Le soleil est à l’origine de la quasi totalité des énergies que nous utilisons.
Les énergies renouvelables sont prélevées sur le flux général d’énergie du
système solaire et n’en représente qu’une infime partie et sont donc
inépuisables à l’échelle de l’humanité.
Le rayonnement solaire est à l’origine du cycle de l’eau, de la formation des
vents, de la vie végétale et animale.
Comment capter ces formes d’énergie ?
Hydraulique, éolienne, biomasse, rayonnement solaire
Les définitions du glossaire à consulter : Énergies fossiles, Énergies
renouvelables, Photosynthèse, Cycle de léau, Biomasse, Géothermie
Un petit exemple didactique de Richard FEYNMAN
Dans son livre La nature de la physique (Points sciences, Seuil, 1980) au
chapitre “Qu'est-ce que la science ?», Richard Feyman sínterroge sur la
manière de faire comprendre le concept d´énergie à des enfants et comment entamer avec eux un débat sur ce thème. Il prend l'exemple dún
« chien mécanique, un de ces jouets à ressort qu'il faut remonter » et imagine un dialogue avec son père au sujet de ce chien mécanique et de l'énergie :
« Mon père lui aussi aborda avec moi la question de l’énergie, mais il n’utilisa le terme qu’après m’avoir donné une petite idée de ce que c’est. Je sais
ce qu’il aurait fait, lui, pour me faire comprendre [cet exemple du chien mécanique]. Je le sais parce que le cas s’est produit à propos d’un exemple
différent. Il m'aurait dit : « C’est parce que le soleil brille que le chien
marche. » A quoi j’aurais répondu : « Mais non, le soleil n’a rien à voir làdedans ! Le chien marche parce que j’ai remonté le ressort. –Oui, mais mon
petit ami, qu’est-ce qui te donne la force de remonter le ressort ? – Ce que
je mange – Et que manges-tu ? – J’sais pas…des épinards – Et qu’est-ce qui
fait pousser les épinards ? – Le soleil. »
Ce petit exemple peut s´étendre à tout ce qui nous entoure et comme le dit
Richard Feyman dans ce même chapitre: « Tout ce que nous voyons bouger
bouge parce que le soleil brille. »
Des explications plus détaillés
Comme le décrit Jean-Marc Jancovici dans son site internet « toutes les
sources renouvelables sont plus ou moins des dérivés de l'énergie solaire
(même la marée : c'est l'attraction du soleil qui prédomine !), sauf la géothermie ». En effet :
✔
l'énergie éolienne, c'est à dire du vent, vient des différences de
température (sous l'effet du soleil), donc de pression, entre masses d'air,
16/53
✔
l'énergie hydraulique, venant des rivières, est une conséquence de la pluie,
elle-même provoquée par l'évaporation sous l'effet du soleil,
✔
la biomasse résulte de la photosynthèse (encore le soleil).
✔
et même le charbon, le gaz et le pétrole sont renouvelables (cf 2-2 : les énergies fossiles, du soleil en stock)....si nous pouvons attendre des millions
d'années! Mais comme nous sommes en train de tout bruler en quelques
siècles, bien évidemment, à cette échelle, ces ressources ne sont pas renouvelables. Et il s'agit ici aussi d'un dérivé, sous forme concentrée, d'énergie solaire, très ancienne il est vrai.
Remarque : la géothermie est pour sa part une conséquence de la radioactivité naturelle des roches terrestres, donc ne provient pas directement de
notre soleil. Le flux annuel est très faible : à peu près l'équivalent de la consommation annuelle d'énergie de l'humanité (mais réparti sur toute la surface de la terre), soit 1/10.000 è de l'énergie qui provient du Soleil. Par
contre ce flux, qui existe depuis très longtemps, a accumulé de considérables quantités de chaleur dans le sous-sol profond et ce stock de chaleur
pourrait être exploité pendant très longtemps sans que la température ne
baisse beaucoup.
Pour aller plus loin
Jancovici : http://www.manicore.com/documentation/serre/sansCO2.html
17/53
2.2 Les énergies fossiles, du soleil en stock
Objectif du module
Charbon, pétrole et gaz sont aussi de l’énergie d’origine solaire. Leur
particularité est d’être stockés, donc disponibles mais limités dans le temps.
Ils permettent de disposer d'une grande quantité d'énergie par unité de
matière.
Inconvénients : Pollutions et gaz à effets de serre
Origine et formation du charbon, du pétrole et du gaz
Réserves prouvées et consommation annuelles mondiales - limites du
système actuel
Le déstockage entraîne une augmentation de l’effet de serre.
Présentation d’échantillons et indications concernant la formation du
charbon et des hydrocarbures.
Présentation permettant de montrer qu’en puisant régulièrement dans le
stock des énergies fossiles nous allons vers leur épuisement
Jeu concernant l’effet de serre : dispositif permettant de mettre en relation
consommation énergétique et production de CO2.
Les définitions du glossaire à consulter : Énergies fossiles, Gaz à effet de
serre (GES), Biomasse, Kérogène, Cycle du carbone
Origine et formation des énergies fossiles
Au cours des temps géologiques, moins de 1 % de la matière organique
(biomasse, matière qui constitue les organismes vivants) a été enfouie dans
le sol, ou a sédimenté au fond des lacs et des océans. Elle s'est ensuite
transformée en kérogène, puis en combustibles fossiles : pétrole, gaz naturel ou charbon.
Les êtres vivants se développant grâce à l´énergie solaire, le soleil est donc
lui aussi à lórigine des énergies fossiles!
Réserves et estimations
Les réserves de pétrole sont estimées à près de 140 milliards de tonnes ce
qui représente, au rythme actuel de production, plus de 40 années de réserves. Ces données, relatives aux réserves prouvées, représentent la
quantité d'hydrocarbures que l'on estime pouvoir récupérer avec une certitude raisonnable dans les conditions économiques et technologiques existantes. Cette estimation est donc continuellement réévaluée en fonction des
nouvelles découvertes et de l'amélioration des techniques d'extraction.
Pour le gaz naturel, entre 60 ans et 70 ans de consommation mondiale
au rythme actuel sont d'ores et déjà comptabilisés. Et 200 ans de consommation sont prévus grâce à des gisements aujourd'hui identifiés, mais qui
ne pourront être exploités que si les coûts sont rendus économiquement
admissibles par les progrès technologiques.
Le charbon, quant à lui, est le combustible fossile qui a les réserves les
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plus importantes. On estime qu'elles sont de l'ordre de 509,5 milliards de
tonnes. Au rythme actuel d'extraction et sans nouvelles découvertes, l'industrie charbonnière a encore entre 200 ans et 230 ans d'activité en perspective.
Enfin, les ressources conventionnelles en uranium connues aujourd'hui, incluant celles raisonnablement accessibles, sont supérieures à 4 millions de
tonnes d'uranium. Si l'on considère les besoins actuels pour le parc électronucléaire mondial - qui consomme annuellement environ 50 000 tonnes
d'uranium naturel - les ressources conventionnelles représentent environ
50 ans d'approvisionnement. L'ajout des ressources additionnelles estimées
conduit à un total supérieur à 6,3 millions de tonnes ce qui repousse encore
la perspective d'épuisement, même dans l'hypothèse d'une demande en
continuelle croissance et sans tenir compte de la mise au point de nouveaux
combustibles encore plus performants ainsi que de nouveaux réacteurs.
Remarque importante : ces chiffres de réserves paraissent très sûrs. Et
pourtant, il faut les considérer avec précaution, parce qu’ils peuvent évoluer
rapidement d’une année sur l’autre et qu’ils sont entachés d’incertitude. Les
chiffres de réserves sont variables et incertains pour des raisons à la fois
techniques, économiques et politiques. (site de total).
Energies fossiles, gaz à effet de serre et pollution
La combustion des énergies fossiles produit, entre autres, du dioxyde de
carbone (CO2). Or, avec une durée de vie dans l’atmosphère de plus de 100
ans, le CO2 est à lui seul responsable de 60 % des émissions anthropiques
de gaz à effet de serre. Sachant que 70 à 90 % des émissions de CO2 proviennent de la combustion des énergies fossiles (le reste des émissions est
principalement issu de la déforestation), la combustion des énergies fossiles
