Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Le futur des énergies »
Sujet n°ENSSCI3207
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La France s’engage dans une transition énergétique où le nucléaire, source principale de production électrique, coexiste avec le développement des énergies renouvelables, notamment l’éolien. Ce dernier contribue à diversifier les sources d’énergie tout en posant des enjeux liés à la préservation de la biodiversité.
Partie A – La production d’énergie électrique française
Selon RTE (Réseau de Transport de l’Électricité), la production d’énergie électrique a atteint son plus haut niveau depuis 5 ans avec 272 000 GWh pour le premier semestre de l’année 2024. Si la production nucléaire reste la principale contributrice, la part des énergies renouvelables ne cesse de croître. Parmi elles, le parc éolien raccordé en France métropolitaine tient une place majeure dans la production d’énergie électrique. De nombreux projets d’éoliennes en mer se développent pour atteindre les objectifs de la transition énergétique. Pour cette première moitié d’année, près de 1 800 GWh ont été produits par des éoliennes en mer.
Tableau 1 – Répartition des sources d’énergie dans le cadre de la production nette d’énergie électrique en France au premier semestre 2024
| Nucléaire | Hydraulique | Éolien | Solaire | Bioénergie | Sources d’énergie fossile | |
| Part en % | 65 | 15 | 9,4 | 4,2 | 2,2 | 4,2 |
Source : RTE
1- Citer une source d’énergie fossile.
Le pétrole est une source d’énergie fossile.
2- Montrer que la production d’énergie électrique issue de l’éolien en GWh pour le premier semestre de l’année 2024 est égale à 25 568 GWh.
La production d’énergie électrique issue de l’éolien représente 9,4% de la production d’énergie totale en France.
$E_{éolien}=9,4/100\times E_{totale}$
$E_{éolien}=9,4/100\times272\ 000$
$E_{éolien}=25\ 568\ \text{GWh}$
3- Déterminer le pourcentage de la part de l’éolien en mer dans la production totale d’énergie électrique issu de l’éolien.
D’après le sujet : 1 800 GWh ont été produits par des éoliennes en mer.
$P_{(éolien\ mer)}=\frac{E_{(éolien\ mer)}}{E_{éolien}}$
$P_{(éolien\ mer)}=\frac{1\ 800}{25\ 568}$
$P_{(éolien\ mer)}=0,07$
$P_{(éolien\ mer)}=7\ %$
La part de l’éolien en mer dans la production totale d’énergie électrique issu de l’éolien représente 7%.
Partie B – Comparaison des énergies éolienne et nucléaire
Document 2 – Informations sur la production d’énergies éolienne et nucléaire
La Nouvelle-Aquitaine est la 5ème région éolienne de France avec, en 2023, une capacité de 1850 MW répartie sur 702 éoliennes terrestres. Majoritairement positionnées dans le nord de la région plus venteux, ces éoliennes fonctionnent en pleine charge 2000 h par an. Des projets d’éolien en mer sont en développement le long des côtes de la Charente-Maritime où les vents sont puissants, ce qui permettra de libérer de l’espace terrestre pour d’autres usages.
| Éolien terrestre | Éolien en mer | |
| Puissance électrique délivrée (MW) | 2 à 3 | 6 à 12 |
| Coût par MW produit (millions d’euros) | Entre 1200 et 1800 | Entre 3000 et 5000 |
| Bilan carbone (g de CO2 par kWh) | Entre 10 et 15 | Entre 15 et 25 |
En comparaison, le nucléaire reste dominant avec la centrale nucléaire de Civaux, située dans la Vienne. À elle seule, elle produit en moyenne 25 mille GWh d’électricité en un an, suffisant pour alimenter environ 12 millions de foyers. Si le coût des deux réacteurs de la centrale de Civaux a été de 6 milliards d’euros, celui des réacteurs EPR (European Pressurized water Reaction) des nouvelles centrales se chiffre entre 3 voire 6 dizaines de milliards d’euros. Leur bilan carbone est généralement compris entre 5 et 15 g de CO2 par kWh produit.
Document 3 – Informations sur l’impact des éoliennes sur la biodiversité
La présence d’éoliennes terrestres semble perturber la faune et la flore et le confort des personnes. Quant à celles positionnées en pleine mer, elles sont susceptibles de modifier les habitats de certaines espèces marines et les vibrations des installations sont nuisibles à leur développement.
| 0 | 20 | 30 | 40 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| Seuil d’audibilité | Vent léger | Chambre | Salon | Rue | Classe | Voiture | Danger |
| Éolienne à 2 km | Éolienne à 1 km | Éolienne à 500 m | Au pied du mât |
Figure 1 – Niveaux d’intensité sonore (en dB)
Données :
- L’énergie électrique obtenue en watts heure (Wh) pendant une certaine durée se calcule par la formule 𝐸 = 𝑃 × ∆𝑡 où 𝑃 est la puissance en watts (W) et ∆𝑡 la durée en heures (h).
