Espace 1
L’énergie, qu'est ce que c'est ?
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1.1 L’énergie se caractérise par ses effets
Objectif du module :
Il s’agit de faire émerger une définition simple de l’énergie : “L'énergie caractérise la capacité à produire des actions, par exemple à engendrer du mouvement, modifier la température d'un corps ou à transformer la matière.”
Contenu de la table présentée
Quatre dispositifs mettent en scène des effets énergétiques mais masquant leurs causes. Aux questions posées les enfants répondront en formulant des hypothèses qui seront vérifiées en manipulant ou en observant les dispositifs.Les dispositifs présentés sont les suivant :
Nom de l'objet Que fait l'objetQu'est ce qui fait que ça change ou que ça
bouge?
Manège Il tourne Le moteur à ressort
Plaque chauffante Il chauffe L'électricité
Lampe de poche
Blé
Il éclaire
Il pousse
On tourne la dynamo
La nourriture, le soleil
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter : Énergie
D’autres exemples de manifestation de l’énergie
De manière moins scientifique et plus simple, on peut dire que l’énergie est « quelque chose qui permet de faire quelque chose » : ça bouge ? c’est chaud ? ça éclaire ? ça pousse, ça grandit ? ça brûle ? ça se mange ?
Le tableau ci-dessous présente quelques manifestations simples de l'énergie sur des objets de tous les jours :
ObjetQue fait l'objet ?
Qu'est ce qui fait que ça bouge ou que ça change?
La lampe de pocheLa trottinette électriqueLa trottinette mécanique
La voitureUn hamster/L'homme
Le feuLe bateau
Le moulin à ventLe moulin à eau
Les appareils ménagers : aspirateur, machine à laver, fer à repasser
éclaireroulerouleroule
grandit, bougechauffeavancetournetourne
Il aspire, il lave, il coupe...
La pilele moteur électrique et la batterie
On pousse avec le piedLe moteur et l'essence
La nourritureLe bois brûle
Le ventLe vent
Le courant de la rivièreL'électricité
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Références :
✔ Comment se transforme le monde ? Énergie et énergies. Chapitre 1.1. :Présentation de l’expérimentation préparé par le groupe d'accompagnement du collège de l'Académie des sciences avec de nombreux concours. Ce document donne un fil directeur permettant aux enseignants d’élaborer des séquences d’enseignement intégré en classe de cinquième de collège.
✔ La main à la pâte, petites expériences sur l’énergie : http://www.inrp.fr/lamap/?Page_Id=4&DomainScienceType_Id=7&ThemeType_Id=17
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1.2 L’énergie se transforme
Objectif du module
Mettre en évidence la transformation d’une énergie en une autre.
Contenu de la table présentée
Les trois dispositifs présentés permettent de mettre en évidence la transformation d´une énergie en une autre.
Les enfants doivent nommer la forme de l’énergie qui entre dans le dispositif et celle qui en sort par l’intermédiaire d’un jeu de cartes.
Source de l'énergie et type d'énergie associée
Système permettant la transformation de l'énergie
Action et énergie de sortie associée
La chaleur(énergie thermique)
Moteur à air chaud de type stirling
La roue tourne(énergie mécanique)
La pile(énergie électrique)
Ampoule électrique La lampe s'éclaire(énergie rayonnante)
Vent(énergie mécanique)
Hélice L'hélice tourne(énergie mécanique)
Informations complémentaires
Les différentes formes de manifestation de l´énergie peuvent être classées de la manière suivante :
Énergie mécanique Énergie électrique Énergie chimique Énergie thermique Énergie rayonnante Énergie hydraulique Énergie éolienne Énergie nucléaire
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Les différentes transformations entre ces formes d´énergies sont présentées par le tableau suivant :
Type d'énergie primaire*
Exemple de système et/ou phénomène permettant la conversion d'énergie
Type d'énergie secondaire*
Alternateurs/dynamo Électrique
Mécanique Pompes Hydraulique
Ventilateur Éolien
Moteurs électrique Mécanique
Électrique Lampe fluorescente Rayonnante
Piles/batterie et accumulateurs Chimique
Effet Joule*radiateur/plaques chauffantes Thermique
ChimiqueCombustion*
Feu de bois/moteur à explosion Thermique
Electrolyse* Piles Électrique
Réaction de thermolyse*Sudation/production du charbon Chimique
Thermique Lampe à incandescence* Rayonnante
Moteur thermique (voiture par ex) Mécanique
Matériaux thermoélectriques* Électrique
Panneaux photovoltaïques Électrique
Rayonnante Photosynthèse* Chimique
Fours solaires Thermique
Hydraulique Centrales hydro-électriques Mécanique
Éolienne Éoliennes Mécanique
Nucléaire Réacteurs nucléaires Thermique
Références :
✔ http://www.encyclopedie-gratuite.fr/Definition/energie.php : les différentes transformations d’énergie
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1.3 L’énergie se caractérise par ses effets
Objectif du module
Montrer qu’il est possible d’utiliser différentes sources d’énergie pour obtenir un même effet et introduire les notions d’énergie primaire, finale, de convertisseur ainsi que celle de chaîne énergétique.
Contenu de la table présentée
Une activité présente la diversité des sources permettant de produire de l’électricité dans une centrale pour des usages divers : le visiteur choisit les différentes sources disponibles et les branchent sur la centrale. Seules les sources réalistes fonctionnent et le dispositif donne une indication sur la puissance délivrée.Une activité présente des exemples de chaînes énergétiques : il s’agit de former des chaînes énergétiques à partir d’un jeu de cartes. Un code couleur permet de distinguer les grandes classes.
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter : Énergie primaire, Énergie secondaire, Énergie finale, Énergie utile, Convertisseur, Chaîne énergétique, kW, TEP (Tonne Équivalente de Pétrole)
Les différentes sources primaire et leur production potentielle :
Le tableau suivant présente le nombre d’habitants français pouvant être alimenté en fonction des sources d’énergie utilisées :
Source primaire et convertisseur associéNombre d'habitants français pouvant être
alimentés en électricité*
Charbon, fioul et gazCentrale thermique à flamme De 100 000 à 800 000
UraniumRéacteur nucléaire De 1 million a 1,7 millions
Énergie hydrauliqueCentrale hydroélectrique
De 1 à 600 000 (8 000 avec la centrale la plus puissante des Pyrénées).
Énergie éolienneChamp de 1km2 d'éolienne Environ 3 000
Énergie des marées(Usine de la Rance) Entre 65 000 et 80 000
Énergie solaire d'un terrain de foot recouvert de cellules photovoltaïques
(EuropeEntre 93 et 186
Remarque : pour satisfaire la consommation électrique d'un français il faudrait un Zidane ou un Virenque qui pédale pendant toute l'année sans s'arrêter!Jean-Marc Jancovici a aussi calculé que pour fournir à la France l’électricité dont elle a besoin il faudrait recouvrir d’éoliennes 25 000 km2 de surface favorable (bien exposée au vent) soit 5% du territoire français métropolitain. En tenant compte des problèmes de vent suivant les régions, la surface à couvrir serait de près de 20% du pays, avec 1 million d'éoliennes !
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Concernant l’énergie photovoltaïque, il faudrait recouvrir entre 1% et 4% du territoire pour subvenir aux besoins électriques des français.
Exemples de chaînes énergétiques :
Énergie primaire
Premier convertisseur
Énergie secondaire
Second convertisseur
Action utile
Énergie chimique de la
pilePile Énergie
électrique LampeÉclairer (énergie
rayonnante)
Énergie chimique des
alimentsCorps Énergie
chimiqueCombustion du
bois
Se chauffer (énergie
thermique)
Énergie rayonnante du
soleil
Chlorophylle de la feuille
Énergie chimique
Combustion du bois
Se chauffer (énergie
thermique)
Énergie chimique de
l'essenceMoteur Énergie
mécanique VoitureSe déplacer
(énergie mécanique)
Énergie mécanique du
corps
Roue du vélo et dynamo
Énergie électrique Lampe
S'éclairer (énergie
rayonnante
Énergie éolienne
Appareils ménagers:
Énergie hydraulique Aspirateur
Aspirer (énergie éolienne)
Énergie nucléaire de
l'uranium
Centrale électrique
Énergie électrique Radiateur
Se chauffer (énergie
thermique)
Énergie chimique du gaz, charbon ou pétrole
LampeS'éclairer (énergie
rayonnante)
TondeuseTondre
(énergie mécanique)
Références
✔ Puissance des différentes centrales électriques ✔ http://perso.id-net.fr/~brolis/softs/domodidac/hydro.html ✔ Site de Jean-Marc Jancovici, consultant en énergie. Petits calculs sur
les problématiques : « Quelle surface faut-il couvrir d'éoliennes pour fournir à la France le courant dont elle a besoin ? » et « Quelles surfaces mobiliser pour recourir massivement à l'énergie solaire » :
✔ http://www.manicore.com/documentation/eolien.html ✔ http://www.manicore.com/documentation/solaire.html
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1.4 L’efficacité énergétique
Objectif du module
Introduire la notion en montrant que deux systèmes n’ont pas la mêmeefficacité. Montrer que plus la chaîne énergétique est longue, plus l’efficacité diminue.