perturbe le cycle du carbone et contribue au réchauffement climatique .
Par ailleurs, outre le CO2, la combustion des énergies fossiles rejette des
produits gazeux polluants tels que le souffre, le monoxyde de carbone ou
des oxydes dázote dans látmosphère.
Concernant le nucléaire, le stockage des déchets radioactifs est aussi source
de pollution.
Pour aller plus loin...
Site de Jean-Marc Jancovici sur les questions « Comment se forment
pétrole, gaz et charbon ? » et « N'aurons nous pas bientôt fini de brûler
tous nos stocks d'énergie fossile ? »:
http://www.manicore.com/documentation/formation_petrole.html
http://www.manicore.com/documentation/serre/fossile.html
Site de Total sur le thème « le problème épineux des réserves d´énergie » :
http://www.planeteenergies.com/contenu/energie/consommation/fossiles/reservesenergies.html
Site du CEA sur la question des réserves
http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie/la_production_d_energie/energ
ie_et_environnement
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2.3 Classer et en fonction de la nature de la source d´énergie
Objectif du module
Ancrer les notions d’énergies fossiles et renouvelables.
Savoir retrouver la source d’énergie utilisée par une machine, un appareil
ou un véhicule.
Répartion en % entre les différentes sources d’énergie primaire utilisées
Énergies fossiles : charbon, pétrole, gaz, uranium
Énergie renouvelables : air, eau, biomasse, rayonnement solaire, géothermie, marée.
Les définitions du glossaire à consulter : Energie primaire, Energies fossiles,
Energies renouvelables, TEP
Production mondiale d´énergie primaire :
La répartition de la production d’énergie primaire mondiale se répartit de la
manière suivante :
Les deux principaux producteurs de gaz naturel sont la Russie et les EtatsUnis : ils produisent chacun environ 20% de la production mondiale.
Concernant le charbon, la Chine produit 1/3 de la production mondiale alors
que les Etats-Unis en produisent prés d’un quart.
Pour ce qui est du pétrole, 1/3 de la production vient du Moyen-Orient. La
Russie et les Etats-Unis viennent après avec chacun prés de 10% de la
production mondiale.
La Chine, le Canada, le Brésil et les Etats-Unis sont les principaux
producteurs d’hydroélectricité. La production de ces pays s’élève pour
chacun à environ 10% de la production mondiale.
Enfin concernant l’énergie nucléaire, les Etats-Unis, la France et le Japon
produisent respectivement prés de 30%, 16% et 10% de la production
mondiale.
Combustibles
renouvelables et déchets
11%
Hydraulique 2%
Nucléaire 7%
Gaz Naturel 21%
Charbon 25%
Pétrole 32%
Répartition de la production mondiale d'énergie primaire (2004)
20/53
Et la France alors ?
La production totale d’énergie primaire en France en 2006 s’élève à environ
138 Millions de TEP. Cette production d’énergie primaire se répartit comme
suit :
Combustibles
renouvelables et déchets 9%
Gaz Naturel
1%
Hydraulique
4%
Pétrole 1%
Nucléaire 85%
Répartition de la production française d´énergie primaire (2004)
Cependant, il est important de ne pas confondre production d’énergie
primaire et consommation d’énergie primaire.
En effet :
Consommation Energie Primaire = Production Energie Primaire
+ Importation Energie Primaire
- Exportation Energie Primaire
C’est pour cette raison que la consommation d’énergie primaire est de
l’ordre de 270 millions de TEP en 2006.
Cette consommation se répartit comme suit :
Hydraulique 2%
Combustibles
renouvelables et déchets
Gaz Naturel 15%
5%
Charbon 5%
Nucléaire 40%
Pétrole 33%
Répartition de la consommation d’énergie primaire en France (2006)
Pour aller plus loin…
http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie/la_production_d_energie
www.industrie.gouv.fr/energie/statisti/pdf/reperes.pdf
Statistiques IAE 2006
21/53
22/53
Espace 3
Sources et usages de l’énergie
23/53
3.1 Les énergies au fil du temps
Objectif du module
Donner à l’enfant quelques repères essentiels concernant l’histoire de la
maîtrise de l’énergie.
Comparer nos consommations globales et individuelles à celle des hommes
des siècles passés.
Un premier espace présente une frise historique sur laquelle il convient de
replacer différents éléments concernant la maîtrise de l’énergie.
Un dispositif permet de croiser démographie et consommation individuelle
d’énergie pour comparer la consommation énergétique globale en 1850 et
en 2005.
Frise historique de la maîtrise de l’énergie
La frise suivante présente les grandes découvertes ou évènements liés à la
maîtrise de l’énergie dans l’histoire de l’homme :
-4,5 milliards d'années
préhistoire
Naissance du Soleil
L'homme domestique le feu
-8000
L'homme invente l'agriculture et utilise la force
animale
-5000
Les premiers bateaux à voile utilisent la force du
vent ; Les civilisations mésopotamiennes utilisent
le pétrole comme combustible pour les lampes a
huiles
-1000
L'homme construit les premières machines
-100
0
X ème siècle
XIII ème siècle
1690
L'homme crée des moulins à eau pour moudre le
grain avec la force des rivières
Naissance de J.-C.
Les chinois inventent la poudre
L'homme crée des moulins à vent pour moudre avec
la force éolienne
Le français Papin conçoit la machine à vapeur
1800
L'italien Volta invente la pile électrique
1804
La première locomotive à vapeur roule en
Angleterre
1821
1839
L'anglais Faraday crée le premier moteur
Le francais Becquerel invente le panneau solaire
photovoltaïque
24/53
1859
Découvert par Drake d'un gisement de pétrole en
Pennsylvanie
1866
L'allemand Siemens perfectionne la dynamo
1868
Le français Berges invente le barrage hydroélectrique
1879
L'américain Edison crée l'ampoule électrique
1884
Le britannique Parsons crée la turbine électrique
1885
L'allemand Benz lance la première autombile à essence
L'allemand Diesel invente le moteur qui porte son
nom
1893
1903
Les frères Wright font voler le premier avion à hélices
1942
L'italien Fermi réalise la première réaction nucléaire
1981
La France inaugure le premier TGV
Évolution de la consommation d’énergie et de la démographie dans le
monde entre 1850 et 2004
Tep/personne
2
1,5
1
0,5
0
1850
1890
1930
1970
1990
2004
entre 1850 et 2004 la consommation d'énergie par personne à été multipliée par 4.
En millard d'hab.
8
6
4
2
0
1850
1890
1930
1970
1990
2004
en 1850 et 2004 le population mondiale a été multipliée par 5,5 environ.
25/53
Milliard de Tep
12,00
8,00
4,00
0,00
1850 1890 1930 1970 1990 2004
La consommation d´énergie totale a donc été multipliée par 22 (5,5*4)
entre 1850 et 1900.
Cette croissance a principalement reposé sur le charbon à partir de 1850 et
sur le pétrole à partir de 1900. Ces sources d'énergie fossile représentent
actuellement respectivement 25% et 35% de la consommation mondiale
d'énergie primaire. Le nucléaire et l'hydroélectricité sont apparus après
1950 et représentent actuellement 9% de cette consommation mondiale.
Les sources d'énergie renouvelables traditionnelles qui représentaient 50%
de la consommation mondiale en 1900 ne représentent plus que 10% de la
consommation mondiale et sont essentiellement utilisées dans les pays en
développement.
Site de total sur l’énergie – Histoire de l´énergie: http://www.planeteenergies.com/contenu/energie/definition-energies/histoire-sourceenergies.html
26/53
3.2 Consommation d´énergie : répartition planétaire
Objectif du module
Montrer comment la consommation d’énergie d’une famille occidentale se
répartit entre quelques grands usages : se nourir, se loger, se déplacer et
fabriquer les objets qui nous entourent.
Présenter la répartition de la consommation énergétique en fonction de la
géographie.
Quelle-est notre consommation d’énergie, pour quels usages ?
Planisphère sur laquelle viennent se positionner des personnages
proportionnés à la taille de leur consommation énergétique.
La consommation d’énergie des ménages
Avant toute chose, il ne faut pas confondre électricité et énergie :
« l’électricité n’est qu’une des formes d’énergie, et plus précisément une
forme d’énergie transformée qu’on ne peut pas trouver telle quelle dans la
nature. »
Les principales sources d’énergie primaire se répartissent en différents
usages :

