Production d'énergie - Cours de Sciences Première avec Maxicours

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Production d'énergie

Objectif
Comment peut-on produire de l’énergie ?
L’énergie est une grandeur physique qui s’exprime en joule (J) ou kilowattheure (kWh). L’énergie consommée est directement proportionnelle au temps d’utilisation de l’appareil et à sa puissance.

E = P x t

Jusqu’au milieu du 20e siècle, l’Homme produisait son énergie uniquement à partir de la combustion de roches fossiles. Puis, il développa l’énergie nucléaire.
Aujourd’hui, il met au point de nouvelles formes d’énergies utilisant la dynamique des enveloppes fluides (air et eau) générée par le Soleil et la combustion de la biomasse.
1. Production d'énergie par combustion
La combustion est une réaction chimique mettant en présence un carburant (charbon, pétrole, biomasse, …) et un comburant (le plus souvent le dioxygène atmosphérique). Elle conduit à la production de CO2 et de H2O ainsi qu’à un dégagement d’énergie.

Dans le cas d’une centrale thermique on utilise la vapeur d’eau produite par la combustion pour activer une turbine reliée à un alternateur ce qui permet la production d’énergie électrique.
Dans une maison individuelle, cette combustion produit de la chaleur qui est transférée à de l’eau circulant dans un circuit fermé ce qui permet le chauffage de l’habitation ou de l’eau.

Ce mode de production d’énergie présente l’inconvénient de dégager des gaz à effet de serre dans l’atmosphère tels que le CO2. De plus, les combustibles principaux, les roches fossiles, sont quasiment épuisés. L’Homme cherche donc à développer d’autres modes de production d’énergie.
2. Production d'énergie par fission
L’énergie nucléaire est produite à partir d’uranium 235U enrichi. Comme tout atome l’uranium contient un noyau formé par l’association de neutrons et de protons.
Lorsque l’on bombarde ce noyau avec un neutron, il se clive en deux noyaux plus petits. S’en suit une réaction en chaîne où des neutrons percutent des noyaux de plus en plus petits. Cette fission de noyaux s’accompagne d’une libération d’énergie, l’énergie nucléaire.
Ce mode de production d’énergie présente un inconvénient non négligeable, celui de produire des déchets radioactifs qu’il faut stocker durant plusieurs centaines d’années.
3. Production d'énergie par fusion
Le Soleil est une étoile formée d’hydrogène et d’hélium. Lorsque deux noyaux d’hydrogène se percutent, ils fusionnent pour donner naissance à un atome d’hélium. Cette réaction de fusion produit de l’énergie, l’énergie solaire.

Aujourd’hui, l’Homme arrive à maîtriser cette énergie en la captant et en la convertissant en d’autres formes d’énergie (énergie hydraulique, énergie éolienne) et à la récupérer après qu’elle ait été emprisonnée dans la biomasse au cours de la réaction de photosynthèse.
Il n’arrive toutefois pas encore à reproduire sur Terre les conditions permettant cette réaction de fusion nucléaire. Cette technologie constituerait une avancée importante puisque l’hydrogène est un combustible quasi-inépuisable et dont la fusion produit peu de déchets.
L'essentiel
Pour produire de l’énergie, l’Homme utilise différentes technologies :
• La combustion qui utilise les roches fossiles et la biomasse
• La fission nucléaire qui utilise l’uranium
• De façon indirecte, il utilise l’énergie solaire produite par fusion nucléaire et cherche à reproduire les conditions de cette réaction chimique sur Terre.

La combustion et la fission nucléaire sont des modes de production d’énergie polluants et utilisant des ressources énergétiques épuisables. Pour toutes ces raisons, l’Homme développe de nouvelles formes d’énergies dites renouvelables.

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