Contenu de la table présentée
Une activité qui compare deux dispositifs utilisant la même quantité d’éner-gie en entrée mais n’ayant pas la même efficacité énergétique et produisant donc des effets différents en sortie. Un dispositif qui met en évidence les pertes d’énergie au fil d’une chaîne énergétique.
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter : Efficacité énergétique, TEP (Tonne Équivalente de Pétrole), Pile à combustible
Rendement énergétique de convertisseurs
Pour mieux comprendre la notion d´efficacité énergétique, voici quelques exemples de convertisseurs d´énergie et leur rendement :
Lampe classique à incandescence →5% de l’énergie électrique qui ali-mente la lampe sert à éclairer. Le reste est dissipé en chaleur.
Lampe à fluorescence (ou basse consommation)
→20% de l’énergie électrique qui ali-mente la lampe sert à éclairer. Le reste est dissipé en chaleur.
Cellule photovoltaïque →Seulement 12% à 18% de l’énergie solaire reçu par la cellule photovol-taïque est transformée en électricité.
Éolienne →Au total, le rendement est de 12 à 30% par rapport à l'énergie initiale du vent.
Moteurs →Pour les moteurs à essence, seule-ment 15 à 30% de l´énergie chimique de l´essence est récupérée sous forme d´énergie mécanique,
→Pour les moteurs diesel, l´énergie mé-canique récupérée est de 30 à 40% de l´énergie chimique initiale,
→Enfin, concernant les moteurs élec-triques, 90% de l´énergie initiale est transformée en énergie mécanique. C´est notamment ce rendement élevé qui laisse à penser que l´avenir des transports passe par le moteur élec-trique.
Réacteur nucléaire →Le rendement d´une centrale nucléaire est de 30%. 70% de l'énergie "ato-mique" issue de la fission de l'uranium est dissipée en chaleur dans les tours de refroidissement.
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Pile à combustible →Actuellement, le rendement de conver-sion en énergie électrique varie selon le type de pile et est généralement supé-rieur à 50 %. L'énergie non convertie en énergie électrique est émise sous forme de chaleur et est évacuée sous forme d'eau chaude ou de vapeur.
Efficacité de l´habitat →On peut aussi parler d´efficacité éner-gétique d´un bâtiment ou de l´habitat. Il s´agit du rapport entre l´énergie utile à l´habitant et l´énergie fournie. Par exemple, une isolation et une ven-tilation adéquates peuvent permettre de réduire les besoins de chauffage du tiers ou même du dixième des besoins d’une résidence moyenne.
→On parle même de maison passive lorsque la consommation énergétique au m² est très basse, voire entière-ment compensée par les apports so-laires ou émises par les apports in-ternes.
On comprend dés lors que plus on multiplie les convertisseurs d´énergie dans une chaîne énergétique, plus on diminue l´efficacité énergétique totale de celle-ci puisque on augmente les « pertes » énergétiques à chaque conversion.
Efficacité énergétique, énergie primaire et énergie utile :
L´efficacité énergétique des différentes transformations d´énergie explique entre autre la différence entre la consommation d’énergie "primaire" et la consommation d’énergie "utile". En effet, les principales pertes d’éner-gie correspondent
à la transformation de l’énergie primaire, aux appareil utilisés par le consommateur, le reste étant lié au transport de l’énergie jusqu’au lieu de
consommation.Ainsi, comme le montre le schéma suivant, prés 57 % de l’énergie primaire est perdue sous forme de chaleur inutilisée :
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Travail Travail
ChaleurChaleur
Perte à la production et au transport105 MTep
Perte à l´utilisation53 MTep
Energie finale Energie utileEnergie primaire
175 MTep 122 MTep280 MTep
Chiffres 2003 de l´observatoire de
l´énergie
Références
✔ Site de Hepsul sur « les actions du quotidien pour améliorer d’efficacité énergétique » :
✔ http://www.hespul.org/-Efficacite-.html ✔ Site du CLER sur « Les usages de l'énergie » : http://www.cler.org/
info/article.php3?id_article=1095
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Espace 2
Le soleil est à l’origine des sources que j’utilise
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2.1 L’énergie du soleil, un flux constamment renouvelé
Objectif du module
Le soleil est à l’origine de la quasi totalité des énergies que nous utilisons.Les énergies renouvelables sont prélevées sur le flux général d’énergie du système solaire et n’en représente qu’une infime partie et sont donc inépuisables à l’échelle de l’humanité.
Contenu de la table présentée
Le rayonnement solaire est à l’origine du cycle de l’eau, de la formation des vents, de la vie végétale et animale.Comment capter ces formes d’énergie ?Hydraulique, éolienne, biomasse, rayonnement solaire
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter : Énergies fossiles, Énergies renouvelables, Photosynthèse, Cycle de l´eau, Biomasse, Géothermie
Un petit exemple didactique de Richard FEYNMANDans son livre La nature de la physique (Points sciences, Seuil, 1980) au chapitre “Qu'est-ce que la science ?», Richard Feyman s´interroge sur la manière de faire comprendre le concept d´énergie à des enfants et com-ment entamer avec eux un débat sur ce thème. Il prend l'exemple d´un « chien mécanique, un de ces jouets à ressort qu'il faut remonter » et ima-gine un dialogue avec son père au sujet de ce chien mécanique et de l'éner-gie : « Mon père lui aussi aborda avec moi la question de l’énergie, mais il n’uti-lisa le terme qu’après m’avoir donné une petite idée de ce que c’est. Je sais ce qu’il aurait fait, lui, pour me faire comprendre [cet exemple du chien mé-canique]. Je le sais parce que le cas s’est produit à propos d’un exemple différent. Il m'aurait dit : « C’est parce que le soleil brille que le chien marche. » A quoi j’aurais répondu : « Mais non, le soleil n’a rien à voir là-dedans ! Le chien marche parce que j’ai remonté le ressort. –Oui, mais mon petit ami, qu’est-ce qui te donne la force de remonter le ressort ? – Ce que je mange – Et que manges-tu ? – J’sais pas…des épinards – Et qu’est-ce qui fait pousser les épinards ? – Le soleil. »Ce petit exemple peut s´étendre à tout ce qui nous entoure et comme le dit Richard Feyman dans ce même chapitre: « Tout ce que nous voyons bouger bouge parce que le soleil brille. »
Des explications plus détaillés
Comme le décrit Jean-Marc Jancovici dans son site internet « toutes les sources renouvelables sont plus ou moins des dérivés de l'énergie solaire (même la marée : c'est l'attraction du soleil qui prédomine !), sauf la géo-thermie ». En effet :
✔ l'énergie éolienne, c'est à dire du vent, vient des différences de température (sous l'effet du soleil), donc de pression, entre masses d'air,
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✔ l'énergie hydraulique, venant des rivières, est une conséquence de la pluie, elle-même provoquée par l'évaporation sous l'effet du soleil,
✔ la biomasse résulte de la photosynthèse (encore le soleil).
✔ et même le charbon, le gaz et le pétrole sont renouvelables (cf 2-2 : les én-ergies fossiles, du soleil en stock)....si nous pouvons attendre des millions d'années! Mais comme nous sommes en train de tout bruler en quelques siècles, bien évidemment, à cette échelle, ces ressources ne sont pas ren-ouvelables. Et il s'agit ici aussi d'un dérivé, sous forme concentrée, d'éner-gie solaire, très ancienne il est vrai.
Remarque : la géothermie est pour sa part une conséquence de la radioacti-vité naturelle des roches terrestres, donc ne provient pas directement de notre soleil. Le flux annuel est très faible : à peu près l'équivalent de la con-sommation annuelle d'énergie de l'humanité (mais réparti sur toute la sur-face de la terre), soit 1/10.000 è de l'énergie qui provient du Soleil. Par contre ce flux, qui existe depuis très longtemps, a accumulé de considér-ables quantités de chaleur dans le sous-sol profond et ce stock de chaleur pourrait être exploité pendant très longtemps sans que la température ne baisse beaucoup.
Pour aller plus loin
Jancovici : http://www.manicore.com/documentation/serre/sansCO2.html
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2.2 Les énergies fossiles, du soleil en stock
Objectif du module
Charbon, pétrole et gaz sont aussi de l’énergie d’origine solaire. Leurparticularité est d’être stockés, donc disponibles mais limités dans le temps. Ils permettent de disposer d'une grande quantité d'énergie par unité de matière.Inconvénients : Pollutions et gaz à effets de serre
Contenu de la table présentée
Origine et formation du charbon, du pétrole et du gazRéserves prouvées et consommation annuelles mondiales - limites du système actuelLe déstockage entraîne une augmentation de l’effet de serre.
Présentation d’échantillons et indications concernant la formation du charbon et des hydrocarbures.Présentation permettant de montrer qu’en puisant régulièrement dans le stock des énergies fossiles nous allons vers leur épuisement Jeu concernant l’effet de serre : dispositif permettant de mettre en relation consommation énergétique et production de CO2.