La chaleur, pour le chauffage des bâtiments, la cuisine, l’eau chaude
sanitaire, mais aussi les procédés industriels,

La mobilité, c’est à dire les déplacements de personnes et de
marchandises,

Et l’électricité spécifique1, c’est à dire les usages électriques autre
que pour chauffer (ni bouilloire, ni radiateur électrique, ceux ci étant
comptés en rubrique chaleur) : on y trouvera la production de froid,
l’éclairage, l’électroménager etc.
Ainsi, comme le montre le diagramme suivant, pour un ménage français, la
consommation d’énergie liée au transport représente plus de la moitié et le
chauffage prés d’un quart de sa consommation directe de l’énergie achetée.
1
27/53
Eau chaude
Sanitaire
Cuisson
Electricité
spécifique*
Transport
Chauffage
En plus de l’énergie liée au transport et à l’habitat, le ménage consomme de
l’énergie pour s’alimenter et produire ses biens et services. Bien que la
quantification de cette consommation d’énergie ne soit pas aisée, on estime
que cette énergie est globalement la même que celle consommée pour le
transport et l’habitat.
Répartition de la consommation d´énergie dans le monde
Le diagramme suivant présente la consommation d’énergie par habitant et
par continent.
8
7,8
Amérique du Nord
Europe occidentale
Europe centrale et orientale
Amérique latine
Asie
Afrique
7
6
5
Tep/an 4
3,8
3,4
3
2
1,1
0,7
1
0
0,4
Consommation moyenne d’énergie par habitant
Comme le montre le diagramme précédent, aujourd’hui plus que jamais,
l’accès à l’énergie se répartit de façon très inégale sur la planète : un quart
de la population consomme les ¾ de l’énergie et plus du tiers de la
population mondiale n’a pas accès à l’électricité. Or il est prouvé qu’un
accès minimum à l’énergie augmente fortement l’espérance de vie...
*Electricité consommée par la bureautique, l’éclairage et les appareils ménagers
28/53
http://www.hespul.org/quels-types-d-energies-quels.html
Site du CEA. Page sur « L´Énergie, pour quoi faire ? » :
http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie/la_production_d_energie/l_ene
rgie_pour_quoi_faire
http://webenergie.ch/accueil.php
29/53
3.3 Le pétrole : déséquilibre entre production et consommation
Objectif du module
Donner une idée de la répartition planétaire des ressources énergétiques et
faire prendre conscience des distorsions entre production et consommation.
L’exemple du pétrole est présenté.
Carte du monde présentant les diverses informations concernant production
et consommation du pétrole et permettant de les mettre en relation.
Production et consommation de pétrole
Pour ce rendre compte la distorsion qu’il existe entre lieu de production et
lieu de consommation il suffit de regarder le tableau suivant qui présente la
production et consommation de pétrole dans le monde.
En Millions de Tonne
Production (2004)
Consommation (2004)
Amérique du Nord
668.0
1122.4
Amérique Centre et Sud
342.0
221.7
Europe
287.4
784.6
Zone Russie
563.3
173
1186.6
250.9
Afrique
441.1
124.3
Asie-Océanie
379.5
1090.5
3867.9
3767.1
Moyen Orient
Total Monde
Tableau de la production et de la consommation de pétrole dans le monde.
Cette distorsion est illustrée par la carte suivante présentant le solde
30/53
Total exporté
paysAutres
12
12
-
1
1
4
3
1
48
Cana
da
10
5
-
-
-
1
-
-
-
1
-
-
106
Mexico
82
2
-
8
9
-
-
-
-
2
-
103
Amérique
Centre et Sud
13
1
5
2
-
12
1
-
4
-
5
-
159
Europe
48
2
5
1
2
-
10
-
3
-
5
4
97
Zone Russie
14
-
-
4
26
5
1
-
18
2
5
10
319
Amériq
ue du
Nord
Afrique
8
Europe
7
Mexico
-
DE
Canada
USA
USA
Japon
Reste du monde
Asie-Océanie
Chine
Amérique
du Nord
Nouvelle Z.Australie
VERS
En Million
de Tonnes
Amérique Centre et Sud
production/consommation de pétrole dans le monde :
31/53
Moyen Orient
12
5
8
1
8
16
0
36
7
63
20
9
357
3
975
Nord
23
7
1
6
96
4
-
2
-
6
-
145
Ouest
82
1
-
13
27
5
-
28
5
43
-
202
Est et
Sud
-
-
-
-
1
-
-
6
4
1
-
12
Asie-Océanie
10
-
-
2
4
1
25
44
30
33
1
151
Non-identifié
20
5
-
-
35
-
1
1
2
-
-
64
Total importé
63
8
5
8
1
1
54
62
1
5
8
34
16
8
25
8
460
2
0
238
1
Afrique
Les flux de pétrole dans le monde 2004.
Compte tenu de la distortion décrite précédemment entre zone de
production et zone de consommation de pétrole, les fluxs de pétrole sont
importants entre pays producteurs et pays consommateurs. Le tableau
suivant présente les principaux flux de pétrole en 2004.
www.tsl.uu.se/uhdsg/Data/BP_Stat_2005.xls: Statistical Review of World
Energy 2005
a consommation d´énergie : http://www.planeteenergies.com/contenu/energie/consommation/fossiles.html
Bilbliothèque science po : http://ebiblio.sciences-po.fr/
http://www.ladocumentationfrancaise.fr/cartotheque/principaux-fluxpetroliers-monde-2005.shtml
32/53
Espace 4
Faire face au défi énergétique
33/53
4.1 Énergies domestiques, comment réduire la consommation ?
Objectif du module
Faire le tour des énergies utilisées à domicile, donner une idée de la
consommation énergétique des appareils que nous utilisons couramment.
Explorer quelques pistes permettant de réduire la consommation domestique d’énergie.
Réduire les consommations
- se servir des interrupteurs,
- utiliser des ampoules basse consommation,
- faire attention aux étiquettes énergie.
Utiliser des énergies renouvelables :
- solaire thermique et photovoltaîque, éolien,
- conception bioclimatique de la maison : exposition, isolation, ventilation
Léspace est divisé en deux parties :
1) Énergies consommées dans les différents espaces de la maison et jeu
autour de la réduction de celles-ci.
2) Maquette maison passive avec indication des différents systèmes mis en
place pour réduire les besoins en énergie et produire tout ou partie de ceuxci.
Les définitions du glossaire à consulter
Emprunte écologique, Maison passive, Electricité spécifique, Etiquette
énergie
L´énergie domestique
Les diagrammes suivants présentent la répartition de l´énergie domestique
consommée ainsi que le détail de la consommation concernant l´électricité
spécifique.
34/53
Répartition énergie domestique
Cuisson 6%
électricité
spécifique
22%
eau chaudesanitaire 16%
Chauffage
55%
Répartition électricité spécifique
lave linge 7%
sèche linge
14%
Audiovisuel
12%
Éclairage 14%
lave vaisselle
14%
réfrigérateur
congélateur
32%
Autre 7%
Réduire les consommations domestique
Une famille normale consomme environ 4 000 kWh/an ce qui représente
une facture dénviron 405€/an. En faisant un peu attention et en suivant
les conseils suivants, il est possible de diminuer cette consommation de
prés de moitié.
Comment réduire la consommation liée à l´éclairage :

