Deux siècles d'énergie électrique

Analyser un schéma

Observe le document 1, puis réponds aux questions.

1. 1.Indique, pour chacun des éléments 1, 2 et 3, s’il est mobile ou immobile pendant le fonctionnement.

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   1 : mobile ; 2 : immobile ; 3 : mobile (c’est l’axe qui entraîne 1).

   La flèche courbe porte sur le barreau aimanté et son axe ; les éléments 2, hachurés, sont fixés autour. 0,5 point si une seule erreur.

2. 2.Explique pourquoi il sort une tension aux bornes quand l’élément 3 est entraîné.

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   Quand 3 tourne, il fait tourner le rotor 1 ; ses pôles N et S défilent en face des éléments 2. C’est ce mouvement relatif qui fait naître une tension : c’est le phénomène d’induction.

   Le schéma est la mise en œuvre industrielle de l’induction : il faut un mouvement de l’aimant par rapport aux enroulements.

3. 3.On bloque l’élément 3. Que devient la tension de sortie ? Justifie.

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   Elle disparaît : le rotor 1 reste immobile en face des éléments 2, or l’induction exige un mouvement relatif.

   Un aimant immobile ne fait rien apparaître : sans rotation, l’alternateur ne fournit plus rien.

4. 4.Un élève affirme : « Un panneau photovoltaïque contient un dispositif de ce type, en plus petit. » A-t-il raison ?

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   Non. Le panneau ne comporte rien qui tourne : le rayonnement y donne une tension sans passer par une rotation. Pas de rotor, donc pas de dispositif de ce type.

   Le photovoltaïque est l’exception du cours : il se passe de pièce mobile, donc du dispositif du document 1.

Analyser un texte

Lis le document 2, puis réponds aux questions en citant le texte quand c’est demandé.

1. 1.Relève, avec sa ligne, ce qui constitue la source primaire de cette filière.

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   La chute de l’eau retenue : « sa chute met en rotation une turbine » (ligne 2).

   La source primaire est ce dont on part ; ici l’eau retenue en hauteur, qui chute. La turbine n’est qu’une étape.

2. 2.En t’appuyant sur les lignes 2 et 3, décris les conversions successives jusqu’à l’électricité.

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   La chute d’eau met la turbine en rotation (ligne 2) ; l’arbre de la turbine fait tourner le rotor aimanté de l’alternateur (ligne 3), où l’induction fait naître la tension.

   Comme la plupart des filières, celle-ci finit par un alternateur ; ce qui la distingue est ce qui entraîne la turbine : l’eau.

3. 3.Relève la phrase qui montre que l’exploitant commande sa production. Quel qualificatif du cours s’applique alors à cette filière ?

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   Ligne 4 : l’équipe « décide, heure par heure, du moment où l’eau descend et de la quantité lâchée ». La filière est pilotable, et même fortement : c’est le cas de l’hydraulique de barrage.

   L’hydraulique de barrage est la filière la plus fortement pilotable : elle produit quand on le décide, pas quand la ressource le permet.

4. 4.D’après la ligne 5, qu’apporte cette centrale au réseau ? Explique pourquoi c’est précieux.

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   Elle suit la demande : quand celle-ci monte, la centrale fournit davantage. Le réseau, qui doit rester équilibré en permanence, dispose ainsi d’une production capable de compenser la hausse.

   Dernière étape de la méthode : conclure sur l’apport au réseau, ici la capacité de compenser une hausse de la demande.

5. 5.La conclusion du guide (ligne 6) est maladroite. Explique pourquoi, puis réécris-la correctement.

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   Le courant qui sort de la centrale est identique à celui de toute autre filière : ce n’est pas lui qui est « propre ». Correction : « Ici, nous exploitons la filière hydraulique », en précisant ce que coûte cette production (ressources, emprise, émissions) et l’unité de comparaison retenue.

   On juge la filière, pas le fil : qualifier le vecteur empêche toute comparaison sérieuse entre centrales.