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter : Énergies fossiles, Gaz à effet de serre (GES), Biomasse, Kérogène, Cycle du carbone
Origine et formation des énergies fossiles
Au cours des temps géologiques, moins de 1 % de la matière organique (biomasse, matière qui constitue les organismes vivants) a été enfouie dans le sol, ou a sédimenté au fond des lacs et des océans. Elle s'est ensuite transformée en kérogène, puis en combustibles fossiles : pétrole, gaz natu-rel ou charbon.Les êtres vivants se développant grâce à l´énergie solaire, le soleil est donc lui aussi à l´origine des énergies fossiles!
Réserves et estimations
Les réserves de pétrole sont estimées à près de 140 milliards de tonnes ce qui représente, au rythme actuel de production, plus de 40 années de ré-serves. Ces données, relatives aux réserves prouvées, représentent la quantité d'hydrocarbures que l'on estime pouvoir récupérer avec une certi-tude raisonnable dans les conditions économiques et technologiques exis-tantes. Cette estimation est donc continuellement réévaluée en fonction des nouvelles découvertes et de l'amélioration des techniques d'extraction.
Pour le gaz naturel, entre 60 ans et 70 ans de consommation mondiale au rythme actuel sont d'ores et déjà comptabilisés. Et 200 ans de consom-mation sont prévus grâce à des gisements aujourd'hui identifiés, mais qui ne pourront être exploités que si les coûts sont rendus économiquement admissibles par les progrès technologiques.
Le charbon, quant à lui, est le combustible fossile qui a les réserves les
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plus importantes. On estime qu'elles sont de l'ordre de 509,5 milliards de tonnes. Au rythme actuel d'extraction et sans nouvelles découvertes, l'in-dustrie charbonnière a encore entre 200 ans et 230 ans d'activité en pers-pective.
Enfin, les ressources conventionnelles en uranium connues aujourd'hui, in-cluant celles raisonnablement accessibles, sont supérieures à 4 millions de tonnes d'uranium. Si l'on considère les besoins actuels pour le parc électro-nucléaire mondial - qui consomme annuellement environ 50 000 tonnes d'uranium naturel - les ressources conventionnelles représentent environ 50 ans d'approvisionnement. L'ajout des ressources additionnelles estimées conduit à un total supérieur à 6,3 millions de tonnes ce qui repousse encore la perspective d'épuisement, même dans l'hypothèse d'une demande en continuelle croissance et sans tenir compte de la mise au point de nouveaux combustibles encore plus performants ainsi que de nouveaux réacteurs.
Remarque importante : ces chiffres de réserves paraissent très sûrs. Et pourtant, il faut les considérer avec précaution, parce qu’ils peuvent évoluer rapidement d’une année sur l’autre et qu’ils sont entachés d’incertitude. Les chiffres de réserves sont variables et incertains pour des raisons à la fois techniques, économiques et politiques. (site de total).
Energies fossiles, gaz à effet de serre et pollution
La combustion des énergies fossiles produit, entre autres, du dioxyde de carbone (CO2). Or, avec une durée de vie dans l’atmosphère de plus de 100 ans, le CO2 est à lui seul responsable de 60 % des émissions anthropiques de gaz à effet de serre. Sachant que 70 à 90 % des émissions de CO2 pro-viennent de la combustion des énergies fossiles (le reste des émissions est principalement issu de la déforestation), la combustion des énergies fossiles perturbe le cycle du carbone et contribue au réchauffement climatique .
Par ailleurs, outre le CO2, la combustion des énergies fossiles rejette des produits gazeux polluants tels que le souffre, le monoxyde de carbone ou des oxydes d´azote dans l´atmosphère.
Concernant le nucléaire, le stockage des déchets radioactifs est aussi source de pollution.
Pour aller plus loin...
Site de Jean-Marc Jancovici sur les questions « Comment se forment pétrole, gaz et charbon ? » et « N'aurons nous pas bientôt fini de brûler tous nos stocks d'énergie fossile ? »:http://www.manicore.com/documentation/formation_petrole.htmlhttp://www.manicore.com/documentation/serre/fossile.html
Site de Total sur le thème « le problème épineux des réserves d´énergie » :http://www.planete-energies.com/contenu/energie/consommation/fossiles/reserves-energies.html
Site du CEA sur la question des réserveshttp://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie/la_production_d_energie/energie_et_environnement
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2.3 Classer et en fonction de la nature de la source d´énergie
Objectif du module
Ancrer les notions d’énergies fossiles et renouvelables.Savoir retrouver la source d’énergie utilisée par une machine, un appareil ou un véhicule.
Contenu de la table présentée
Répartion en % entre les différentes sources d’énergie primaire utiliséesÉnergies fossiles : charbon, pétrole, gaz, uraniumÉnergie renouvelables : air, eau, biomasse, rayonnement solaire, géother-mie, marée.
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter : Energie primaire, Energies fossiles, Energies renouvelables, TEP
Production mondiale d´énergie primaire :
La répartition de la production d’énergie primaire mondiale se répartit de la manière suivante :Les deux principaux producteurs de gaz naturel sont la Russie et les Etats-Unis : ils produisent chacun environ 20% de la production mondiale.Concernant le charbon, la Chine produit 1/3 de la production mondiale alors que les Etats-Unis en produisent prés d’un quart.Pour ce qui est du pétrole, 1/3 de la production vient du Moyen-Orient. La Russie et les Etats-Unis viennent après avec chacun prés de 10% de la production mondiale.La Chine, le Canada, le Brésil et les Etats-Unis sont les principaux producteurs d’hydroélectricité. La production de ces pays s’élève pour chacun à environ 10% de la production mondiale.Enfin concernant l’énergie nucléaire, les Etats-Unis, la France et le Japon produisent respectivement prés de 30%, 16% et 10% de la production mondiale.
Répartition de la production mondiale d'énergie primaire (2004)
Énergies, jouons pour comprendre – page N° 20/53
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Pétrole 32%
Gaz Naturel 21%
Charbon 25%
Combustibles renouvelables et déchets
11%
Hydraulique 2%
Nucléaire 7%
Et la France alors ?
La production totale d’énergie primaire en France en 2006 s’élève à environ 138 Millions de TEP. Cette production d’énergie primaire se répartit comme suit :
Répartition de la production française d´énergie primaire (2004)
Cependant, il est important de ne pas confondre production d’énergie primaire et consommation d’énergie primaire. En effet :Consommation Energie Primaire = Production Energie Primaire
+ Importation Energie Primaire - Exportation Energie Primaire
C’est pour cette raison que la consommation d’énergie primaire est de l’ordre de 270 millions de TEP en 2006. Cette consommation se répartit comme suit :
Répartition de la consommation d’énergie primaire en France (2006)
Pour aller plus loin…
http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie/la_production_d_energiewww.industrie.gouv.fr/energie/statisti/pdf/reperes.pdf Statistiques IAE 2006
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Pétrole 1%
Gaz Naturel1%
Combustibles renouvelables et déchets 9%
Hydraulique 4%
Nucléaire 85%
Pétrole 33%
Gaz Naturel 15%
Charbon 5%
Combustiblesrenouvelables et déchets
5%
Hydraulique 2%
Nucléaire 40%
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Espace 3
Sources et usages de l’énergie
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3.1 Les énergies au fil du temps
Objectif du module
Donner à l’enfant quelques repères essentiels concernant l’histoire de la maîtrise de l’énergie.Comparer nos consommations globales et individuelles à celle des hommes des siècles passés.
Contenu de la table présentée
Un premier espace présente une frise historique sur laquelle il convient de replacer différents éléments concernant la maîtrise de l’énergie.
Un dispositif permet de croiser démographie et consommation individuelle d’énergie pour comparer la consommation énergétique globale en 1850 et en 2005.
Informations complémentaires
Frise historique de la maîtrise de l’énergieLa frise suivante présente les grandes découvertes ou évènements liés à la maîtrise de l’énergie dans l’histoire de l’homme :
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Naissance du Soleil-4,5 milliards d'années
L'homme domestique le feupréhistoire
-8000
-5000
L'homme invente l'agriculture et utilise la force animaleLes premiers bateaux à voile utilisent la force du vent ; Les civilisations mésopotamiennes utilisent le pétrole comme combustible pour les lampes a huiles
L'homme construit les premières machines-1000
L'homme crée des moulins à eau pour moudre le grain avec la force des rivières
-100
Naissance de J.-C.0
X ème siècle
L'homme crée des moulins à vent pour moudre avec la force éolienne
Les chinois inventent la poudre
XIII ème siècle
La première locomotive à vapeur roule en Angleterre
1804
L'italien Volta invente la pile électrique1800
Le français Papin conçoit la machine à vapeur1690
Le francais Becquerel invente le panneau solaire photovoltaïque
1839
L'anglais Faraday crée le premier moteur1821
Évolution de la consommation d’énergie et de la démographie dans le monde entre 1850 et 2004
0
0,5
1
1,5
2
1850 1890 1930 1970 1990 2004
Tep/
pers
onne
entre 1850 et 2004 la consommation d'énergie par personne à été multipliée par 4.
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2
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En m
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hab.
en 1850 et 2004 le population mondiale a été multipliée par 5,5 environ.
