Séance 1

Consigne: Identifie pour chaque source d'énergie les avantages et les inconvénients. En déduire la source d'énergie choisie pour éclairer ta cabane .

Qu’est-ce que l’énergie ?

L’énergie est une force capable de déplacer la matière ou de la changer. Avec de l’énergie, nous pouvons fournir un travail, produire de la chaleur ou un mouvement et faire fonctionner des machines.
La notion d'énergie a été conçue pendant l'Antiquité. En effet, l'homme a toujours essayé de maîtriser son environnement, d'abord grâce à sa propre force et celle des animaux, puis en exploitant des énergies présentent dans la nature.
A chaque fois que l'homme veut faire un travail, il doit fournir de l'énergie. Par exemple, une voiture a besoin de carburant pour avancer, le bateau se déplace grâce au vent, une télévision fonctionne seulement si elle est branchée à une prise électrique...

Petites animations sur les énergies

Il existe deux types d’énergies : les énergies renouvelables et les énergies non renouvelables. 

Une énergie est renouvelable lorsque la source de cette énergie est inépuisable (c’est-à-dire qu’elles produisent plus que ce que la population consomme). En effet, elles sont issues de phénomènes naturels et constants, liés à l’énergie du soleil et de la terre. Ces énergies sont également plus respectueuses de l’environnement. 

Une énergie non renouvelable est le contraire d’une énergie renouvelable. Nous pouvons citer par exemple le pétrole : puisque la population mondiale utilise trop de pétrole, les stocks de pétrole sont insuffisants.

Animations sur les différences entre énergies renouvelables et non renouvelables

Voici un petit historique des grandes avancées technologiques (clique sur l'image pour l'agrandir) :

Evolution de la maîtrise de l'énergie

Energie éolienne :

Dispositif destiné à convertir la force du vent qui s'exerce sur les pales, en électricité. Les éoliennes sont composées de pales en rotation et actionnées par le vent. Elles sont utilisées pour produire de l'électricité et entrent dans la catégorie des énergies renouvelables. Voici un exemple d'éolienne que l'on peut trouver en France.

Parc éolien

Eléments qui constituent une éolienne

L'éolienne est ici à axe horizontal. Elle est composée des pales, d'un générateur qui convertie la force du vent en électricité et d'un transformateur qui adapte l'électricité à l'utilisation domestique. Les principaux obstacles à l'implantation d'éoliennes résident dans l'opposition des riverains pour des raisons d'impact visuel et de bruit . Malgré un coût financier élevé, l'implantation d'éolienne va se développer.

Énergie hydraulique :

L’énergie hydraulique utilise l’énergie des cours d’eau, des chutes d'eau, voire des marées, pour transformer la force de l'eau en électricité.
La production annuelle d’hydroélectricité correspond à 95% de la production d’électricité de source renouvelable et 14% de la production d’électricité française.

Installation d'une centrale hydraulique

La centrale se compose d’un réservoir, d’une chute d’eau caractérisée par sa hauteur. L’énergie hydraulique est convertie en électricité par le passage de l’eau dans une turbine. La puissance de la centrale dépend également du débit d’eau. L’énergie hydraulique sert principalement à fabriquer de l’électricité dans les centrales hydroélectriques. Elle est rentable donc peu de frais d’exploitation. Cette dernière a une exploitation très fiable grâce à une ressource en eau très importante. Les centrales hydrauliques demandent peu de frais d’entretien. D’un point de vue écologique les centrales ne rejettent aucun déchet polluant. L’énergie hydraulique est une des énergies renouvelables les plus difficiles à développer aujourd’hui en France. Les contraintes en termes de protection des cours d’eau limitent les perspectives d’ouverture de nouveaux sites. Les coûts de production de cette énergie sont importants et les centrales doivent être situées près d'une chute d'eau.

Hydrolienne

On peut parfois trouver, lorsqu'il est impossible de construire des barrages, des hydroliennes (voir la photo précédente). Ce système fonctionne comme une éolienne en utilisant la force de l'eau et non du vent. On les trouve dans les océans. Les avantages et les inconvénients sont les mêmes que pour les éoliennes. De plus, l'entretien est beaucoup plus difficile pour les hydroliennes car elles sont immergées dans l'eau.

Énergie photovoltaïque :

L’énergie photovoltaïque désigne l'énergie récupérée et transformée directement en électricité à partir de la lumière du soleil par des panneaux photovoltaïques. Les rayons solaires frappent la plaque photovoltaïque ce qui créé une énergie qui traverse ensuite le convertisseur d'énergie. Le rôle de ce dernier est de convertir l'énergie à la sortie de la plaque en une énergie utilisable pour les appareils électroménagers. Les compteurs de production et de consommation permettent d'adapter la formation de l'énergie électrique au besoin de la maison. En plus des avantages liés à l'absence de maintenance des systèmes photovoltaïques, cette énergie répond parfaitement aux besoins des sites isolés dont le raccordement au réseau électrique est trop coûteux. Malgré tout, l'installation de ce système est cher et la production d'électricité dépend du taux d'ensoleillement. La production d'électricité n'est donc pas régulière avec ce système. 

Raccordement électrique pour un panneau photovoltaïque

Panneaux photovoltaïques

Énergie dans une pile :

Les piles sont des sources d'énergie électrique obtenue par transformation d'énergie chimique. Une pile est utilisable une fois. Une batterie est un assemblage de piles. Une pile est constituée de deux électrodes, l’anode et la cathode qui baignent dans une solution chimique. L’anode et la cathode sont métalliques. C'est la réaction chimique qui se passe dans la pile qui créé une énergie électrique que l'on récupère ensuite.

On peut voir sur le schéma ci-contre la cathode et l'anode avec la solution chimique. Les bornes + et – correspondent aux bornes visibles à l'extérieur de la pile.

Pile chimique

Les piles ne se rechargent pas, les plus anciennes sont la pile de Volta (1800) et la pile Leclanché.

Pile d'aujourd'hui

Pile volta

Le nom « pile » vient du fait qu'au départ elle était construite sous la forme d'un empilement.

Les piles sont pratiques par leur taille et ont une durée de vie importante. Mais elles polluent beaucoup et sont des déchets toxiques. Il est donc important de les jeter dans des poubelles spéciales. De plus, les piles ne sont pas toujours étanches. Il peut donc y avoir des fuites de la solution chimique qui se trouve à l'intérieur ou un dysfonctionnement de la pile si elle prend l'eau.