- 1 MW = 106 W.
- 1 GWh = 109 Wh.
4- En vous aidant du document 2 et de la formule donnée, comparer l’énergie électrique fournie pendant un an par les 702 éoliennes de la région Nouvelle- Aquitaine et celle fournie par la centrale nucléaire de Civaux.
Calculons l’énergie électrique fournie pendant un an une éolienne de la région Nouvelle-Aquitaine. On sait que « La Nouvelle-Aquitaine est la 5ème région éolienne de France avec, en 2023, une capacité de 1850 MW répartie sur 702 éoliennes terrestres » :
$E_{(toutes\ éoliennes)}=P\times\Delta t$
$E_{(toutes\ éoliennes)}=1850\times10^6\times2000$
$E_{(toutes\ éoliennes)}=1,26\times10^{12}\ Wh$
$E_{(toutes\ éoliennes)}=1,26\times10^3\ GWh$
La centrale nucléaire de Civaux produit en moyenne 25 mille GWh d’électricité en un an.
Comparons l’énergie électrique fournie pendant un an par les 702 éoliennes de la région Nouvelle-Aquitaine et celle fournie par la centrale nucléaire de Civaux :
$\frac{E_{(centrale\ nucléaire)}}{E_{(toutes\ éoliennes)}}=\frac{25\ 000}{1,26\times10^3}=20$
Ainsi, la centrale nucléaire de Civaux produit 20 fois plus d’énergie que les 702 éoliennes de la région Nouvelle-Aquitaine.
5- Donner les avantages et inconvénients du développement de l’éolien en mer.
L’éolien en mer présente plusieurs avantages :
- Il permet une production d’électricité plus importante que l’éolien terrestre, grâce à des vents plus puissants et réguliers.
- La puissance produite par les éoliennes en mer varie entre 6 et 12 MW, contre 2 à 3 MW pour les terrestres.
- Leur bilan carbone reste faible, entre 15 et 25 g de CO₂ par kWh, ce qui en fait une énergie peu polluante. Leur implantation libère de l’espace terrestre pour d’autres usages agricoles ou urbains.
Cependant, il existe aussi des inconvénients :
- Le coût de production est élevé, entre 3 et 5 millions d’euros par MW, bien supérieur à celui des éoliennes terrestres.
- Les installations en mer peuvent perturber la biodiversité marine : les vibrations et les modifications de l’environnement peuvent nuire aux espèces marines.
6- À l’aide de vos connaissances et de l’ensemble des documents, comparer les modes de production d’énergie électrique de sources éolienne et nucléaire. Une argumentation structurée d’une vingtaine de lignes est attendue.
L’énergie éolienne utilise la force du vent pour produire de l’électricité. C’est une source renouvelable, disponible en grande quantité et au bilan carbone faible : entre 10 et 15 g de CO₂/kWh pour l’éolien terrestre, et entre 15 et 25 g de CO₂/kWh pour l’éolien en mer. En Nouvelle-Aquitaine, les 702 éoliennes terrestres produisent 5 GWh par an. L’éolien en mer permet une puissance encore plus élevée, entre 6 et 12 MW par éolienne, mais avec un coût plus important, compris entre 3 et 5 millions d’euros par MW installé.
L’énergie nucléaire repose sur la fission d’atomes comme l’uranium. Elle produit une quantité bien plus importante d’électricité : la centrale de Civaux produit à elle seule 25 000 GWh par an, soit 5 fois plus que toutes les éoliennes de Nouvelle-Aquitaine. Son bilan carbone est aussi très faible, entre 5 et 15 g de CO₂/kWh. De plus, le nucléaire offre une production continue et stable, indépendante des conditions climatiques. Cependant, son coût d’investissement est très élevé : la construction d’un réacteur EPR peut atteindre six dizaines de milliards d’euros. Il existe aussi des risques liés aux déchets radioactifs et aux accidents nucléaires.
L’éolien a un impact limité en termes de gaz à effet de serre, mais il peut perturber la faune terrestre ou marine, notamment en mer, où les vibrations nuisent à certaines espèces.
Le nucléaire, quant à lui, produit peu de CO₂ mais pose la question du stockage à long terme des déchets radioactifs.
En conclusion, l’éolien et le nucléaire sont deux sources à faible émission de carbone, mais aux caractéristiques bien différentes : l’éolien est plus respectueux des ressources, mais moins puissant et intermittent ; le nucléaire est très productif et stable, mais coûteux et à risques.