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1866
Découvert par Drake d'un gisement de pétrole en Pennsylvanie
1859
L'allemand Siemens perfectionne la dynamo
1868 Le français Berges invente le barrage hydroélectrique
1879
Les frères Wright font voler le premier avion à hélices
L'allemand Diesel invente le moteur qui porte son nom
1893
1903
L'allemand Benz lance la première autombile à essence1885
Le britannique Parsons crée la turbine électrique1884
L'américain Edison crée l'ampoule électrique
L'italien Fermi réalise la première réaction nucléaire
1981
1942
La France inaugure le premier TGV
La consommation d´énergie totale a donc été multipliée par 22 (5,5*4) entre 1850 et 1900.
Cette croissance a principalement reposé sur le charbon à partir de 1850 et sur le pétrole à partir de 1900. Ces sources d'énergie fossile représentent actuellement respectivement 25% et 35% de la consommation mondiale d'énergie primaire. Le nucléaire et l'hydroélectricité sont apparus après 1950 et représentent actuellement 9% de cette consommation mondiale. Les sources d'énergie renouvelables traditionnelles qui représentaient 50% de la consommation mondiale en 1900 ne représentent plus que 10% de la consommation mondiale et sont essentiellement utilisées dans les pays en développement.
Pour aller plus loin…
Site de total sur l’énergie – Histoire de l´énergie: http://www.planete-energies.com/contenu/energie/definition-energies/histoire-source-energies.html
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3.2 Consommation d´énergie : répartition planétaire
Objectif du module
Montrer comment la consommation d’énergie d’une famille occidentale serépartit entre quelques grands usages : se nourir, se loger, se déplacer et fabriquer les objets qui nous entourent.Présenter la répartition de la consommation énergétique en fonction de la géographie.
Contenu de la table présentée
Quelle-est notre consommation d’énergie, pour quels usages ?
Planisphère sur laquelle viennent se positionner des personnages proportionnés à la taille de leur consommation énergétique.
Informations complémentaires
La consommation d’énergie des ménages
Avant toute chose, il ne faut pas confondre électricité et énergie : « l’électricité n’est qu’une des formes d’énergie, et plus précisément une forme d’énergie transformée qu’on ne peut pas trouver telle quelle dans la nature. »
Les principales sources d’énergie primaire se répartissent en différents usages : La chaleur, pour le chauffage des bâtiments, la cuisine, l’eau chaude sanitaire, mais aussi les procédés industriels, La mobilité, c’est à dire les déplacements de personnes et de marchandises, Et l’électricité spécifique1, c’est à dire les usages électriques autre que pour chauffer (ni bouilloire, ni radiateur électrique, ceux ci étant comptés en rubrique chaleur) : on y trouvera la production de froid, l’éclairage, l’électroménager etc.
Ainsi, comme le montre le diagramme suivant, pour un ménage français, la consommation d’énergie liée au transport représente plus de la moitié et le chauffage prés d’un quart de sa consommation directe de l’énergie achetée.
1
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En plus de l’énergie liée au transport et à l’habitat, le ménage consomme de l’énergie pour s’alimenter et produire ses biens et services. Bien que la quantification de cette consommation d’énergie ne soit pas aisée, on estime que cette énergie est globalement la même que celle consommée pour le transport et l’habitat.
Répartition de la consommation d´énergie dans le monde
Le diagramme suivant présente la consommation d’énergie par habitant et par continent.
7,8
3,8
3,4
1,1
0,7 0,4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tep/an
Amérique du NordEurope occidentaleEurope centrale et orientaleAmérique latineAsieAfrique
Comme le montre le diagramme précédent, aujourd’hui plus que jamais, l’accès à l’énergie se répartit de façon très inégale sur la planète : un quart de la population consomme les ¾ de l’énergie et plus du tiers de la population mondiale n’a pas accès à l’électricité. Or il est prouvé qu’un accès minimum à l’énergie augmente fortement l’espérance de vie...
*Electricité consommée par la bureautique, l’éclairage et les appareils ménagers
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Transport
Chauffage
Eau chaude Sanitaire
Electricité spécifique*
Cuisson
Consommation moyenne d’énergie par habitant
Pour aller plus loin…
http://www.hespul.org/quels-types-d-energies-quels.html
Site du CEA. Page sur « L´Énergie, pour quoi faire ? » :http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie/la_production_d_energie/l_energie_pour_quoi_faire
http://webenergie.ch/accueil.php
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3.3 Le pétrole : déséquilibre entre production et consommation
Objectif du module
Donner une idée de la répartition planétaire des ressources énergétiques et faire prendre conscience des distorsions entre production et consommation.L’exemple du pétrole est présenté.
Contenu de la table présentée
Carte du monde présentant les diverses informations concernant production et consommation du pétrole et permettant de les mettre en relation.
Informations complémentaires
Production et consommation de pétrole
Pour ce rendre compte la distorsion qu’il existe entre lieu de production et lieu de consommation il suffit de regarder le tableau suivant qui présente la production et consommation de pétrole dans le monde.
En Millions de Tonne Production (2004) Consommation (2004)
Amérique du Nord 668.0 1122.4
Amérique Centre et Sud 342.0 221.7
Europe 287.4 784.6
Zone Russie 563.3 173
Moyen Orient 1186.6 250.9
Afrique 441.1 124.3
Asie-Océanie 379.5 1090.5
Total Monde 3867.9 3767.1
Tableau de la production et de la consommation de pétrole dans le monde.
Cette distorsion est illustrée par la carte suivante présentant le solde
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production/consommation de pétrole dans le monde :
En Million de Tonnes
VERS
Amérique du Nord
Am
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eAsie-Océanie
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Aut
res
paysDE
Amérique du Nord
USA - 7 8 12 12 - 1 1 4 3 1 48
Canada
105 - - - 1 - - - 1 - - 106
Mex-ico
82 2 - 8 9 - - - - 2 - 103
Amérique Centre et Sud
131 5 2 - 12 1 - 4 - 5 - 159
Europe 48 25 1 2 - 10 - 3 - 5 4 97
Zone Russie 14 - - 4 265 1 - 18 2 5 10 319
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Moyen Orient 125 8 1 8 16
0 36 7 63 209 357 3 975
Afrique
Nord 23 7 1 6 96 4 - 2 - 6 - 145
Ouest 82 1 - 13 27 5 - 28 5 43 - 202
Est et Sud
- - - - 1 - - 6 4 1 - 12
Asie-Océanie 10 - - 2 4 1 25 44 30 33 1 151
Non-identifié 20 5 - - 35 - 1 1 2 - - 64
Total importé 638
58
11 54 62
158 34 16
8258 460 2
0238
1
Les flux de pétrole dans le monde 2004.
Compte tenu de la distortion décrite précédemment entre zone de production et zone de consommation de pétrole, les fluxs de pétrole sont importants entre pays producteurs et pays consommateurs. Le tableau suivant présente les principaux flux de pétrole en 2004.
Pour aller plus loin…
www.tsl.uu.se/uhdsg/Data/BP_Stat_ 2005 .xls : Statistical Review of World Energy 2005a consommation d´énergie : http://www.planete-energies.com/contenu/ene rgie/consommation/fossiles.html
Bilbliothèque science po : http://ebiblio.sciences-po.fr/http://www.ladocumentationfrancaise.fr/cartotheque/principaux-flux-petroliers-monde-2005.shtml
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Espace 4
Faire face au défi énergétique
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4.1 Énergies domestiques, comment réduire la consommation ?
Objectif du moduleFaire le tour des énergies utilisées à domicile, donner une idée de la consommation énergétique des appareils que nous utilisons couramment.Explorer quelques pistes permettant de réduire la consommation domes-tique d’énergie.
Contenu de la table présentée
Réduire les consommations- se servir des interrupteurs,- utiliser des ampoules basse consommation,- faire attention aux étiquettes énergie.
Utiliser des énergies renouvelables :- solaire thermique et photovoltaîque, éolien,- conception bioclimatique de la maison : exposition, isolation, ventilation
L´espace est divisé en deux parties :1) Énergies consommées dans les différents espaces de la maison et jeu autour de la réduction de celles-ci.2) Maquette maison passive avec indication des différents systèmes mis en place pour réduire les besoins en énergie et produire tout ou partie de ceux-ci.
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter
Emprunte écologique, Maison passive, Electricité spécifique, Etiquette énergie
L´énergie domestique
Les diagrammes suivants présentent la répartition de l´énergie domestique consommée ainsi que le détail de la consommation concernant l´électricité spécifique.
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Réduire les consommations domestique
Une famille normale consomme environ 4 000 kWh/an ce qui représente une facture d´environ 405€/an. En faisant un peu attention et en suivant les conseils suivants, il est possible de diminuer cette consommation de prés de moitié.
Comment réduire la consommation liée à l´éclairage : éviter d'allumer la lumière en plein jour, limiter le recours aux éclairages halogènes, gros consommateurs
d'énergie, utiliser des ampoules basse consommation : certaines ampoules
consomment jusqu'à 5 fois moins d'électricité que les am-poules classiques.