Calculer et interpréter

À partir du document 3, pose chaque calcul et donne le résultat avec son unité.

1. 1.Calcule l’énergie maximale théorique que l’éolienne E pourrait fournir en 24 h.

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   $3\times 24=72$ : 72 MWh.

   L’énergie maximale est celle que E fournirait en tournant à pleine puissance pendant les 24 heures.

2. 2.Déduis-en le facteur de charge de E sur cette journée.

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   $18÷72=0,25$, soit 25 %.

   E n’a fourni qu’un quart de ce qu’elle aurait pu fournir : le vent n’a pas soufflé assez fort toute la journée.

3. 3.Calcule de même le facteur de charge de P, puis celui de H.

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   P : $4\times 24=96$ puis $19,2÷96=0,2$, soit 20 %. H : $2\times 24=48$ puis $36÷48=0,75$, soit 75 %.

   Même méthode pour chaque installation : énergie maximale d’abord, quotient ensuite. 0,5 point par étape juste, sur trois.

4. 4.Classe E, P et H dans l’ordre décroissant de leur taille (en MW), puis de ce qu’elles ont fourni dans la journée (en MWh). Que t’apprend la comparaison des deux classements ?

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   Par puissance : P (4 MW), E (3 MW), H (2 MW). Par énergie : H (36 MWh), P (19,2 MWh), E (18 MWh). La plus petite installation a fourni le plus d’énergie : la puissance installée ne permet pas, à elle seule, de prévoir l’énergie fournie.

   Les deux classements s’inversent parce que les facteurs de charge diffèrent d’une filière à l’autre.

Raisonner sur le réseau

Observe le document 4, puis réponds aux questions. Les lectures se font sur les graduations.

1. 1.Entre quelles heures les panneaux solaires produisent-ils ? Pourquoi leur production est-elle nulle le reste du temps ?

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   Entre 7 h et 19 h. En dehors, il n’y a pas de rayonnement : le photovoltaïque ne produit que lorsque la ressource est là.

   La production solaire suit le soleil, pas la demande : c’est une filière non pilotable.

2. 2.À 13 h, lis la puissance consommée et la puissance fournie par les panneaux. Quelle puissance les autres installations doivent-elles fournir à cet instant ? Justifie.

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   Consommation : 45 MW ; panneaux : 25 MW. $45-25=20$ : les autres installations fournissent 20 MW, car l’injection et le soutirage doivent s’équilibrer en permanence.

   0,5 point pour les deux lectures, 0,5 pour le calcul, 0,5 pour la justification par l’équilibre du réseau.

3. 3.À 20 h, la consommation est maximale. Quelle part les panneaux y prennent-ils ? Quelle qualité doivent donc avoir les installations qui fournissent ces 55 MW ?

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   Aucune : la production solaire est nulle à 20 h. Les 55 MW doivent venir d’installations pilotables, dont on décide le moment et le niveau de production.

   Au moment où la demande culmine, seule une production qu’on commande peut répondre.

4. 4.À 4 h, seules des installations pilotables alimentent le réseau. Quelle puissance doivent-elles fournir ? Que doivent-elles faire entre 0 h et 4 h, et qu’est-ce qui le leur permet ?

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   25 MW. Entre 0 h et 4 h, la consommation descend de 30 à 25 MW : elles doivent réduire leur production au même rythme. C’est possible parce qu’elles sont pilotables : on décide du niveau de ce qu’elles fournissent.

   Piloter, ce n’est pas seulement produire à la demande quand elle monte : c’est aussi baisser quand elle descend.

5. 5.Le gestionnaire envisage de doubler la puissance installée en panneaux. Le problème de 20 h est-il réglé ? Que montre cet exemple ?

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   Non : à 20 h, la production solaire doublée reste nulle. Augmenter la puissance installée ne change pas le moment où la filière produit : la pilotabilité compte souvent davantage que la puissance installée.

   Le cours le dit : ce critère est souvent plus déterminant que la puissance installée, car le réseau s’équilibre à chaque instant.