éviter d'allumer la lumière en plein jour,

limiter le recours aux éclairages halogènes, gros consommateurs
d'énergie,

utiliser des ampoules basse consommation : certaines ampoules
consomment jusqu'à 5 fois moins d'électricité que les ampoules classiques.
35/53
Comment réduire la consommation liée aux appareils électriques ménagers :

éteindre les appareils qui restent en veille après utilisation (chaîne
hi-fi, lecteur DVD, téléviseur, ordinateur, imprimante…) permet d'économiser jusqu'à 10 % de consommation électrique
sans diminuer le confort,

vérifier l'efficacité énergétique des appareils fortement consommateurs (réfrigérateur, lave-linge…) au moment de l'achat
grâce aux étiquettes énergie, pour éviter la surconsommation.
Comment réduire la consommation liée au chauffage et à léau chaude qui
représente plus de 2/3 de notre consommation d´énergie domestique :

chauffer raisonnablement : 1 °C de chauffage en moins représente
une économie de 7 % de consommation électrique. La température moyenne recommandée pour un logement est
de 18 °C,

conserver la chaleur de son logement : un vitrage isolant permet
d'économiser 7% de l'énergie de chauffage. L'isolation des
murs 10 à 15 %. L'isolation de la toiture 10 à 20 %,
Les énergies renouvelables pour produire de l´électricité et se chauffer
Lútilisation des énergies renouvelables constitue elle aussi une solution
énergétique efficace et économique.
Par exemple, pour se chauffer, on peut opter pour diverses solutions telles
que le chauffage au bois, le chauffe-eau solaire individuel, le chauffage et l
éau chaude solaire (de 20 à 40% des besoins du ménage peuvent être
couverts par un système solaire combiné), léau chaude solaire collective
ou les pompes à chaleur
Pour produire de l´électricité, un toit solaire, l´énergie éolienne ou l
´énergie hydraulique sont des solutions alternatives envisageables.
Pour aller plus loin...
http://www.ademe.fr/midi-pyrenees/a_3_02.html
Látelier enseignant avec un jeu sur le thème : « Economies d´énergies, le
jeu ! »
http://www.ecomet.fr/V32_jeu_energie.html
Site de lÁdeme. Page sur le thème : « Je consomme. Equipements
électriques ».
http://www.ademe.fr/particuliers/Fiches/equipements_electriques/index.ht
m
36/53
4.2 Réduire le coût et les impacts du transport
Objectif du module
Rappeler l’impact du transport sur la consommation énergétique et l’environnement (pollution, effet de serre).
Présenter quelques orientations permettant de réduire la consommation
d’énergies fossiles.
Quelques exemples :
- marcher, utiliser sa bicyclette pour les déplacements de courtes distances,
- développer et favoriser l’utilisation des transports en commun et de
l’intermodalité pour les marchandises,
- concevoir et construire des véhicules économes et innovants.
Jeu de comparaison entre les différents modes de transport :
Que peut-on faire avec l’équivalent d’un litre de pétrole ? 400 km en bicyclette - 160 km en marchant - 135 km en TGV - 90 km en autocar - 22 km
en voiture - 20 km en avion
Maquette de plateforme intermodale
Présentation de la voiture hybride qui récupère l’énergie dans les descentes
et le freinage
Gaz à effet de serre, GPL, GNV, Biocarburants, Moteurs hydrides, Pile à
combustible, Gaz carbonique (CO2), Particules en suspension, Oxydes
d’azote
Transports et énergie en France
Les diagrammes suivants présentent la part des transports dans la
consommation d’énergie finale ainsi que la répartition par mode de
transport.
secteur industriel 22%
Transport
30%
Résidentiel
28%
commerces et
services 9%
Autres 11%
Répartition de la consommation d'énergie finale en France (source IAE
2004)
37/53
ferroviaire
et urbain
6%
aérien 15%
maritimes
fluviaux 6%
Routiers
78%
Répartition de la consommation d'énergie par mode de transport (IAE
2004).
La problématique des transports ou l’utilisation du pétrole
Le pétrole est utilisé à plus de 95% comme source d´énergie pour
les transports.
Cette totale dépendance des transports au pétrole se noue, depuis peu
(malgré une connaissance très antérieure de ces sujets), à deux défis
majeurs :
✔ l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre conduisant à un
changement climatique majeur,
✔ le caractère non renouvelable du pétrole et l’épuisement de ses réserve
(se rapporter à l’Espace 2-2 pour plus d’informations).
Transport et pollution
Le secteur des Transports c'est :



69 % des émissions d’oxydes d'azote ou Nox qui sont en partie
responsables des pluies acides et de la destruction de la couche
d’ozone,
33 % des émissions de particules en suspension. Les particules en
suspension peuvent entraîner des troubles respiratoires, diminution
de la visibilité...
33 % des émissions de CO2 (gaz carbonique).
L´énergie des véhicules de demain
Pour faire face aux défis de l´énergie dans les transports, il devient nécessaire d'optimiser l'ensemble des technologies et des procédés de fabrication
véhicules et carburants, en intervenant à deux niveaux : sur le parc existant et en renouvellement.
38/53
L’électrique, le Gaz de Pétrole Liquéfié (GPL), le Gaz Naturel Vehicule (GNL)
et les biocarburants sont des carburants qui pourraient permettre la diversification énergétique et la réduction des gazs à effet de serre.