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Répartition électricité spécifiquelave linge 7% Audiovisuel
12%lave vaisselle 14%
sèche linge 14%
Éclairage 14% réfrigérateur congélateur 32%
Autre 7%
Répartition énergie domestique
Cuisson 6% eau chaude-sanitaire 16%
électricité spécifique 22%
Chauffage 55%
Comment réduire la consommation liée aux appareils électriques ména-gers :
éteindre les appareils qui restent en veille après utilisation (chaîne hi-fi, lecteur DVD, téléviseur, ordinateur, imprimante…) per-met d'économiser jusqu'à 10 % de consommation électrique sans diminuer le confort,
vérifier l'efficacité énergétique des appareils fortement consomma-teurs (réfrigérateur, lave-linge…) au moment de l'achat grâce aux étiquettes énergie, pour éviter la surconsomma-tion.
Comment réduire la consommation liée au chauffage et à l´eau chaude qui représente plus de 2/3 de notre consommation d´énergie domestique :
chauffer raisonnablement : 1 °C de chauffage en moins représente une économie de 7 % de consommation électrique. La tem-pérature moyenne recommandée pour un logement est de 18 °C,
conserver la chaleur de son logement : un vitrage isolant permet d'économiser 7% de l'énergie de chauffage. L'isolation des murs 10 à 15 %. L'isolation de la toiture 10 à 20 %,
Les énergies renouvelables pour produire de l´électricité et se chauffer
L´utilisation des énergies renouvelables constitue elle aussi une solution énergétique efficace et économique.
Par exemple, pour se chauffer, on peut opter pour diverses solutions telles que le chauffage au bois, le chauffe-eau solaire individuel, le chauffage et l´eau chaude solaire (de 20 à 40% des besoins du ménage peuvent être couverts par un système solaire combiné), l´eau chaude solaire collective ou les pompes à chaleur
Pour produire de l´électricité, un toit solaire, l´énergie éolienne ou l´énergie hydraulique sont des solutions alternatives envisageables.
Pour aller plus loin...
http://www.ademe.fr/midi-pyrenees/a_3_02.html
L´atelier enseignant avec un jeu sur le thème : « Economies d´énergies, le jeu ! »http://www.ecomet.fr/V32_jeu_energie.htmlSite de l´Ademe. Page sur le thème : « Je consomme. Equipements électriques ».http://www.ademe.fr/particuliers/Fiches/equipements_electriques/index.htm
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4.2 Réduire le coût et les impacts du transport
Objectif du module
Rappeler l’impact du transport sur la consommation énergétique et l’envi-ronnement (pollution, effet de serre).Présenter quelques orientations permettant de réduire la consommationd’énergies fossiles.
Contenu de la table présentée
Quelques exemples :- marcher, utiliser sa bicyclette pour les déplacements de courtes distances,- développer et favoriser l’utilisation des transports en commun et del’intermodalité pour les marchandises,- concevoir et construire des véhicules économes et innovants.
Jeu de comparaison entre les différents modes de transport :Que peut-on faire avec l’équivalent d’un litre de pétrole ? 400 km en bicy-clette - 160 km en marchant - 135 km en TGV - 90 km en autocar - 22 km en voiture - 20 km en avionMaquette de plateforme intermodalePrésentation de la voiture hybride qui récupère l’énergie dans les descentes et le freinage
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter
Gaz à effet de serre, GPL, GNV, Biocarburants, Moteurs hydrides, Pile à combustible, Gaz carbonique (CO2), Particules en suspension, Oxydes d’azote
Transports et énergie en FranceLes diagrammes suivants présentent la part des transports dans la consommation d’énergie finale ainsi que la répartition par mode de transport.
Répartition de la consommation d'énergie finale en France (source IAE 2004)
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secteur indus-triel 22%Transport 30%Résidentiel 28%commerces et services 9%Autres 11%
Répartition de la consommation d'énergie par mode de transport (IAE 2004).
La problématique des transports ou l’utilisation du pétrole
Le pétrole est utilisé à plus de 95% comme source d´énergie pour les transports.
Cette totale dépendance des transports au pétrole se noue, depuis peu (malgré une connaissance très antérieure de ces sujets), à deux défis majeurs :
✔ l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre conduisant à un changement climatique majeur,
✔ le caractère non renouvelable du pétrole et l’épuisement de ses réserve (se rapporter à l’Espace 2-2 pour plus d’informations).
Transport et pollution
Le secteur des Transports c'est :
69 % des émissions d’oxydes d'azote ou Nox qui sont en partie responsables des pluies acides et de la destruction de la couche d’ozone,
33 % des émissions de particules en suspension. Les particules en suspension peuvent entraîner des troubles respiratoires, diminution de la visibilité...
33 % des émissions de CO2 (gaz carbonique).
L´énergie des véhicules de demain
Pour faire face aux défis de l´énergie dans les transports, il devient néces-saire d'optimiser l'ensemble des technologies et des procédés de fabrication véhicules et carburants, en intervenant à deux niveaux : sur le parc exis-tant et en renouvellement.
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ferroviaire et urbain 6%aérien 15%maritimes fluviaux 6%Routiers 78%
L’électrique, le Gaz de Pétrole Liquéfié (GPL), le Gaz Naturel Vehicule (GNL) et les biocarburants sont des carburants qui pourraient permettre la diversi-fication énergétique et la réduction des gazs à effet de serre.
Concernant l’évolution des moteurs, les principaux axes de développement concernent:
L’amélioration des moteurs thermiques actuels (essence et diesel) tant du point de vue rejet que rendement énergétique,
Le développement des moteurs hybrides qui combinent deux sources d'énergie, l'une thermique, l'autre électrique,
La pile à combustible qui est un convertisseur qui permet, par une réaction électrochimique, de produire de l'énergie électrique. Ainsi, la pile à combus-tible à hydrogène produit de l'eau et de l'énergie électrique à partir de l'hy-drogène. Cependant, la technologie de la pile à combustible embarquée dans un véhicule à motorisation électrique est aujourd'hui au stade expéri-mental
Pour aller plus loin…
Site de l´Ademe sur le thème du transport http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=12618http://www.ademe.fr/bretagne/actions_phares/air/actions.asp
Ekopedia : Vehicules à carburants alternatifs
http://fr.ekopedia.org/V%C3%A9hicules_%C3%A0_carburants_alternatifs
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4.3 Attention à notre consommation : exemple du jus d´orange
Objectif du module
Faire réfléchir les élèves sur le coût énergétique des produits qu’ils consomment.Au travers de l’exemple du jus d’orange, on abordera la notion d’écobilan.
Contenu de la table présentée
Étapes de production d’un jus d’orange :- origine, Brésil ou Mexique- utilisation d’engrais et produits phytosanitaires pour la culture,- pressage puis concentration, pasteurisation et séparation de la pulpe, conditionnement pour le voyage,- transport maritime vers les pays consommateurs,- dilution de l’extrait, ajout de la pulpe, conditionnement final,- mise sur le marché.Jeu permettant d’évaluer le bilan énergétique d’un jus d’orange et de lecomparer à d’autres produits : orange pressée par l’utilisateur ou jus de fruit produit localement.
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter
Ecobilan, Effet de serre, Empreinte écologique
Transporter moins, c´est possible ?
Extrait du site internet de l’Ademe (http://www2.ademe.fr ) sur le thème des transports.
Tout d’abord, on peut faire le constat évident que si les consommateurs privilégient lors de leurs achats alimentaires les fruits et légumes de saison, les produits régionaux, ce choix aura a priori comme conséquence de nécessiter moins de transport à longue distance pour acheminer ces produits jusqu'aux magasins.
Plus généralement, les entreprises (les industriels, la distribution) construisent en interne, ainsi qu'avec leurs clients et leurs fournisseurs des organisations logistiques relativement "gourmandes" en transport (routier notamment). En effet, il est souvent rentable économiquement de transporter plus : les produits d'origine plus lointaine sont parfois moins cher, les usines coûtent chers et les industriels préfèrent en avoir peu, même si elles doivent livrer loin.Par exemple pour un pantalon jean vendu en hypermarchés, la distance parcourue entre le champ de coton et le magasin, varie entre 4300 km et 27200 km (donc multipliée par 6!) selon la situation géographique du champ de coton et le circuit logistique emprunté.Ainsi, des études sur les chaînes énergétiques de produits courant et des comparaisons entre différentes organisations logistiques pour un industriel ont montré que : la livraison des courses à domicile par le distributeur permet sans
doute de diminuer les distances parcourues par des véhicules routiers : le livreur, avec un seul véhicule, remplace plusieurs voitures particulières de clients qui se déplaceraient
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indépendamment. si l'industriel choisit de livrer ses clients à partir de quatre entrepôts
régionaux, et non un seul entrepôt national (situé en région parisienne), il peut diminuer d'un quart le nombre de camions utilisé.
si ses usines produisaient toutes l'intégralité des références (au lieu d'être "spécialisées" et de produire chacune une partie des références), la distance totale parcourue par les marchandises entre les usines et les entrepôts de l'industriel serait au moins divisée par deux.
