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Chapitre n°4 Énergie, choix de développement et futur climatique
Enseignement scientifique, classe de terminale Thème n°1 climat et société |
Chapitre n°4 Énergie, choix de développement et futur climatique |
| BO : Savoirs L’énergie utilisée dans le monde provient d’une diversité de ressources parmi lesquelles les combustibles fossiles dominent. La consommation en est très inégalement répartie selon la richesse des pays et des individus. La croissance de la consommation globale (doublement dans les 40 dernières années) est directement liée au modèle industriel de production et de consommation des sociétés. En moyenne mondiale, cette énergie est utilisée à parts comparables par le secteur industriel, les transports, le secteur de l’habitat et dans une moindre mesure par le secteur agricole. Les énergies primaires sont disponibles sous forme de stocks (combustibles fossiles, uranium) et de flux (flux radiatif solaire, flux géothermique, puissance gravitationnelle à l’origine des marées). La combustion de carburants fossiles et de biomasse libère du dioxyde de carbone et également des aérosols et d’autres substances (N2O, O3, suies, produits soufrés), qui affectent la qualité́ de l’air respiré et la santé. L’empreinte carbone d’une activité́ ou d’une personne est la masse de CO2 produite directement ou indirectement par sa consommation d’énergie et/ou de matière première. Les scénarios de transition écologique font différentes hypothèses sur la quantité de GES émise dans le futur. Ils évaluent les changements prévisibles, affectant les écosystèmes et les conditions de vie des êtres humains, principalement les plus fragiles. Les projections fournies par les modèles permettent de définir les aléas et peuvent orienter les prises de décision. Les mesures d’adaptation découlent d’une analyse des risques et des options pour y faire face. Savoir-Faire Utiliser les différentes unités d’énergie employées (Tonne Équivalent Pétrole (TEP), kWh…) et les convertir en joules – les facteurs de conversion étant fournis. Exploiter des données de production et d’utilisation d’énergie à différentes échelles (mondiale, nationale, individuelle…). Comparer quelques ordres de grandeur d’énergie et de puissance : corps humain, objets du quotidien, centrale électrique, flux radiatif solaire… Calculer la masse de dioxyde de carbone produite par unité́ d’énergie dégagée pour différents combustibles (l’équation de réaction et l’énergie massique dégagée étant fournies). À partir de documents épidémiologiques, identifier et expliquer les conséquences sur la santé de certains polluants atmosphériques, telles les particules fines résultant de combustions. Calculer la masse de dioxyde de carbone produite par unité́ d’énergie dégagée pour différents combustibles (l’équation de réaction et l’énergie massique dégagée étant fournies). À partir de documents épidémiologiques, identifier et expliquer les conséquences sur la santé de certains polluants atmosphériques, telles les particules fines résultant de combustions Comparer sur l’ensemble de leur cycle de vie les impacts d’objets industriels (par exemple, voiture à moteur électrique ou à essence) À partir de documents, analyser l’empreinte carbone de différentes activités humaines et proposer des comportements pour la minimiser ou la compenser. Analyser l’impact de l’augmentation du CO2 sur le développement de la végétation. |
I. Bilan énergétique mondial
1. Une énergie essentiellement d’origine fossile
| La consommation mondiale d’énergie primaire1 ne cesse de croitre au niveau mondial. Elle a même doublé les quarante dernières années. L’essentiel de cette énergie provient de combustibles fossiles. Les énergies renouvelables sont encore peu développées et n’offrent pas de perspectives majeures à moyen terme. |
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1Energie primaire : Energie disponible dans la nature, Energie secondaire: Energie transformée pour le transport. Energie finale : Energie directement disponible à la consommation |
Exercice
Données :
1kwh=3,600.106J 1 tep=4,187.1010J (1tep est une tonne d’équivalent pétrole)
Comparer les consommations énergétiques dans le monde en pétrole en kW.h entre 1965 et 2005.
1MTep correspond à 4,187.1010.106=4,187.1016J, soit 4,187.1016/3,6.106=1,163.1010kW.h
En 1965 la consommation de pétrole est de 2900-1530=1370Mtep, soit E(1965)=1,59.1013kW.h
En 2005 la consommation de pétrole est de 6900-2900=4000Mtep, soit E(2005)=4,65.1013kW.h
En quarante année la consommation de pétrole a été multipliée par 3.
2. Les sources d’énergies
La plupart des sources d’énergies se trouvent sous forme d’énergies de stocks ou non renouvelables sur une durée de vie humaine. Il est possible de les conserver comme le pétrole, le charbon, le gaz, le nucléaire.
D’autres sources d’énergie sont sous forme de flux ou renouvelables car elles sont utilisées dès qu’elles sont produites, comme la géothermie, l’hydroélectricité, le solaire, l’éolien.