Concernant l’évolution des moteurs, les principaux axes de développement
concernent:
L’amélioration des moteurs thermiques actuels (essence et diesel) tant du
point de vue rejet que rendement énergétique,
Le développement des moteurs hybrides qui combinent deux sources
d'énergie, l'une thermique, l'autre électrique,
La pile à combustible qui est un convertisseur qui permet, par une réaction
électrochimique, de produire de l'énergie électrique. Ainsi, la pile à combustible à hydrogène produit de l'eau et de l'énergie électrique à partir de l'hydrogène. Cependant, la technologie de la pile à combustible embarquée
dans un véhicule à motorisation électrique est aujourd'hui au stade expérimental
Site de lÁdeme sur le thème du transport
http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=1&cid=96&m=3&catid=12618
http://www.ademe.fr/bretagne/actions_phares/air/actions.asp
Ekopedia : Vehicules à carburants alternatifs
http://fr.ekopedia.org/V%C3%A9hicules_%C3%A0_carburants_alternatifs
39/53
4.3 Attention à notre consommation : exemple du jus
dórange
Objectif du module
Faire réfléchir les élèves sur le coût énergétique des produits qu’ils
consomment.
Au travers de l’exemple du jus d’orange, on abordera la notion d’écobilan.
Étapes de production d’un jus d’orange :
- origine, Brésil ou Mexique
- utilisation d’engrais et produits phytosanitaires pour la culture,
- pressage puis concentration, pasteurisation et séparation de la pulpe,
conditionnement pour le voyage,
- transport maritime vers les pays consommateurs,
- dilution de l’extrait, ajout de la pulpe, conditionnement final,
- mise sur le marché.
Jeu permettant d’évaluer le bilan énergétique d’un jus d’orange et de le
comparer à d’autres produits : orange pressée par l’utilisateur ou jus de
fruit produit localement.
Ecobilan, Effet de serre, Empreinte écologique
Transporter moins, cést possible ?
Extrait du site internet de l’Ademe (http://www2.ademe.fr ) sur le thème
des transports.
Tout d’abord, on peut faire le constat évident que si les consommateurs
privilégient lors de leurs achats alimentaires les fruits et légumes de saison,
les produits régionaux, ce choix aura a priori comme conséquence de
nécessiter moins de transport à longue distance pour acheminer ces
produits jusqu'aux magasins.
Plus généralement, les entreprises (les industriels, la distribution)
construisent en interne, ainsi qu'avec leurs clients et leurs fournisseurs des
organisations logistiques relativement "gourmandes" en transport (routier
notamment). En effet, il est souvent rentable économiquement de
transporter plus : les produits d'origine plus lointaine sont parfois moins
cher, les usines coûtent chers et les industriels préfèrent en avoir peu,
même si elles doivent livrer loin.
Par exemple pour un pantalon jean vendu en hypermarchés, la distance
parcourue entre le champ de coton et le magasin, varie entre 4300 km et
27200 km (donc multipliée par 6!) selon la situation géographique du
champ de coton et le circuit logistique emprunté.
Ainsi, des études sur les chaînes énergétiques de produits courant et des
comparaisons entre différentes organisations logistiques pour un industriel
ont montré que :

la livraison des courses à domicile par le distributeur permet sans
doute de diminuer les distances parcourues par des véhicules
routiers : le livreur, avec un seul véhicule, remplace plusieurs
voitures particulières de clients qui se déplaceraient
40/53


indépendamment.
si l'industriel choisit de livrer ses clients à partir de quatre entrepôts
régionaux, et non un seul entrepôt national (situé en région
parisienne), il peut diminuer d'un quart le nombre de camions
utilisé.
si ses usines produisaient toutes l'intégralité des références (au lieu
d'être "spécialisées" et de produire chacune une partie des
références), la distance totale parcourue par les marchandises entre
les usines et les entrepôts de l'industriel serait au moins divisée par
deux.
Jus d’orange et empreinte écologique
Un consommateur européen, consomme en moyenne 21 litres/an de jus
d’orange ! Dans 80% des cas, le jus provient du Brésil, principal producteur
mondial.
Pour sa fabrication, il faut concentrer le jus à 8% de sa masse originale,
puis le congeler à -18°C pour le transporter dans de bonnes conditions
d’hygiène. Ensuite, il doit parcourir les 12 000 Km qui séparent l’Europe de
Sao Paulo à travers l’Atlantique. A ce stade, 1 tonne de jus d’orange a
nécessité 100 kg de pétrole.
Mais pour être complets, il faut y ajouter l’énergie dépensée pour
l’extraction du pétrole nécessaire à la fabrication des pesticides et enfin il
faut fabriquer les divers emballages de toutes les tailles ce qui augmente la
consommation de pétrole.
Par ailleurs, il faut environ 24m² de de terres agricoles pour fabriquer 21
litres de jus d’orange consommés ce qui signifie que si tous les habitants de
la planète consommaient 21 litres de jus d’orange /an, il faudrait consacrer,
dans l’état actuel de la production, 130 000 Km² d’orangerie soit 3 fois la
superficie totale de la Suisse.
En conclusion, les réflexion sur notre empreinte écologique et sur le
développement durable ne vise pas à bannir le commerce international mais
à intensifier autant que possible les interactions locales.
Par exemple, pour une consommation de jus d’orange en Europe, il serait
préférable de faire pousser les oranges plutôt en Espagne qu’au Brésil. Ainsi
on économise sur les transports. Puis nous pourrions mettre le jus d’orange
dans des bouteilles de verre consignées et recyclables plutôt que dans des
mini packs en « carton aluminium » jetables!
Contenu du jeu T.E.R.R.E. développé par l'association ENERGIES SOLAIRES
http://www.arpe-mip.com/jeu_energie/_/jeu.html
Page du site de lÁdeme sur le sujet « Transporter moins : c'est
possible ? ».
41/53
4.4 Quelles solutions pour demain ?
Objectif du module
Interroger les élèves sur leur vision de l’avenir énergétique.
Confronter les visions de chacun à celle de la classe et ouvrir le débat.
Il n’existe pas de réponse miraculeuse alors quelles solutions mettre en
avant ?
1) Améliorer les technologies existantes
2) Développer la recherche pour trouver des réponses nouvelles
3) Quelles alternatives pour aujourd’hui ?
Un questionnaire simple proposé sur une borne informatique.
Rempli par chaque élève, il permettra d’obtenir un bilan statistique pour la
classe (mais aussi cumulé pour toute les classes visitées). Il permettra de
conclure l’animation par une discussion avec les élèves autour de ces questions.
Biomasse, Gaz à effet de serre, Pile à combustible, Biocarburant, Tour
solaire, Projet ITER, Moulin sous-marin
Avant propos
Avant tout, il est important de rappeler que par son caractère vital l’énergie
est au cœur de notre société. Ainsi le secteur de l’énergie focalise les
enjeux de puissance et prolonge perturbations et conflits dont il est souvent
une des sources majeures. La maîtrise raisonnée de ce secteur est un des
facteurs déterminants, non seulement du développement ordonné de
l’économie globale, mais aussi de la sécurité mondiale.
Les conflits d’intérêts entre les différents acteurs de l’énergie sont donc
nombreux et c’est pourquoi il faut garder cette composante à l’esprit
lorsque des informations liées à l’énergie et l’avenir sont données.
Énergie et avenir
Concernant les orientations futures dans le domaine de l´énergie, les deux
objectifs à prendre en considération sont :

La sécurité de l'approvisionnement. Les différents scénarios prévoit
en effet un augmentation de la consommation annuelle d´énergie
pour 2050 entre 1,5 à 3 fois supérieure à celle actuelle,

La lutte contre l'accroissement du réchauffement climatique et la
réduction de gaz à effet de serre. Le réchauffement climatique
pourrait varier de 1 à 6 C à l'horizon 2100 suivant la réduction des
émissions de CO2. La stabilisation du climat nécessiterait de diviser
par 2 l'émission de gaz à effet de serre.
Cela suppose la maîtrise de nos consommations d'énergie et la conduite des
actions nécessaires pour s'affranchir d'une trop grande dépendance vis-àvis des énergies fossiles. Il faut déterminer des solutions pour n'utiliser ces
42/53
dernières qu'avec une efficacité maximale et, de manière générale,
promouvoir une croissance sobre en énergie. Cela suppose également le
développement d'un bouquet énergétique peu émetteur de gaz à effet de
serre. La loi du 13 juillet 2005 assigne d’ailleurs un objectif de division par
quatre des émissions de gaz à effet de serre.
Ressources énergétiques alternatives (peu émettrices de gaz)
Dans sa synthèse de la stratégie nationale sur la recherche dans le domaine
de l’énergie, le gouvernement a identifié quelques domaines prioritaires
pour le développement des ressources énergétiques alternatives :




la préparation des technologies nucléaires du futur. Le fameux
réacteur de 4ème génération permettrait par exemple de réduire les
déchets radioactifs,
l'utilisation accrue et optimisée de la biomasse qui pourrait offrir
une alternative partielle crédible aux combustibles d'origine fossile,
l'optimisation des technologies liées à l'emploi des autres énergies
renouvelables et en particulier l'énergie solaire et la géothermie. En
effet, l'énergie photovoltaïque représenterait un potentiel très
important s'il existait des technologies plus efficaces et moins
coûteuses.
le captage et le stockage du dioxyde carbone qui offriraient la
possibilité de s'affranchir des rejets atmosphériques de gaz pour la
part énergétique qui nécessiterait le recours à des énergies fossiles.
Améliorer l'efficacité énergétique
Toujours, dans sa synthèse de la stratégie nationale sur la recherche dans
le domaine de l’énergie, le gouvernement a identifié quelques domaines
prioritaires concernant l’efficacité énergétique :