Jus d’orange et empreinte écologique
Un consommateur européen, consomme en moyenne 21 litres/an de jus d’orange ! Dans 80% des cas, le jus provient du Brésil, principal producteur mondial.
Pour sa fabrication, il faut concentrer le jus à 8% de sa masse originale, puis le congeler à -18°C pour le transporter dans de bonnes conditions d’hygiène. Ensuite, il doit parcourir les 12 000 Km qui séparent l’Europe de Sao Paulo à travers l’Atlantique. A ce stade, 1 tonne de jus d’orange a nécessité 100 kg de pétrole.
Mais pour être complets, il faut y ajouter l’énergie dépensée pour l’extraction du pétrole nécessaire à la fabrication des pesticides et enfin il faut fabriquer les divers emballages de toutes les tailles ce qui augmente la consommation de pétrole.Par ailleurs, il faut environ 24m² de de terres agricoles pour fabriquer 21 litres de jus d’orange consommés ce qui signifie que si tous les habitants de la planète consommaient 21 litres de jus d’orange /an, il faudrait consacrer, dans l’état actuel de la production, 130 000 Km² d’orangerie soit 3 fois la superficie totale de la Suisse.
En conclusion, les réflexion sur notre empreinte écologique et sur le développement durable ne vise pas à bannir le commerce international mais à intensifier autant que possible les interactions locales.Par exemple, pour une consommation de jus d’orange en Europe, il serait préférable de faire pousser les oranges plutôt en Espagne qu’au Brésil. Ainsi on économise sur les transports. Puis nous pourrions mettre le jus d’orange dans des bouteilles de verre consignées et recyclables plutôt que dans des mini packs en « carton aluminium » jetables!
Pour aller plus loin…
Contenu du jeu T.E.R.R.E. développé par l'association ENERGIES SOLAIRES http://www.arpe-mip.com/jeu_energie/_/jeu.html
Page du site de l´Ademe sur le sujet « Transporter moins : c'est possible ? ».http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=13630
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4.4 Quelles solutions pour demain ?
Objectif du module
Interroger les élèves sur leur vision de l’avenir énergétique.Confronter les visions de chacun à celle de la classe et ouvrir le débat.
Contenu de la table présentée
Il n’existe pas de réponse miraculeuse alors quelles solutions mettre en avant ?
1) Améliorer les technologies existantes2) Développer la recherche pour trouver des réponses nouvelles3) Quelles alternatives pour aujourd’hui ?
Un questionnaire simple proposé sur une borne informatique.Rempli par chaque élève, il permettra d’obtenir un bilan statistique pour la classe (mais aussi cumulé pour toute les classes visitées). Il permettra de conclure l’animation par une discussion avec les élèves autour de ces ques-tions.
Informations complémentaires
Les définitions du glossaire à consulter
Biomasse, Gaz à effet de serre, Pile à combustible, Biocarburant, Tour solaire, Projet ITER, Moulin sous-marin
Avant propos
Avant tout, il est important de rappeler que par son caractère vital l’énergie est au cœur de notre société. Ainsi le secteur de l’énergie focalise les enjeux de puissance et prolonge perturbations et conflits dont il est souvent une des sources majeures. La maîtrise raisonnée de ce secteur est un des facteurs déterminants, non seulement du développement ordonné de l’économie globale, mais aussi de la sécurité mondiale.Les conflits d’intérêts entre les différents acteurs de l’énergie sont donc nombreux et c’est pourquoi il faut garder cette composante à l’esprit lorsque des informations liées à l’énergie et l’avenir sont données.
Énergie et avenir
Concernant les orientations futures dans le domaine de l´énergie, les deux objectifs à prendre en considération sont :
La sécurité de l'approvisionnement. Les différents scénarios prévoit en effet un augmentation de la consommation annuelle d´énergie pour 2050 entre 1,5 à 3 fois supérieure à celle actuelle,
La lutte contre l'accroissement du réchauffement climatique et la réduction de gaz à effet de serre. Le réchauffement climatique pourrait varier de 1 à 6 C à l'horizon 2100 suivant la réduction des émissions de CO2. La stabilisation du climat nécessiterait de diviser par 2 l'émission de gaz à effet de serre.
Cela suppose la maîtrise de nos consommations d'énergie et la conduite des actions nécessaires pour s'affranchir d'une trop grande dépendance vis-à-vis des énergies fossiles. Il faut déterminer des solutions pour n'utiliser ces
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dernières qu'avec une efficacité maximale et, de manière générale, promouvoir une croissance sobre en énergie. Cela suppose également le développement d'un bouquet énergétique peu émetteur de gaz à effet de serre. La loi du 13 juillet 2005 assigne d’ailleurs un objectif de division par quatre des émissions de gaz à effet de serre.
Ressources énergétiques alternatives (peu émettrices de gaz)
Dans sa synthèse de la stratégie nationale sur la recherche dans le domaine de l’énergie, le gouvernement a identifié quelques domaines prioritaires pour le développement des ressources énergétiques alternatives :
la préparation des technologies nucléaires du futur. Le fameux réacteur de 4ème génération permettrait par exemple de réduire les déchets radioactifs,
l'utilisation accrue et optimisée de la biomasse qui pourrait offrir une alternative partielle crédible aux combustibles d'origine fossile,
l'optimisation des technologies liées à l'emploi des autres énergies renouvelables et en particulier l'énergie solaire et la géothermie. En effet, l'énergie photovoltaïque représenterait un potentiel très important s'il existait des technologies plus efficaces et moins coûteuses.
le captage et le stockage du dioxyde carbone qui offriraient la possibilité de s'affranchir des rejets atmosphériques de gaz pour la part énergétique qui nécessiterait le recours à des énergies fossiles.
Améliorer l'efficacité énergétique
Toujours, dans sa synthèse de la stratégie nationale sur la recherche dans le domaine de l’énergie, le gouvernement a identifié quelques domaines prioritaires concernant l’efficacité énergétique :
Le stockage de l'énergie représente un enjeu majeur. En effet, la capacité de stocker et transporter l'énergie représenterait un atout important dans la réduction des déperditions actuellement constatées.
le domaine du bâtiment nécessite de concevoir des édifices dont la consommation énergétique soit fortement réduite dans un premier temps, puis s'attache à utiliser au mieux les sources d'énergies renouvelables.
en matière de transport, une première ligne d'action consiste à
poursuivre les efforts déjà engagés pour améliorer les technologies existantes en termes de réduction des consommations. Au-delà, il convient d'examiner les technologies alternatives de propulsion qui pourraient utiliser des technologies peu productrices de gaz à effet de serre (véhicules électriques, pile à combustible, biocarburants).
le développement des piles à combustible et la production d'hydrogène,
réduire le transport d´énergie en décentralisant les réseaux et la production d´énergie.
Quelques exemples d’énergies de demain
Parmi les innombrables inventions et idées pour produire de l’énergie, on peut citer les énergies du futur citées par le CEA (Commissariat à l'énergie Atomique) sur son site tels que la tour solaire, la pile à combustible, le projet ITER et le moulin sous-marin. Pour plus d’informations sur ces technologies, se rapporter au glossaire ou aux références.
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Pour aller plus loin…
http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energiewww.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2005/ 06Balibar.pdf La synthèse de la stratégie nationale sur la recherche dans le domaine de l’énergie.http://www.industrie.gouv.fr/energie/recherche/synthese-snre.htm
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GLOSSAIRE
Energie : Grandeur caractérisant un système et exprimant sa capacité à
modifier l'état d'autres systèmes, avec lesquels il entre en interaction.
L'énergie caractérise la capacité à produire des actions, par exemple à engendrer du mouvement, modifier la température d'un corps ou à transformer la matière
Page/chapitre : I-1.
Electrolyse : décomposition d'un composé chimique sous l'effet d'un courant électrique. www.b-harmony.com/savoir/eau/eau_glossaire.htmPage/chapitre : I-2.
Thermolyse : La pyrolyse, ou thermolyse, est la destruction d'un corps organique par la chaleur. fr.wikipedia.org/wiki/ThermolysePage/chapitre : I-2.
Incandescence : état d’un corps rendu lumineux sous l’effet d’une forte chaleur. engrenage.free.fr/mecanic/pmeca01.htmPage/chapitre : I-2.
Photosynthèse : Synthèse de substances organiques effectuée par les plantes à partir de l'énergie lumineuse. www.ifremer.fr/exploration/glossaire.htmPage/chapitre : I-2, II-1,
Matériaux thermoélectriques : matériaux permettant de convertir directement un flux de chaleur en courant électriquePage/chapitre : I-2.
Combustion : réaction chimique exothermique (c’est-à-dire accompagnée d’une production d'énergie sous forme de chaleur). http://fr.wikipedia.org/wiki/CombustionPage/chapitre : I-2.
Effet Joule : L'effet Joule est la manifestation thermique de la résistance électrique. Il se produit lors du passage d'un courant électrique dans pratiquement tous les matériaux conducteurs. http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_JoulePage/chapitre : I-2.
