Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Le futur des énergies »
Sujet n°ENSSCI3194
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L’île de la Réunion est un département français de l’océan Indien. Elle est réputée pour son volcan actif, le piton de la Fournaise, ses récifs de corail et ses plages. Son climat tropical est propice à la culture de la canne à sucre. Une fois que l’on a extrait le jus de la tige de la canne à sucre par broyage, il ne reste qu’un résidu fibreux qui est appelé la bagasse. Celle-ci est utilisée pour produire de l’électricité dans deux centrales à bagasse : celle du Bois-Rouge et celle du Gol.
Partie A – La combustion de la bagasse
Document 1 – Formation de la cellulose au niveau de la canne à sucre
Les feuilles de la plante « canne à sucre » produisent du glucose (C6H12O6) au cours de la photosynthèse modélisée par l’équation de réaction ci-dessous :
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
Une enzyme appelée cellulose synthase présente dans la canne à sucre va permettre d’associer les molécules de glucose entre elles pour former une très grande molécule ou macromolécule appelée cellulose. La cellulose formée correspond donc à une succession de motifs C6H10O5 répétés un très grand nombre de fois.
Figure : Association de quatre molécules de glucose
Source : d’après les auteurs
Document 2 – La bagasse et sa combustion
On appelle bagasse, le résidu fibreux restant après broyage et extraction du jus de la tige de la canne à sucre. La bagasse est essentiellement constituée de cellulose. Elle est disponible en grande quantité sur l’île de la Réunion. Ce résidu peut donc être utilisé comme combustible dans une centrale thermique que l’on nomme aussi centrale à bagasse pour produire de l’électricité. Sa combustion à plus de 500°C, émet de la vapeur, qui fait tourner des turbines, et produit de l’électricité.
L’équation de réaction qui modélise la combustion de la cellulose de formule simplifiée C6H10O5 est la suivante :
C6H10O5 + 𝑥 O2 → 6 CO2 + 𝑦 H2O
L’utilisation de la bagasse comme combustible permet de réduire le recours à l’utilisation d’énergies fossiles comme le charbon.
Source : d’après les auteurs
1- Indiquer les valeurs prises par 𝑥 et 𝑦 pour ajuster l’équation de réaction qui modélise la combustion de la cellulose.
$$C_6H_{10}O_5 + x O_2 \rightarrow 6 CO_2 + y H_2O$$
Il faut qu’il y ait autant de chaque atome dans les réactifs et les produite.
Ainsi :
Pour l’hydrogène :
$$10=2y$$
$$y=5$$
Pour l’oxygène :
$$5+2x=6\times2+y$$
$$5+2x=12+y$$
$$5+2x=12+5$$
$$2x=12+5-5$$
$$2x=12$$
$$x=6$$
$$C_6H_{10}O_5 + 6 O_2 \rightarrow 6 CO_2 + 5 H_2O$$
2- À partir des documents 1 et 2, expliquer pour quelles raisons certaines personnes affirment que la production d’électricité par combustion de la bagasse ne participe pas à l’augmentation du taux de CO2 atmosphérique à l’échelle de la vie d’une plante.
Certaines personnes considèrent que la combustion de la bagasse ne contribue pas à l’augmentation du CO₂ atmosphérique, car :
• Le CO₂ émis par la combustion a été préalablement capté par la plante.
• Contrairement aux énergies fossiles, cela n’ajoute pas de « nouveau » CO₂ dans l’atmosphère.
Le bilan carbone est neutre à l’échelle du cycle de vie de la plante.
3- Proposer un argument qui relativise l’affirmation précédente.
La culture, la récolte et le transport de la canne à sucre qui mènent à l’obtention de la bagasse nécessitent des machines agricoles qui consomment des énergies fossiles.
C’est pourquoi l’affirmation qui dit que « la production d’électricité par combustion de la bagasse ne participe pas à l’augmentation du taux de CO2 atmosphérique à l’échelle de la vie d’une plante » est à relativiser.
4- Proposer deux avantages à ce que la bagasse soit utilisée comme combustible à la Réunion.