Le stockage de l'énergie représente un enjeu majeur. En effet, la
capacité de stocker et transporter l'énergie représenterait un atout
important dans la réduction des déperditions actuellement
constatées.
le domaine du bâtiment nécessite de concevoir des édifices dont la
consommation énergétique soit fortement réduite dans un premier
temps, puis s'attache à utiliser au mieux les sources d'énergies
renouvelables.
en matière de transport, une première ligne d'action consiste à
poursuivre les efforts déjà engagés pour améliorer les technologies
existantes en termes de réduction des consommations. Au-delà, il
convient d'examiner les technologies alternatives de propulsion qui
pourraient utiliser des technologies peu productrices de gaz à effet
de serre (véhicules électriques, pile à combustible, biocarburants).
le développement des piles à combustible et la production
d'hydrogène,
réduire le transport d´énergie en décentralisant les réseaux et la
production d´énergie.
Quelques exemples d’énergies de demain
Parmi les innombrables inventions et idées pour produire de l’énergie, on
peut citer les énergies du futur citées par le CEA (Commissariat à l'énergie
Atomique) sur son site tels que la tour solaire, la pile à combustible, le
projet ITER et le moulin sous-marin. Pour plus d’informations sur ces
technologies, se rapporter au glossaire ou aux références.
43/53
http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie
www.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couvPDF/IdP2005/06Balibar.pdf
La synthèse de la stratégie nationale sur la recherche dans le domaine de
l’énergie.
http://www.industrie.gouv.fr/energie/recherche/synthese-snre.htm
44/53
GLOSSAIRE
Energie :

Grandeur caractérisant un système et exprimant sa capacité à
modifier l'état d'autres systèmes, avec lesquels il entre en
interaction.

L'énergie caractérise la capacité à produire des actions, par exemple
à engendrer du mouvement, modifier la température d'un corps ou
à transformer la matière
Page/chapitre : I-1.
Electrolyse : décomposition d'un composé chimique sous l'effet d'un courant
électrique. www.b-harmony.com/savoir/eau/eau_glossaire.htm
Thermolyse : La pyrolyse, ou thermolyse, est la destruction d'un corps
organique par la chaleur. fr.wikipedia.org/wiki/Thermolyse
Incandescence : état d’un corps rendu lumineux sous l’effet d’une forte
chaleur. engrenage.free.fr/mecanic/pmeca01.htm
Photosynthèse : Synthèse de substances organiques effectuée par les
plantes à partir de l'énergie lumineuse.
www.ifremer.fr/exploration/glossaire.htm
Page/chapitre : I-2, II-1,
Matériaux thermoélectriques : matériaux permettant de convertir
directement un flux de chaleur en courant électrique
Combustion : réaction chimique exothermique (c’est-à-dire accompagnée
d’une production d'énergie sous forme de chaleur).
http://fr.wikipedia.org/wiki/Combustion
Effet Joule : L'effet Joule est la manifestation thermique de la résistance
électrique. Il se produit lors du passage d'un courant électrique dans
pratiquement tous les matériaux conducteurs.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Joule
Energie primaire : L'énergie primaire est la première forme de l'énergie
directement disponible dans la nature : bois, charbon, gaz naturel, pétrole,
vent, rayonnement solaire, énergie hydraulique, géothermique… L'énergie
primaire n'est pas toujours directement utilisable et fait donc souvent
l'objet de transformations : exemple, raffinage du pétrole pour avoir de
l'essence ou du gazole ; combustion du charbon pour produire de
l'électricité dans une centrale thermique.
http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm#e
Page/chapitre : I-3
45/53
Energie secondaire : L'énergie secondaire est une énergie obtenue par la
transformation d'une énergie primaire au moyen d'un système de
conversion : par exemple, une centrale thermique produit de l'électricité
(énergie secondaire) à partir de charbon (énergie primaire). Une énergie
secondaire peut aussi résulter de la transformation d'une autre énergie
secondaire ; c'est le cas d'une centrale thermique alimentée en gaz de haut
fourneau.
www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm
Page/chapitre : I-3
Energie finale : L'énergie finale est l'énergie livrée aux consommateurs pour
être convertie en énergie utile. Exemple : électricité, essence, gaz, gazole,
fioul domestique etc.
Page/chapitre : I-3
Energie utile : L'énergie utile est l'énergie dont dispose le consommateur,
après transformation par ses équipements ( chaudière, convecteurs
électriques, ampoule électrique). La différence entre l'énergie finale et
l'énergie utile tient essentiellement au rendement des appareils utilisés pour
transformer cette énergie finale.
Page/chapitre : I-3
Convertisseur : Dispositif technique permettant de transformer une forme
d’énergie en une autre. www.apreslepetrole.org/livre/glossaire.htm
Page/chapitre : I-3
Chaîne énergétique : Les transformations entre formes d'énergie
constituent une chaîne énergétique. http://e.m.c.2.free.fr/EetP.htm
Page/chapitre : I-3
kWh : Quantité d’énergie correspondant à une puissance fournie ou
consommée de 1000 Watts (1 kW) pendant une heure.
Page/chapitre : I-3
Efficacité énergétique : rapport entre la quantité d'énergie récupérée et
l'énergie consommée. www.intis.fr/glossaire.php
Page/chapitre : I-4
Tep ou tonne équivalente pétrole : La tonne d'équivalent pétrole (Tep) est
une unité de mesure de l'énergie couramment utilisée par les économistes
de l'énergie pour comparer les énergies entre elles. C'est l'énergie produite
par la combustion d'une tonne de pétrole moyen, ce qui représente environ
11 600 kWh.
http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm#t
Page/chapitre :I-3,I-4
Piles à combustible : C'est un système qui produit simultanément de l'électricité et de la chaleur à partir d'une réaction chimique entre l'oxygène de
l'air et l'hydrogène, combustible qui peut être obtenu à partir de produits
pétroliers, gaz naturel, alcool ou autres combustibles. Les piles à combustible ont un excellent rendement électrique et un impact réduit sur l'environnement (absence de nuisances sonores et d'émission de polluants gazeux tels que le monoxyde de carbone ou les oxydes d'azote, les suies et
autres particules). La pile à combustible, dont le principe remonte à 1839, a
été utilisée dans l'industrie spatiale pour les fusées Apollo et est expérimentée aujourd'hui aussi bien pour le chauffage, que les transports.
http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm#p
Page/chapitre :I-4
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Energies Renouvelables : source d'énergie se renouvelant assez rapidement
pour être considérée comme inépuisable à échelle humaine de temps. On
compte généralement six « types » d´énergies renouvelables :

