Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Le futur des énergies »
Sujet n°ENSSCI3209
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Historiquement, la France et l’Allemagne n’ont pas fait les mêmes choix de moyens de production d’électricité. Si la France a choisi d’orienter son appareil de production vers la technologie nucléaire dès les années 1970, l’Allemagne a alors privilégié les combustibles fossiles. Depuis les années 1990, France et Allemagne ont mis en en place diverses mesures pour une transition énergétique efficace avec un double objectif :
- une neutralité carbone en 2050 pour la France en 2050 et en 2045 pour l’Allemagne, ce qui implique un équilibre entre les émissions de carbone et l’absorption du carbone de l’atmosphère par les puits de carbone ;
- une réduction des émissions de gaz à effet de serre de 50 % en France d’ici 2030 et de 65 % en Allemagne.
1- Citer deux gaz à effet de serre.
Deux gaz à effet de serre :
- Le dioxyde de carbone (CO₂)
- Le méthane (CH₄)
Quelle soit d’origine fossile, nucléaire ou hydraulique, la production d’énergie électrique est réalisée dans des centrales qui possèdent toutes le même convertisseur exploitant le phénomène d’induction électromagnétique.
2- Donner le nom du convertisseur, élément central des centrales électriques.
Le convertisseur central des centrales électriques est l’alternateur.
Le document 1 ci-dessous représente une chaîne de conversion énergétique.
Document 1 – Chaîne de conversion énergétique
3- Donner un exemple de réservoir d’énergie utilisé dans les centrales hydrauliques.
Un exemple de réservoir d’énergie utilisé dans les centrales hydrauliques est un barrage retenant l’eau d’un lac ou un réservoir d’eau en altitude.
4- En exploitant le document 1, choisir parmi les trois propositions suivantes (a, b ou c) celle qui correspond aux formes d’énergie converties dans une centrale nucléaire :
a) 1 : énergie chimique ; 2 : énergie électrique ; 3 : énergie thermique.
b) 1 : énergie thermique ; 2 : énergie mécanique ; 3 : énergie électrique.
c) 1 : énergie mécanique ; 2 : énergie électrique ; 3 : énergie thermique.
Un alternateur convertie une énergie mécanique en énergie électrique. Une partie de l’énergie est perdue sous forme d’énergie thermique.
Ainsi, parmi les trois propositions suivantes celle qui correspond aux formes d’énergie converties dans une centrale nucléaire est la proposition c) 1 : énergie mécanique ; 2 : énergie électrique ; 3 : énergie thermique.
La transition énergétique opérée en France et en Allemagne se concrétise par un mix énergétique représenté par les graphiques du document 2 page suivante.
Donnée : 1 GWh = 106 kWh.
5- Retrouver, à partir des données du document 2, les différentes sources énergétiques constituant les 94 % d’énergie décarbonée en France en 2023.
Les différentes sources énergétiques constituant les 94 % d’énergie décarbonée en France en 2023 sont le nucléaire 64% et les énergies renouvelables y compris l’hydraulique 29%.
64+29=93%
Remarque : il s’agit certainement d’une erreur du sujet (le taux de 94%) car le gaz, fioul et charbon ne sont pas des énergies décarbonées.
6- En utilisant les informations du document 3 page suivante, commenter l’expression « énergie décarbonée ».
L’expression « énergie décarbonée » désigne une source d’énergie qui émet très peu ou pas de dioxyde de carbone (CO₂) lors de sa production.
Sur le document 3, on constate que des sources comme l’hydraulique et le nucléaire n’émettent que 6 g de CO₂/kWh, tandis que l’éolien en émet 15 g et le photovoltaïque 43 g.
Les énergies fossiles comme le charbon (1060 g), le fioul (730 g) ou le gaz (418 g) ont un impact carbone très élevé.
Ainsi, les énergies hydraulique, nucléaire et éolienne peuvent être qualifiées de décarbonées car elles émettent très peu de CO₂.
7- Calculer la masse de dioxyde de carbone CO2(g) produite par le nucléaire en France et par l’utilisation du gaz en Allemagne en 2023. Commenter la différence.
Calculons l’énergie produite par le nucléaire en France sur les 495 000 GWh produits sachant que la part du nucléaire est de 64%.
$$E_{nucléaire}=\frac{64}{100} \times 495\ 000 \times 10^{6}$$
$$E_{nucléaire}=3,2 \times 10^{11}\ kWh$$
Calculons la masse de dioxyde de carbone CO₂(g) produite par le nucléaire en France
| 6 g de CO₂ | 1 kWh |
| $m(CO_2)_{nucléaire}$ | $3,2\times{10}^{11}\ kWh$ |
$$m(CO_2)_{nucléaire}=3,2 \times 10^{11} \times 61$$
$$m(CO_2)_{nucléaire}=1,9 \times 10^{12}\ g$$
Calculons l’énergie produite par l’utilisation du gaz en Allemagne sur les 483 000 GWh produits sachant que la part du gaz est de 16%.
$$E_{nucléaire}=\frac{16}{100} \times 483\ 000 \times 10^{6}$$
$$E_{nucléaire}=7,7 \times 10^{10}\ kWh$$
Calculons la masse de dioxyde de carbone CO₂(g) produite par l’utilisation du gaz en Allemagne
| 418 g de CO₂ | 1 kWh |
| ${m\left(CO_2\right)}_{gaz} $ | $7,7\times{10}^{10}\ kWh$ |
$${m\left(CO_2\right)}{gaz}=\frac{7,7 \times 10^{10} \times 418}{1}$$
$${m\left(CO_2\right)}{gaz}=3,2 \times 10^{13}\ g$$
L’énergie produite par le gaz en Allemagne est bien inférieure à l’énergie produite par le nucléaire en France. Cependant, la masse de dioxyde de carbone CO₂(g) produite par le nucléaire en France est bien inférieure à celle produite par l’utilisation du gaz en Allemagne en 2023.
8- Préciser en quoi le mix énergétique en France et en Allemagne correspond à un choix historique et aux mesures prises ces dernières années.
Le mix énergétique de la France repose principalement sur le nucléaire, un choix historique fait après les chocs pétroliers des années 1970 pour assurer l’indépendance énergétique. Ce choix a permis à la France d’avoir une électricité majoritairement décarbonée.
En revanche, l’Allemagne a décidé de sortir du nucléaire après la catastrophe de Fukushima en 2011 et a investi massivement dans les énergies renouvelables, tout en continuant à utiliser du charbon et du gaz, ce qui augmente ses émissions de CO₂.
Document 2 – Mix énergétiques en 2023
Mix énergétique français en 2023
Production : 495 000 GWh (94 % décarbonés)
Mix énergétique allemand en 2023
Production : 483 000 GWh (56 % décarbonés)
Document 3 – Bilan carbone (en g de CO2 émis par kWh produits) des sources de production énergétique
| Éolien | Photovoltaïque | Hydraulique | Nucléaire | Charbon | Fioul | Gaz |
| 15 | 43 | 6 | 6 | 1060 | 730 | 418 |
Source : d’après https://orki.green/article/quel-bilan-carbone-pour-la-production-d-electricite