Energie primaire : L'énergie primaire est la première forme de l'énergie directement disponible dans la nature : bois, charbon, gaz naturel, pétrole, vent, rayonnement solaire, énergie hydraulique, géothermique… L'énergie primaire n'est pas toujours directement utilisable et fait donc souvent l'objet de transformations : exemple, raffinage du pétrole pour avoir de l'essence ou du gazole ; combustion du charbon pour produire de l'électricité dans une centrale thermique. http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm#ePage/chapitre : I-3
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Energie secondaire : L'énergie secondaire est une énergie obtenue par la transformation d'une énergie primaire au moyen d'un système de conversion : par exemple, une centrale thermique produit de l'électricité (énergie secondaire) à partir de charbon (énergie primaire). Une énergie secondaire peut aussi résulter de la transformation d'une autre énergie secondaire ; c'est le cas d'une centrale thermique alimentée en gaz de haut fourneau.www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm Page/chapitre : I-3
Energie finale : L'énergie finale est l'énergie livrée aux consommateurs pour être convertie en énergie utile. Exemple : électricité, essence, gaz, gazole, fioul domestique etc.Page/chapitre : I-3
Energie utile : L'énergie utile est l'énergie dont dispose le consommateur, après transformation par ses équipements ( chaudière, convecteurs électriques, ampoule électrique). La différence entre l'énergie finale et l'énergie utile tient essentiellement au rendement des appareils utilisés pour transformer cette énergie finale.Page/chapitre : I-3
Convertisseur : Dispositif technique permettant de transformer une forme d’énergie en une autre. www.apreslepetrole.org/livre/glossaire.htmPage/chapitre : I-3
Chaîne énergétique : Les transformations entre formes d'énergie constituent une chaîne énergétique. http://e.m.c.2.free.fr/EetP.htmPage/chapitre : I-3
kWh : Quantité d’énergie correspondant à une puissance fournie ou consommée de 1000 Watts (1 kW) pendant une heure.Page/chapitre : I-3
Efficacité énergétique : rapport entre la quantité d'énergie récupérée et l'énergie consommée. www.intis.fr/glossaire.phpPage/chapitre : I-4
Tep ou tonne équivalente pétrole : La tonne d'équivalent pétrole (Tep) est une unité de mesure de l'énergie couramment utilisée par les économistes de l'énergie pour comparer les énergies entre elles. C'est l'énergie produite par la combustion d'une tonne de pétrole moyen, ce qui représente environ 11 600 kWh. http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm#tPage/chapitre :I-3,I-4
Piles à combustible : C'est un système qui produit simultanément de l'élec-tricité et de la chaleur à partir d'une réaction chimique entre l'oxygène de l'air et l'hydrogène, combustible qui peut être obtenu à partir de produits pétroliers, gaz naturel, alcool ou autres combustibles. Les piles à combus-tible ont un excellent rendement électrique et un impact réduit sur l'envi-ronnement (absence de nuisances sonores et d'émission de polluants ga-zeux tels que le monoxyde de carbone ou les oxydes d'azote, les suies et autres particules). La pile à combustible, dont le principe remonte à 1839, a été utilisée dans l'industrie spatiale pour les fusées Apollo et est expérimen-tée aujourd'hui aussi bien pour le chauffage, que les transports.http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm#pPage/chapitre :I-4
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Energies Renouvelables : source d'énergie se renouvelant assez rapidement pour être considérée comme inépuisable à échelle humaine de temps. On compte généralement six « types » d´énergies renouvelables :
L´énergie solaire, L´énergie éolienne, L´énergie hydraulique (chute d´eau, rivière, marée...), L´énergie géothermale : énergie des eaux chaudes natu-
relles issues de la terre, La biomasse : énergie stockée dans la matière vivante, Les déchets : énergie dégagée par les déchets par fermen-
tation ou incinération.Page/chapitre :II-1
Géothermie : La géothermie ou " chaleur de la terre " se présente sous forme de réservoirs de vapeur ou d'eaux chaudes ou encore de roches chaudes.Lorsque le réservoir géothermique est à une température modérée, cette ressource est exploitée pour de la production de chaleur distribuée par un réseau de chaleur. Elle est particulièrement développée dans les bassins aquitain et parisien pour le chauffage urbain.Lorsque la température du réservoir géothermique est plus élevée et per-met de produire de la vapeur, il est possible de produire de l'électricité : c'est le cas de l'usine de Bouillante (Guadeloupe) qui a produit 20 GWh en 2001.Des projets de développement sont à l'étude en Guadeloupe et à la Réunion.L'exploitation des roches chaudes fait l'objet d'un programme européen de recherche à Soultz-sous-Forêts en Alsace.
Cycle de l´eau : Entre les quatre grands réser-voirs d’eau de l’hydrosphère que sont les mers et océans, les eaux conti-nentales (super-ficielles et sou-terraines), l’at-mosphère, et la biosphère, l’échange d’eau est permanent et forme ce que l’on appelle le cycle externe de l’eau. Le moteur de ce cycle en est le soleil : grâce à l’énergie thermique qu’il rayonne, il active et maintient constam-ment les masses d’eau en mouvement.Ce cycle se divise en deux parties intimement liées :- une partie atmosphérique qui concerne la circulation de l’eau dans l’atmo-sphère, sous forme de vapeur d’eau essentiellement,- une partie terrestre qui concerne l’écoulement de l’eau sur les continents, qu’il soit superficiel ou souterrain. Des échanges d’eau se produisent également entre l’hydrosphère et le man-teau terrestre. Par ailleurs, dans la haute atmosphère, des molécules d’eau sont constamment décomposées par les rayons ultraviolets solaires et l’hy-drogène ainsi créé, trop léger pour être retenu par la gravité, s’échappe dans l’univers. Cependant, il semblerait que ces phénomènes restent suffi-
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samment négligeables pour que globalement la quantité totale d’eau dans l’hydrosphère reste constante : l’analyse des sédiments marins a en parti-culier révélé que le volume des eaux océaniques avait très peu varié depuis un milliard d’années. On peut donc considérer que le cycle de l’eau est sta-tionnaire c’est à dire que toute perte d’eau par l’une ou l’autre de ses par-ties, atmosphérique ou terrestre, est compensée par un gain d’eau par l’autre partie.http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/decouv/cycle/cycleEau.htmlPage/chapitre :II-1
Biomasse : énergie stockée dans la matière vivante. Autrement dit, il s'agit de l'ensemble de la matière végétale susceptible d'être collectée à des fins de valorisation énergétique. Elle concerne notamment le bois énergie, le biogaz, la paille.http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm#bPage/chapitre :II-1
Energies fossiles : Une énergie fossile est une forme d'énergie chimique contenue dans des matériaux du sous-sol. Les énergies fossiles proviennent de matière organique fossilisée, qui s'est décomposée au fil du temps. Les énergies fossiles sont donc issues de la matière vivante, animale ou végé-tale.fr.wikipedia.org/wiki/Énergies_fossilesPage/chapitre :II-1, II-2
Gaz à effet de serre : Gaz présent dans l'atmosphère, empêchant une partie de l'énergie solaire reçue par la Terre de repartir dans l'espace, ce qui per-met de maintenir une température moyenne de 15°C autour de la planète. Depuis le début de l'ère industrielle, l'émission de ces gaz a augmenté dans l'atmosphère et pourrait, selon les experts internationaux, conduire à un ré-chauffement planétaire de 1,4°C à 5,8°C d'ici 2100.,Page/chapitre : II-2
Kérogène : Le kérogène est la substance intermédiaire entre la matière or-ganique et les combustibles fossiles. Charbon, gaz et pétrole, se sont for-més à partir d'organismes vivants (algues, plancton, végétaux continen-taux...) qui ont vécu au cours des temps géologiques (du Cambrien au Ter-tiaire). Cette formation est l'aboutissement d'un long processus de sédi-mentation qui nécessite une succession de phases bien particulières.Page/chapitre : II-2
Le cycle du carbone : Le cycle du carbone est le circuit que suit le carbone dans la nature. Présent dans les êtres vivants, les océans, l’air et l'écorce terrestre, il circule en permanence et sous différents états chimiques entre l’ atmosphère , la biosphère , la lithosphère et l’ hydrosphère . Les sols et les océans sont les principaux puits de carbone de la planète.Le carbone contenu dans l'atmosphère provient surtout de la respiration des êtres vivants, animaux et végétaux - qui consomment de l' oxygène et re-jettent du CO2 – et de leur dégradation . A ces sources naturelles s'ajoutent les activités humaines consommatrices de combustibles fossiles (transports, industries, etc) qui renforcent la teneur en CO2 de l'atmosphère. Ce CO2 atmosphérique est absorbé en partie par les végétaux et le phytoplancton des océans pour la photosynthèse , ce qui contribue à le recycler. Depuis deux siècles, l’usage des combustibles fossiles s’étant fortement accru, le CO2 s’évacue plus vite dans l’atmosphère qu’il n’est absorbé par l’hydro-sphère et la lithosphère. Son augmentation dans l’atmosphère perturbe le cycle et contribue au réchauffement climatique .Pour en savoir plus : http://www.cite-sciences.fr/lexique/definition1.php?id-
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def=443&idmot=191&resultat=&recho=&radiob=&num_page=&id_expo=25&lang=fr&id_habillage=42Page/chapitre : II-2
Electricité spécifique : électricité consommée par la bureautique, l’éclairage et les appareils ménagers.