L´énergie solaire,

L´énergie éolienne,

L´énergie hydraulique (chute déau, rivière, marée...),

L´énergie géothermale : énergie des eaux chaudes naturelles issues de la terre,

La biomasse : énergie stockée dans la matière vivante,

Les déchets : énergie dégagée par les déchets par fermentation ou incinération.
Page/chapitre :II-1
Géothermie : La géothermie ou " chaleur de la terre " se présente sous
forme de réservoirs de vapeur ou d'eaux chaudes ou encore de roches
chaudes.
Lorsque le réservoir géothermique est à une température modérée, cette
ressource est exploitée pour de la production de chaleur distribuée par un
réseau de chaleur. Elle est particulièrement développée dans les bassins
aquitain
et
parisien
pour
le
chauffage
urbain.
Lorsque la température du réservoir géothermique est plus élevée et permet de produire de la vapeur, il est possible de produire de l'électricité :
c'est le cas de l'usine de Bouillante (Guadeloupe) qui a produit 20 GWh en
2001.
Des projets de développement sont à l'étude en Guadeloupe et à la
Réunion.
L'exploitation des roches chaudes fait l'objet d'un programme européen de
recherche à Soultz-sous-Forêts en Alsace.
Cycle de léau :
Entre les quatre
grands réservoirs d’eau de
l’hydrosphère
que sont les
mers et océans,
les eaux continentales (superficielles et souterraines), l’atmosphère, et la
biosphère,
l’échange d’eau
est permanent et
forme ce que
l’on appelle le cycle externe de l’eau. Le moteur de ce cycle en est le soleil :
grâce à l’énergie thermique qu’il rayonne, il active et maintient constamment les masses d’eau en mouvement.
Ce cycle se divise en deux parties intimement liées :
- une partie atmosphérique qui concerne la circulation de l’eau dans l’atmosphère, sous forme de vapeur d’eau essentiellement,
- une partie terrestre qui concerne l’écoulement de l’eau sur les continents,
qu’il soit superficiel ou souterrain.
Des échanges d’eau se produisent également entre l’hydrosphère et le manteau terrestre. Par ailleurs, dans la haute atmosphère, des molécules d’eau
sont constamment décomposées par les rayons ultraviolets solaires et l’hydrogène ainsi créé, trop léger pour être retenu par la gravité, s’échappe
dans l’univers. Cependant, il semblerait que ces phénomènes restent suffiÉnergies, jouons pour comprendre – page N°
47/53
samment négligeables pour que globalement la quantité totale d’eau dans
l’hydrosphère reste constante : l’analyse des sédiments marins a en particulier révélé que le volume des eaux océaniques avait très peu varié depuis
un milliard d’années. On peut donc considérer que le cycle de l’eau est stationnaire c’est à dire que toute perte d’eau par l’une ou l’autre de ses parties, atmosphérique ou terrestre, est compensée par un gain d’eau par
l’autre partie.
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/cycle/cycleEau.html
Page/chapitre :II-1
Biomasse : énergie stockée dans la matière vivante. Autrement dit, il
s'agit de l'ensemble de la matière végétale susceptible d'être collectée à des
fins de valorisation énergétique. Elle concerne notamment le bois énergie,
le biogaz, la paille.
http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm#b
Page/chapitre :II-1
Energies fossiles : Une énergie fossile est une forme d'énergie chimique
contenue dans des matériaux du sous-sol. Les énergies fossiles proviennent
de matière organique fossilisée, qui s'est décomposée au fil du temps. Les
énergies fossiles sont donc issues de la matière vivante, animale ou végétale.
fr.wikipedia.org/wiki/Énergies_fossiles
Page/chapitre :II-1, II-2
Gaz à effet de serre : Gaz présent dans l'atmosphère, empêchant une partie
de l'énergie solaire reçue par la Terre de repartir dans l'espace, ce qui permet de maintenir une température moyenne de 15°C autour de la planète.
Depuis le début de l'ère industrielle, l'émission de ces gaz a augmenté dans
l'atmosphère et pourrait, selon les experts internationaux, conduire à un réchauffement planétaire de 1,4°C à 5,8°C d'ici 2100.,
Page/chapitre : II-2
Kérogène : Le kérogène est la substance intermédiaire entre la matière organique et les combustibles fossiles. Charbon, gaz et pétrole, se sont formés à partir d'organismes vivants (algues, plancton, végétaux continentaux...) qui ont vécu au cours des temps géologiques (du Cambrien au Tertiaire). Cette formation est l'aboutissement d'un long processus de sédimentation qui nécessite une succession de phases bien particulières.
Le cycle du carbone : Le cycle du carbone est le circuit que suit le carbone
dans la nature. Présent dans les êtres vivants, les océans, l’air et l'écorce
terrestre, il circule en permanence et sous différents états chimiques entre
l’ atmosphère , la biosphère , la lithosphère et l’ hydrosphère . Les sols et
les océans sont les principaux puits de carbone de la planète.
Le carbone contenu dans l'atmosphère provient surtout de la respiration des
êtres vivants, animaux et végétaux - qui consomment de l' oxygène et rejettent du CO2 – et de leur dégradation . A ces sources naturelles s'ajoutent
les activités humaines consommatrices de combustibles fossiles (transports,
industries, etc) qui renforcent la teneur en CO2 de l'atmosphère. Ce CO2
atmosphérique est absorbé en partie par les végétaux et le phytoplancton
des océans pour la photosynthèse , ce qui contribue à le recycler. Depuis
deux siècles, l’usage des combustibles fossiles s’étant fortement accru, le
CO2 s’évacue plus vite dans l’atmosphère qu’il n’est absorbé par l’hydrosphère et la lithosphère. Son augmentation dans l’atmosphère perturbe le
cycle et contribue au réchauffement climatique .
Pour en savoir plus : http://www.cite-sciences.fr/lexique/definition1.php?idÉnergies, jouons pour comprendre – page N°
48/53
def=443&idmot=191&resultat=&recho=&radiob=&num_page=&id_expo=2
5&lang=fr&id_habillage=42
Electricité spécifique : électricité consommée par la bureautique, l’éclairage
et les appareils
ménagers.
L'étiquette énergie a
pour but d'informer le
public sur la consommation d'énergie électrique des équipements domestiques et
leur coût d'utilisation.
Elle est obligatoirement apposée sur
tous
les
appareils
électroménagers proposés à la vente. En
plus de présenter la
marque du produit,
ses références, son
niveau
sonore
et
d’autres
caractéristiques qui varient en
fonction de l’appareil
concerné, l’étiquette
énergie classe la performance énergétique
par lettre sur une
échelle allant de A ( économe ) à G ( peu économe ). Ainsi, le consommateur peut se faire une idée de la consommation d’électricité de l’appareil
qu’il s’apprête à acquérir, tout en sachant que la performance énergétique
de deux produits classés A peut varier de l’un à l’autre.
Source : http://www.planete-energies.com/contenu/etiquette_energies.html
Empreinte écologique
La définition est donnée par WWF comme mesure des quantités de terre et
déau dont on a besoin pour produire ce qui est consommé et absorber les
déchets générés.
Calculer son empreinte écologique :
http://www.agir21.org/flash/empreinteecoweb/loadcheckplugin.html
http://www.cite-sciences.fr/francais/ala_cite/expositions/developpementdurable/calcul-empreinte-ecologique/index.html
Maison passive
On désigne généralement par maison passive un bâtiment qui est pratiquement autonome pour ses besoins en chauffage. Il se contente des apports
solaires, des apports métaboliques (habitants, machines) et d'une bonne
isolation, ce qui relègue le rôle du chauffage à un simple appoint.
Les quatres piliers du standard « maison passive » sont lísolation, la ventilation, la fenêtre et les ponts thermiques et l'étanchéité à l'air.
http://fr.ekopedia.org/Maison_passive
La conception bioclimatique permet d’optimiser la construction (implantaÉnergies, jouons pour comprendre – page N°
49/53
tion, orientation, agencement des pièces et des ouvertures, etc.) afin de
mieux profi ter des ressources naturelles (lumière, chaleur solaire,...) et se
protéger effi cacement des agressions climatiques (vents, canicule
estivale,...).
http://www.maison-bioclimatique.fr/fr/maison-bioclimatique-conception.html
Le gaz naturel véhicules (GNV) est composé de méthane (CH4), à plus
de 80% (pourcentage variable selon l'origine du gaz). Compte tenu de sa
composition simple, il présente l'avantages de pouvoir être utilisé comme
carburant sur un moteur à allumage commandé. Les qualités connues
sont :
• peu de rejets de particules toxiques (particules apparaissant sous la forme
de fumées noires) ;
• peu de rejets toxiques ou cancérigènes comme le benzène (produits par
les moteurs à essence) ou de composés poly-aromatiques (moteurs
Diesel) ;
• les hydrocarbures HC imbrûlés rejetés sont principalement composés de
méthane, qui est non toxique ;
• la possibilité de réduire les émissions globales de CO2 car ce carburant est
l'hydrocarbure contenant le moins de carbone.
Le GPL est principalement composé d'un mélange de propane (C3H8) et de
butane (C4H10). Il s'agit d'un produit provenant à 50% de l'extraction et du
raffinage du pétrole et à 50% des champs de gaz naturel.
Les principaux résultats sur une motorisation fonctionnant correctement
sont:
• de faibles rejets de particules toxiques (poussières apparaissant sous la
forme de fumées noires);
• des rejets infimes de composés aromatiques (qui sont généralement dangereux et quelquefois cancérigènes);
• des rejets CO, HC, NOX qui peuvent être traités efficacement par la catalyse 3 voies. Ces avantages ont permis à cette filière de prendre place sur
le marché des bus urbains, compte tenu des volontés de réduire les émissions polluantes.
Biocarburants
Les biocarburants proviennent de plantes cultivées ( tournesol, betterave,
colza…). Les produits obtenus sont l'ETBE (Ethyl tertio butyl éther) et les
EMHV (Esters méthyliques d'huiles végétales).
Les biocarburants sont utilisés lorsqu'ils sont introduits dans les carburants
traditionnels : l'ETBE est introduit dans les essences et les EMHV sont
introduits dans le gazole et le fioul domestique.
En 2005, les quantités de biocarburants mis en vente ont été de 228 879
tonnes d'ETBE et à 368 487 tonnes d'EMHV."
http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm
Moteurs hydrides : Le mode hybride combine deux sources d'énergie, l'une
thermique, l'autre électrique. On y distingue:
Les hybridations dites "séries" pour lesquelles l'intégralité de l'en-