Exercice
Quelles formes d’énergies correspondent à l’énergie hydroélectrique d’un barrage ?
Lorsque les vannes sont fermées l’énergie stockée est de l’énergie potentielle de pesanteur.
Lorsque les vannes sont ouvertes c’est de l’énergie cinétique de l’eau qui met en mouvement la turbine.
L’alternateur transforme l’énergie mécanique de la turbine en énergie électrique.
II. Les secteurs énergétiques
Les différents secteurs de consommation d’énergie finale2 se répartissent uniformément pour la France, la production d’énergie globale. L’Inde ne possède pas le même profil. La consommation d’énergie est d’autant plus grande par habitant que le niveau de vie est élevé et le développement industriel important
| Exercice
Données : Données 2017 : Le PIB par habitant de l’Inde est : 2,652.1012/1,34.109
Le PIB par habitant de la France est : 2,58.1012/67.106
1MTep correspond à 1,163.1010kW.h Soit: Consommation d’énergie par habitant en Inde: (545,3×1,1630.1010)/ 1,34×109
Consommation d’énergie par habitant en France (157×1,1630.1010)/ 67×106
En conclusion la consommation d’énergie est liée au niveau de développement soit au PIB |
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2L’énergie finale est celle directement exploitée après toutes les transformations et pertes de l’énergie primaire.
III. L’empreinte carbone et ses conséquences
1. L’empreinte carbone
a) Définition
L’empreinte carbone correspond à la masse de CO2 produite par un objet ou une activité.
b) Exemple d’empreinte carbone pour un véhicule
Pour estimer l’empreinte carbone d’un objet il faut considérer cet objet tout au long de son cycle de vie de la fabrication et du transport à la consommation et au recyclage(Energie grise3).
Exercice
Quel véhicule à l’empreinte carbone la plus faible et pourquoi spécialement en France ?
Le véhicule qui a l’empreinte carbone la plus faible est le véhicule électrique et spécialement en France car 70% de l’énergie électrique produite provient des centrales nucléaires
Energie grise3 : Energie consommée lors du cycle de vie d’un produit de l’extraction de la matière première à la transformation, la fabrication, au transport et au recyclage
2. Masse de CO2 et énergie pour différents combustibles
Le tableau ci-contre donne la masse de CO2 obtenue pour obtenir une énergie de 1TEP pour différents combustibles
Exercice
Quelle masse de CO2 est émise par tep pour le charbon et pour le gaz naturel ?
On lie sur le tableau:
650kg de CO2 est rejeté pour 1tep d’énergie produite pour le gaz naturel.
1123Kg de CO2 est rejeté pour 1tep d’énergie produite pour le charbon.
Le charbon est bien plus polluant que le gaz naturel
3. Les combustibles et leurs Equations bilans
La combustion du carbone que contient le charbon peut conduire à une combustion complète qui dégage du dioxyde de carbone : CO2 ou une combustion incomplète qui dégage du monoxyde de carbone : CO. La combustion des hydrocarbures, comme le diesel : C16H34 , peut conduire aux mêmes gaz. Mais certains gaz polluants et nocifs comme les oxydes d’azote (NO et NO2) et oxyde de soufre(SO2) se forment également .
Exercice
Compléter les équations bilans
| C(s)++…O2(g)→..CO2(g) | 2C(s)++O2(g)→2CO(g) |
| C16H34(l)++49/2O2(g)→16CO2(g)+17H2O(g) | N2(g)++2O2(g)→2NO2(g) |
| N2(g)++O2(g)→2NO(g) | …S(s)+……O2(g)→……SO2 (g) |
IV. L’énergie au quotidien
Le tableau ci-contre donnent la masse de dioxyde de carbone produite pour des objets ou activités humaines, on constate que le niveau de vie l’alimentation choisie, le moyen de transport utilisé sont prépondérants dans cette empreinte carbone.
Exercice
Quelle est l’alimentation qui a l’empreinte carbone la plus importante ?
La viande de bœuf a l’empreinte carbone la plus importante car elle libère une tonne de CO2 pour 100kg de viande produite
Quel est le moyen de transport qui a l’empreinte carbone la moins importante ?
Le train a l’empreinte carbone la plus faible car le nombre de kilomètre parcouru est le plus important
Combien faut-il d’Indiens pour avoir la même empreinte carbone qu’un européen ou un américain ?
Il faut 24 indiens pour avoir la même empreinte carbone qu’un américain
V. La pollution et la santé
La pollution influe également directement sur la santé
Exercice
Quelle est l’origine des particules fines nocives pour les poumons ?
Elles proviennent des combustions incomplètes des énergies fossiles, comme le charbon et les hydrocarbures
Exercice 1 à 9 pages 78 à 79 et 10, 11, 14 page 80
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