L’agrivoltaïsme

Enseignement scientifique Terminale

Durée 1h – 10 points – Thème « Le futur des énergies »

Sujet n°ENSSCI3202 et n°ENSSCI3213

Télécharger l’exercice en PDF :

L’agrivoltaïsme est un système qui permet de combiner sur une même surface, une production agricole et une production d’électricité d’origine photovoltaïque. La première centrale agrivoltaïque en France a été implantée en 2018 à Tresserre, commune située à une vingtaine de kilomètres de Perpignan. Elle est constituée de panneaux, recyclables à 90 %, situés à environ 4,50 m de hauteur afin de pouvoir laisser passer tous les engins agricoles. Les panneaux sont mobiles, pilotés à distance grâce à un algorithme complexe, au gré des besoins : à plat pour protéger la production d’une pluie battante, d’un soleil brûlant, du gel ou de la grêle, ou à la verticale pour laisser passer un maximum de lumière et de pluie.

Document 1 – Caractéristiques de la centrale agrivoltaïque à Tresserre

1- Décrire la chaîne de transformation énergétique représentant la conversion d’énergie qui a lieu au niveau des panneaux solaires.

Chaîne de transformation énergétique représentant la conversion d’énergie qui a lieu dans une cellule photovoltaïque :

La lumière est constituée de photons. L’énergie des photons est convertie par la cellule photovoltaïque en énergie électrique. Une partie de cette énergie lumineuse est perdue sous fourme d’énergie thermique lors de la conversion.

2- À partir du document 1, calculer la surface totale des panneaux photovoltaïques de la centrale photovoltaïque de Tresserre.

Calculons la surface totale des panneaux photovoltaïques du projet Tresserre évoqué dans le document 1 :

D’après le document 1 : Le projet à Tresserre (Pyrénées-Orientales) couvre une surface agricole de 4,5 hectares*. Avec ses 7 800 panneaux, le taux de couverture photovoltaïque s’élève à 40 %.

* 1 hectare (ha) = 10 000 m².

$Surface\ agricole=4,5\ hectares\ =4,5\times10\ 000\ m²=45\ 000\ m²$

$Surface\ totale\ des\ panneaux\ photovoltaïques=40 \%\ Surface\ agricole$
$Surface\ totale\ des\ panneaux\ photovoltaïques=40/100\times 45\ 000$
$Surface\ totale\ des\ panneaux\ photovoltaïques=18\ 000\ m²$

3- Montrer que la puissance moyenne produite par un mètre carré de panneau photovoltaïque est de 122 W dans les conditions de fonctionnement de la centrale photovoltaïque.

Calculons la puissance moyenne délivrée, en watt, pour un mètre carré de panneau photovoltaïque :

18 000 m²	$2,2\ mégawatts=2,2\times1\ 000\ 000=2\ 200\ 000\ W$
1 m²	P

$$P=\frac{1\times2\ 200\ 000}{18\ 000}$$
$$P=122\ W$$

La puissance moyenne délivrée, en watt, pour un mètre carré de panneau photovoltaïque est de 122 W dans les conditions du projet de Tresserre.

Document 2 – Carte de la puissance solaire surfacique en France

Source : lepanneausolaire.net

4- À partir du document 2, déterminer la valeur de la puissance solaire surfacique à Tresserre.

5- Donner l’expression littérale du rendement global noté η d’un système de conversion d’énergie.

Expression littérale du rendement global noté η d’un système de conversion d’énergie.
$$\eta=\frac{E_{produite}}{E_{recue}}=\frac{P_{produite}}{P_{recue}}$$

6- Calculer la valeur du rendement global de l’installation photovoltaïque de Tresserre.

La puissance solaire surfacique est de 800 W/m² dans cette zone.
La puissance moyenne délivrée, en watt, pour un mètre carré de panneau photovoltaïque est de 122 W dans les conditions du projet de Tresserre.

Calculons le rendement de l’installation :
$$\eta=\frac{P_{produite}}{P_{recue}}$$
$$\eta=\frac{122}{800}=0,15=15 \%$$
Le rendement de l’installation est de 15%.

Document 3 – Le travail forcé, ce vilain secret qui se cache au cœur du développement de l’énergie solaire

Rappelons tout d’abord que le silicium polycristallin, comme les terres rares, abonde en Chine et plus particulièrement dans le nord-ouest du pays, le Xinjiang. Son utilisation est nécessaire à la fabrication des panneaux solaires. La production de silicium polycristallin est donc utile. Cependant, l’on sait aussi que dans le cycle de vie d’un panneau solaire, la partie la plus énergivore est l’extraction et la purification du silicium. Si cette opération est menée à base de charbon, le bilan est forcément mauvais en termes de pollution. En outre, les poussières de silice cristalline peuvent induire une irritation des yeux et des voies respiratoires, des bronchites chroniques et une fibrose pulmonaire irréversible nommée silicose.

Cette atteinte pulmonaire grave et invalidante n’apparaît en général qu’après plusieurs années d’exposition et son évolution se poursuit même après cessation de l’exposition. Vous comprenez pourquoi les Ouïghours sont sollicités par les autorités chinoises pour ces tâches à la fois ingrates et dangereuses.

Source : d’après une interview de Emmanuel Lincot – Atlantico https://www.iris-france.org

7- Présenter de façon argumentée les avantages et les inconvénients de l’agrivoltaïsme.

Les panneaux solaires permettent d’utiliser une source d’énergie renouvelable (énergie lumineuse du soleil).

D’après le document 3, l’extraction et la purification du silicium polycristallin, essentiel aux panneaux solaires, très énergivores sont réalisées à partir de charbon, ce qui est cause de dégagement de gaz à effet de serre.

De plus, cette industrie engendre des impacts sanitaires importants (maladies respiratoires, irritation des yeux…).

Ainsi, bien que les panneaux solaires soient une source d’énergie renouvelable, leur cycle de production comporte des limites environnementales et sanitaires.

8- D’après le document 3 et vos connaissances, expliquer la phrase « Si cette opération est menée à base de charbon, le bilan est forcément mauvais en termes de pollution. ».

Le mot forcément indique que l’utilisation du charbon implique un mauvais bilan environnemental de manière causale.

Pour dire si l’impact est mauvais, on doit le mesurer.

9- En quoi le texte du document 3 manque-t-il de rigueur sur le plan scientifique ?

Le texte du document 3 manque de rigueur scientifique car il affirme sans s’appuyer sur des données chiffrées.

Il emploie des termes comme forcément qui généralisent sans prouver.

Télécharger l’exercice en PDF :