L’utilisation de la bagasse comme combustible à La Réunion présente deux avantages. D’une part, elle permet de réduire l’utilisation d’énergies fossiles importées, ce qui limite les émissions de gaz à effet de serre. D’autre part, elle valorise un déchet agricole local, en transformant un résidu de la canne à sucre en source d’énergie renouvelable.
Partie B – Les centrales à bagasse de l’île de la Réunion
Document 3 – Production de l’électricité à partir de la bagasse
- : Charge de la bagasse
- : Circuit de fluide caloporteur
- : Réseau électrique
- : Réseau thermique
Source : https://cvalcyon.com/bois-energie
Document 4 – Rendement centrales à bagasse de la Réunion
En 2022, la production d’électricité à la Réunion était de 3 064,3 GWh.
La part de la production électrique totale à partir des 423 kilotonnes de bagasse disponibles en 2022 est de 5,9 %, et diminue par rapport à 2021 où elle était de 7,0 %. Depuis 2009, une baisse globale de la production électrique à partir de bagasse est d’ailleurs constatée.
La fluctuation d’une année à une autre de la part de la bagasse dans la production électrique dépend essentiellement de la qualité de la campagne sucrière. La quantité de canne à sucre de la campagne de 2022 a été inférieure à celle de 2021 (1 309 086 tonnes en 2022, 1 553 631 tonnes en 2021). L’année 2022 est l’une des plus mauvaise de l’histoire moderne de la filière canne à sucre. Ceci est due à des causes climatiques (deux cyclones puis la période de sécheresse) et à des difficultés économiques chez les planteurs.
Source : d’après https://oer.spl-horizonreunion.com/energies-renouvelables-la-reunion/bagasse
Document 5 – Équivalence énergétique par quantité de ressources
5- Expliquer pourquoi la bagasse est une ressource renouvelable.
La bagasse est une ressource renouvelable car elle provient de la canne à sucre, qui pousse en quelques mois. Elle peut donc être produite chaque année après chaque récolte. Son renouvellement est rapide, contrairement aux énergies fossiles.
6- Nommer le dispositif du document 3 permettant la conversion d’énergie mécanique en énergie thermique.
Le dispositif du document 3 permettant la conversion d’énergie mécanique en énergie thermique est le groupe turbo-alternateur.
7- Schématiser la chaine de transformation énergétique permettant d’obtenir de l’énergie électrique à partir de la bagasse.
8- Calculer, à partir du document 4, la quantité d’énergie électrique produite en GWh à partir de la bagasse.
D’après le document 4 « En 2022, la production d’électricité à la Réunion était de 3 064,3 GWh. La part de la production électrique totale à partir des 423 kilotonnes de bagasse disponibles en 2022 est de 5,9 % »
$$E_{bagasse}=5,9/100\times E_{electrique}$$
$$E_{bagasse}=5,9/100\times3\ 064,3$$
$$E_{bagasse}=180,8\ GWh$$
9- Vérifier que la quantité d’énergie produite pour 1 tonne de bagasse est de 427 kWh.
| 423 kilotonnes de bagasse | 180,8 GWh |
| 1 tonne | E |
$$E=\frac{1\times180,8\times10^9}{423\times10^3}$$
$$E=427\ 423\ Wh$$
$$E=427\ kWh$$
Ainsi, la quantité d’énergie produite pour 1 tonne de bagasse est de 427 kWh.
10- Comparer à la quantité d’énergie produite par tonne de charbon.
D’après le document 5 :
| 1,5 tonnes de charbon | 11 MWh |
| 1 tonne | $E_charbon$ |
$$E_{charbon}=\frac{1\times11}{1,5}$$
$$E_{charbon}=7,33\ MWh$$
$$E_{charbon}=7330\ kWh$$
Si on se base sur l’énergie donnée à la question précédente : « énergie produite pour 1 tonne de bagasse est de 427 kWh. »
Ainsi, l’énergie produite par une tonne de bagasse est très inférieure à celle produite par une tonne de charbon.