Au programme de ce chapitre
- I. Un principe commun : turbine et alternateur
- II. Énergie, puissance et réseau
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Une chaîne énergétique représente les réservoirs d'énergie, les convertisseurs et les transferts (formes d'énergie). Exemple pour une centrale au gaz : énergie chimique du gaz → (combustion) → énergie thermique → (turbine) → énergie mécanique → (alternateur) → énergie électrique, avec des pertes de chaleur à chaque étape.
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Un exemple corrigé
Exemple La centrale de Coo-Trois-Ponts, sur l'Amblève, est une centrale de pompage-turbinage : quand l'électricité est abondante et bon marché, elle pompe l'eau du bassin inférieur vers les bassins supérieurs ; lors des pics de consommation, l'eau redescend et fait tourner les turbines. C'est un moyen de stocker l'énergie électrique sous forme d'énergie potentielle.
Lexique
- turbine
- roue à aubes mise en rotation par un fluide (vapeur, eau, gaz, vent)
- chaîne énergétique
- schéma des conversions d'énergie entre une source et l'énergie utile
- kilowattheure (kWh)
- énergie consommée par un appareil de 1 kW pendant 1 h, soit 3,6 × 10⁶ J
- pompage-turbinage
- stockage d'énergie en remontant de l'eau dans un bassin, puis en la faisant redescendre
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — écrire « kW/h » pour une énergie. Une énergie en kWh est le produit d'une puissance par une durée (kW × h). Écrire « kW/h » donnerait une unité de puissance par unité de temps, qui n'a rien à voir.
Piège — oublier de convertir les minutes en heures. Une bouilloire de 2 000 W qui fonctionne 3 min consomme 2 kW × 0,05 h = 0,1 kWh, et non 2 × 3 = 6 kWh. Convertis toujours la durée dans l'unité de la puissance.
Attention La puissance (W) et l'énergie (J ou kWh) sont deux grandeurs différentes. L'unité « kW/h » n'existe pas : on écrit kWh (kilowatt multiplié par heure).
L'astuce du prof
Astuce. Retiens 1 kWh = 3 600 000 J : c'est la puissance de 1 kW (1 000 J/s) pendant 3 600 s. Tu retrouves ainsi la conversion sans la mémoriser.
Exercices corrigés
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Exercice 1 — La chaîne d'une éolienne
Écris la chaîne énergétique d'une éolienne en indiquant le réservoir, les convertisseurs, les formes d'énergie transférées et les pertes.
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Réservoir : le vent (énergie cinétique de l'air). Chaîne : énergie cinétique du vent → (pales et rotor) → énergie mécanique de rotation → (alternateur) → énergie électrique. Les pertes se font en chaleur (frottements, effet Joule dans les câbles), et une partie de l'énergie du vent traverse simplement les pales sans être captée. Il n'y a pas de combustion ni de vapeur : l'hélice entraîne directement l'alternateur.
Exercice 2 — Un radiateur électrique d'appoint
Un radiateur de 1 500 W fonctionne 4 h par jour pendant 30 jours. Calcule l'énergie consommée en kWh, le coût à 0,30 € le kWh, et l'énergie en joules.
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Puissance : 1 500 W = 1,5 kW ; durée : 4 × 30 = 120 h. Énergie : E = 1,5 × 120 = 180 kWh. Coût : 180 × 0,30 = 54 €. En joules : 180 × 3,6 × 106 = 6,5 × 108 J.