traînement des roues est fournie par le moteur électrique,
Les hybridations dites "parallèles" pour lesquelles les deux moteurs
fournissent de la puissance aux roues, avec possibilité de plusieurs
scénarios de répartition.
50/53
Pile à combustible : C'est un système qui produit simultanément de
l'électricité et de la chaleur à partir d'une réaction chimique entre l'oxygène
de l'air et l'hydrogène, combustible qui peut être obtenu à partir de produits
pétroliers, gaz naturel, alcool ou autres combustibles. Les piles à
combustible ont un excellent rendement électrique et un impact réduit sur
l'environnement (absence de nuisances sonores et d'émission de polluants
gazeux tels que le monoxyde de carbone ou les oxydes d'azote, les suies et
autres particules). La pile à combustible, dont le principe remonte à 1839, a
été utilisée dans l'industrie spatiale pour les fusées Apollo et est
expérimentée aujourd'hui aussi bien pour le chauffage, que les transports.
http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm
Gaz carbonique (CO2) : Produit normal de la combustion des combustibles
gazeux, liquides ou solides à base de carbone, c'est le principal gaz à effet
de serre.
www.congopetrole.com/dicoa_c.php
Particules en suspension : les particules en suspension désignent l’ensemble
des petites poussières liquides ou solides que l’on retrouve dans l’air
ambiant et qui proviennent, à l’origine, de phénomènes naturels, tels que
les feux de forêts, les activités volcaniques, les brises marines ou encore les
pollens. Malheureusement, certaines activités humaines comme le trafic
automobile, les activités industrielles ou l’incinération des déchets, entre
autres, engendrent de nouvelles formes de particules.
La toxicité des particules dépend de leur taille et de leur composition. Elles
sont en parties responsables pour l’asthme et certaines allergies, mais
également pour des attaques cardiaques ou des décès prématurés.
Au niveau de leur impact sur l’environnement, les particules en suspension
peuvent réduire la visibilité et influencer le climat en absorbant et en
diffusant la lumière ; en se déposant, elles salissent et contribuent à la
dégradation physique et chimique des matériaux; accumulées sur les
feuilles des végétaux, elles peuvent les étouffer et entraver la
photosynthèse.
http://www.airbreizh.asso.fr/ps.html
http://inature.canalblog.com/archives/2006/10/18/2934509.html
Oxydes d’azote : Oxyde d’azote (NO) et dioxyde d’azote (NO2) sont des gaz
polluants oxydants, qui se forment lors de combustions à température élevée. Les oxydes d’azote sont collectivement désignés par NOx. Le parc automobile est responsable de près des ¾ des émissions de NOx.
http://www.geneve.ch/maisonsante/fr/themes/risques/oxydes.html
Ecobilan : inventaire des conséquences que la fabrication d'un produit
industriel a sur l'environnement ; impact environnemental global d'un
produit.
www.ecobio-logis.ch/lexique.htm
Effet de serre : phénomène climatique naturel qui permet, en réchauffant
l’atmosphère, la vie sur terre. La chaleur émise par le soleil est capturée,
comme dans une serre, grâce à certains éléments composant l’atmosphère,
particulièrement le gaz carbonique. L’augmentation de la teneur en gaz
carbonique de l’atmosphère, due aux activités humaines, accentue cet effet
de serre, ce qui se traduit par l’augmentation de la température moyenne à
la surface du globe. Si les incertitudes scientifiques restent encore
nombreuses, notamment quant aux conséquences sur la planète, la relation
émissions anthropiques - réchauffement planétaire est aujourd’hui
fermement établie.
http://www.monde-diplomatique.fr/2005/01/A/11802
Tour solaire : Elle est composée de panneaux solaires disposés en disque
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sur un diamètre de 6 à 7 km. Au centre du disque se trouve une cheminée
de 1 km de hauteur et de 30 m de diamètre. Une fois chauffée sous les
panneaux solaires, l’air à tendance à monter dans la cheminée de 1 km de
haut. Cela crée un fort courant d’air qui fait tourner les turbines disposées à
la base de la cheminée et produit de l’électricité. Une centrale de ce type,
utilisant l’énergie solaire, devrait bientôt être mise en place dans le désert
australien.
Projet ITER : il s’agit d’un réacteur expérimental qui va être construit pour
réaliser la fusion nucléaire. Les chercheurs voudraient utiliser cette fusion
pour produire de grandes quantités d’énergie sur Terre.
Moulin sous-marin : ce moulin (hydrolienne) utiliserait les puissants
courants sous-marins permanents des océans qui feraient tourner de
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grandes hélices. Celles-ci entraîneraient un générateur, produisant de
l’électricité naturelle.
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