L'étiquette énergie a pour but d'informer le public sur la consom-mation d'énergie élec-trique des équipe-ments domestiques et leur coût d'utilisation. Elle est obligatoire-ment apposée sur tous les appareils électroménagers pro-posés à la vente. En plus de présenter la marque du produit, ses références, son niveau sonore et d’autres caractéris-tiques qui varient en fonction de l’appareil concerné, l’étiquette énergie classe la per-formance énergétique par lettre sur une échelle allant de A ( économe ) à G ( peu économe ). Ainsi, le consomma-teur peut se faire une idée de la consommation d’électricité de l’appareil qu’il s’apprête à acquérir, tout en sachant que la performance énergétique de deux produits classés A peut varier de l’un à l’autre. Source : http://www.planete-energies.com/contenu/etiquette_ener-gies.html
Empreinte écologique
La définition est donnée par WWF comme mesure des quantités de terre et d´eau dont on a besoin pour produire ce qui est consommé et absorber les déchets générés.Calculer son empreinte écologique : http://www.agir21.org/flash/empreinteecoweb/loadcheckplugin.htmlhttp://www.cite-sciences.fr/francais/ala_cite/expositions/developpement-durable/calcul-empreinte-ecologique/index.html
Maison passive
On désigne généralement par maison passive un bâtiment qui est pratique-ment autonome pour ses besoins en chauffage. Il se contente des apports solaires, des apports métaboliques (habitants, machines) et d'une bonne isolation, ce qui relègue le rôle du chauffage à un simple appoint.Les quatres piliers du standard « maison passive » sont l´isolation, la venti-lation, la fenêtre et les ponts thermiques et l'étanchéité à l'air.http://fr.ekopedia.org/Maison_passive
La conception bioclimatique permet d’optimiser la construction (implanta-
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tion, orientation, agencement des pièces et des ouvertures, etc.) afin de mieux profi ter des ressources naturelles (lumière, chaleur solaire,...) et se protéger effi cacement des agressions climatiques (vents, canicule estivale,...).http://www.maison-bioclimatique.fr/fr/maison-bioclimatique-concep-tion.html
Le gaz naturel véhicules (GNV) est composé de méthane (CH4), à plus de 80% (pourcentage variable selon l'origine du gaz). Compte tenu de sa composition simple, il présente l'avantages de pouvoir être utilisé comme carburant sur un moteur à allumage commandé. Les qualités connues sont :• peu de rejets de particules toxiques (particules apparaissant sous la forme de fumées noires) ;• peu de rejets toxiques ou cancérigènes comme le benzène (produits par les moteurs à essence) ou de composés poly-aromatiques (moteurs Diesel) ; • les hydrocarbures HC imbrûlés rejetés sont principalement composés de méthane, qui est non toxique ;• la possibilité de réduire les émissions globales de CO2 car ce carburant est l'hydrocarbure contenant le moins de carbone.http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=13671
Le GPL est principalement composé d'un mélange de propane (C3H8) et de butane (C4H10). Il s'agit d'un produit provenant à 50% de l'extraction et du raffinage du pétrole et à 50% des champs de gaz naturel.Les principaux résultats sur une motorisation fonctionnant correctement sont:• de faibles rejets de particules toxiques (poussières apparaissant sous la forme de fumées noires);• des rejets infimes de composés aromatiques (qui sont généralement dan-gereux et quelquefois cancérigènes);• des rejets CO, HC, NOX qui peuvent être traités efficacement par la cata-lyse 3 voies. Ces avantages ont permis à cette filière de prendre place sur le marché des bus urbains, compte tenu des volontés de réduire les émis-sions polluantes.http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=13671
Biocarburants Les biocarburants proviennent de plantes cultivées ( tournesol, betterave, colza…). Les produits obtenus sont l'ETBE (Ethyl tertio butyl éther) et les EMHV (Esters méthyliques d'huiles végétales).Les biocarburants sont utilisés lorsqu'ils sont introduits dans les carburants traditionnels : l'ETBE est introduit dans les essences et les EMHV sont introduits dans le gazole et le fioul domestique.En 2005, les quantités de biocarburants mis en vente ont été de 228 879 tonnes d'ETBE et à 368 487 tonnes d'EMHV."http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm
Moteurs hydrides : Le mode hybride combine deux sources d'énergie, l'une thermique, l'autre électrique. On y distingue:
Les hybridations dites "séries" pour lesquelles l'intégralité de l'en-traînement des roues est fournie par le moteur électrique,
Les hybridations dites "parallèles" pour lesquelles les deux moteurs fournissent de la puissance aux roues, avec possibilité de plusieurs scénarios de répartition.
http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=13655
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Pile à combustible : C'est un système qui produit simultanément de l'électricité et de la chaleur à partir d'une réaction chimique entre l'oxygène de l'air et l'hydrogène, combustible qui peut être obtenu à partir de produits pétroliers, gaz naturel, alcool ou autres combustibles. Les piles à combustible ont un excellent rendement électrique et un impact réduit sur l'environnement (absence de nuisances sonores et d'émission de polluants gazeux tels que le monoxyde de carbone ou les oxydes d'azote, les suies et autres particules). La pile à combustible, dont le principe remonte à 1839, a été utilisée dans l'industrie spatiale pour les fusées Apollo et est expérimentée aujourd'hui aussi bien pour le chauffage, que les transports.http://www.industrie.gouv.fr/energie/comprendre/se_lexique.htm
Gaz carbonique (CO2) : Produit normal de la combustion des combustibles gazeux, liquides ou solides à base de carbone, c'est le principal gaz à effet de serre.www.congopetrole.com/dicoa_c.php
Particules en suspension : les particules en suspension désignent l’ensemble des petites poussières liquides ou solides que l’on retrouve dans l’air ambiant et qui proviennent, à l’origine, de phénomènes naturels, tels que les feux de forêts, les activités volcaniques, les brises marines ou encore les pollens. Malheureusement, certaines activités humaines comme le trafic automobile, les activités industrielles ou l’incinération des déchets, entre autres, engendrent de nouvelles formes de particules. La toxicité des particules dépend de leur taille et de leur composition. Elles sont en parties responsables pour l’asthme et certaines allergies, mais également pour des attaques cardiaques ou des décès prématurés. Au niveau de leur impact sur l’environnement, les particules en suspension peuvent réduire la visibilité et influencer le climat en absorbant et en diffusant la lumière ; en se déposant, elles salissent et contribuent à la dégradation physique et chimique des matériaux; accumulées sur les feuilles des végétaux, elles peuvent les étouffer et entraver la photosynthèse.http://www.airbreizh.asso.fr/ps.htmlhttp://inature.canalblog.com/archives/2006/10/18/2934509.html
Oxydes d’azote : Oxyde d’azote (NO) et dioxyde d’azote (NO2) sont des gaz polluants oxydants, qui se forment lors de combustions à température éle-vée. Les oxydes d’azote sont collectivement désignés par NOx. Le parc au-tomobile est responsable de près des ¾ des émissions de NOx.http://www.geneve.ch/maisonsante/fr/themes/risques/oxydes.html
Ecobilan : inventaire des conséquences que la fabrication d'un produit industriel a sur l'environnement ; impact environnemental global d'un produit.www.ecobio-logis.ch/lexique.htm
Effet de serre : phénomène climatique naturel qui permet, en réchauffant l’atmosphère, la vie sur terre. La chaleur émise par le soleil est capturée, comme dans une serre, grâce à certains éléments composant l’atmosphère, particulièrement le gaz carbonique. L’augmentation de la teneur en gaz carbonique de l’atmosphère, due aux activités humaines, accentue cet effet de serre, ce qui se traduit par l’augmentation de la température moyenne à la surface du globe. Si les incertitudes scientifiques restent encore nombreuses, notamment quant aux conséquences sur la planète, la relation émissions anthropiques - réchauffement planétaire est aujourd’hui fermement établie.http://www.monde-diplomatique.fr/2005/01/A/11802
Tour solaire : Elle est composée de panneaux solaires disposés en disque
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sur un diamètre de 6 à 7 km. Au centre du disque se trouve une cheminée de 1 km de hauteur et de 30 m de diamètre. Une fois chauffée sous les panneaux solaires, l’air à tendance à monter dans la cheminée de 1 km de haut. Cela crée un fort courant d’air qui fait tourner les turbines disposées à la base de la cheminée et produit de l’électricité. Une centrale de ce type, utilisant l’énergie solaire, devrait bientôt être mise en place dans le désert australien.http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie
Projet ITER : il s’agit d’un réacteur expérimental qui va être construit pour réaliser la fusion nucléaire. Les chercheurs voudraient utiliser cette fusion pour produire de grandes quantités d’énergie sur Terre.http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie
Moulin sous-marin : ce moulin (hydrolienne) utiliserait les puissants courants sous-marins permanents des océans qui feraient tourner de
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grandes hélices. Celles-ci entraîneraient un générateur, produisant de l’électricité naturelle.http://www.cea.fr/jeunes/themes/l_energie
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