Karamö, le prof virtuelLeçon 12 sur 25
Les modes de production de l'énergie électrique
Je sais citer les différentes centrales électriques, dire à partir de quelle source d'énergie chacune produit l'électricité, et comparer leurs avantages et inconvénients, en particulier en Guinée.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Distinguer sources d'énergie renouvelables et non renouvelables
- Décrire le principe des principales centrales (hydraulique, thermique, nucléaire, éolienne, solaire)
- Reconnaître le rôle commun de la turbine et de l'alternateur
- Comparer les modes de production et justifier le choix de l'hydroélectricité et du solaire en Guinée
Avant de commencer : Produire une tension alternative en déplaçant un aimant devant une bobine (9e), les notions de puissance (en W) et de conversion d'énergie.
1Je découvre
Pendant les vacances, Alpha et sa sœur Hawa voyagent de Conakry vers Kindia en taxi-brousse. Au bord de la route, Alpha remarque de grands pylônes métalliques reliés par de gros câbles, qui s'étendent à perte de vue. « Ces lignes transportent l'électricité produite par les barrages sur le fleuve Konkouré », explique le chauffeur.
Arrivés au village de leur grand-père, près de Kindia, ils découvrent que la maison n'est pas reliée au réseau : un panneau solaire posé sur le toit charge une batterie qui alimente quelques lampes et un poste de radio. Le soir, chez le voisin commerçant, c'est un groupe électrogène qui ronronne pour faire tourner le congélateur.
Hawa est intriguée : l'eau d'un fleuve, la lumière du Soleil, le carburant d'un moteur… Comment des choses si différentes peuvent-elles toutes donner de l'électricité ?
D'où vient l'énergie électrique, quels sont les différents modes de production, et lesquels conviennent le mieux à la Guinée ?
2Je comprends
1. L'électricité se fabrique
L'énergie électrique n'existe pas « toute prête » dans la nature (la foudre ne peut pas être récupérée). Il faut la produire en transformant une autre forme d'énergie, appelée énergie primaire ou source d'énergie.
On classe les sources d'énergie en deux familles :
| Sources renouvelables | Sources non renouvelables |
|---|---|
| Se reconstituent rapidement à l'échelle humaine | Stocks formés en des millions d'années, qui s'épuisent |
| Eau des fleuves (hydraulique), Soleil, vent, biomasse (bois, déchets végétaux), chaleur de la Terre (géothermie) | Pétrole et ses dérivés (fioul, gasoil), gaz naturel, charbon, uranium |
| Peu ou pas de gaz à effet de serre en fonctionnement | Le pétrole, le gaz et le charbon rejettent beaucoup de dioxyde de carbone (CO2) |
2. Le principe commun : turbine et alternateur
Dans la plupart des centrales, l'électricité est produite par un alternateur : un gros aimant (ou électroaimant) tourne à l'intérieur de bobines de fil de cuivre. Tu as vu en 9e que déplacer un aimant devant une bobine fait apparaître une tension alternative à ses bornes.
Pour faire tourner l'alternateur, on utilise une turbine : une roue munie de pales ou d'aubes, mise en rotation par de l'eau, de la vapeur ou du vent. Ce qui change d'une centrale à l'autre, c'est ce qui fait tourner la turbine.
- 1Une source d'énergie primaire est disponible : eau en hauteur, combustible, uranium ou vent.
- 2Elle met en mouvement un fluide : chute d'eau, vapeur sous pression ou air en mouvement.
- 3Le fluide fait tourner une turbine (énergie mécanique).
- 4La turbine entraîne l'alternateur, qui transforme l'énergie mécanique en énergie électrique.
- 5Des transformateurs élèvent la tension et des lignes transportent l'électricité jusqu'aux consommateurs.
3. Les principales centrales
La centrale hydroélectrique. Un barrage retient l'eau d'un fleuve et forme un lac de retenue. L'eau descend par une conduite forcée et fait tourner la turbine. L'énergie de position de l'eau en hauteur devient énergie de mouvement, puis énergie électrique. La source est renouvelable : les pluies remplissent la retenue chaque année.
La centrale thermique à flamme. On brûle du fioul, du gaz ou du charbon. La chaleur fait bouillir de l'eau dans une chaudière ; la vapeur sous pression fait tourner la turbine. Dans les petites centrales et les groupes électrogènes, c'est un moteur diesel qui entraîne directement l'alternateur.
La centrale nucléaire. La chaleur provient de la fission de noyaux d'uranium dans un réacteur. Elle produit de la vapeur qui fait tourner la turbine, comme dans une centrale thermique. Elle produit beaucoup d'électricité sans rejeter de CO2, mais elle laisse des déchets radioactifs dangereux pendant très longtemps. Il n'y a pas de centrale nucléaire en Guinée.
L'éolienne. Le vent fait tourner les pales d'une hélice, reliée à un alternateur. Elle ne fonctionne que quand il y a assez de vent.
Le panneau solaire photovoltaïque. C'est une exception : il transforme directement la lumière du Soleil en électricité, sans turbine ni alternateur. Il fournit une tension continue. On le couple souvent à une batterie pour avoir de l'électricité la nuit. On le voit sur les toits des maisons, dans les centres de santé ruraux, sur les lampadaires et les pompes à eau des villages.
4. Comparer les modes de production
| Mode | Source | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|---|
| Hydroélectrique | Eau des fleuves | Renouvelable, pas de combustible à acheter, très grande puissance | Barrage coûteux ; villages et terres inondés ; production plus faible en fin de saison sèche |
| Thermique (fioul, gaz) | Combustible fossile | Rapide à démarrer, installée près des villes | Combustible importé et cher ; pollution de l'air ; rejets de CO2 |
| Groupe électrogène | Gasoil ou essence | Petit, déplaçable, utile en secours | Bruyant, polluant, carburant coûteux ; danger des gaz d'échappement dans un local fermé |
| Solaire photovoltaïque | Soleil | Renouvelable, silencieux, adapté aux villages isolés | Ne produit rien la nuit, moins par temps couvert ; batteries à remplacer |
| Éolienne | Vent | Renouvelable, sans rejet | Dépend du vent ; peu adaptée aux régions peu ventées |
| Nucléaire | Uranium | Énorme production, sans CO2 | Déchets radioactifs, risque d'accident grave, coût très élevé |
5. La production d'électricité en Guinée
La Guinée est souvent appelée le « château d'eau de l'Afrique de l'Ouest » : de grands fleuves y prennent leur source, comme le Niger, le Sénégal (par le Bafing) et la Gambie, et la saison des pluies apporte d'abondantes précipitations, surtout en Basse-Guinée et en Guinée forestière. Le relief du Fouta-Djallon crée de nombreuses chutes. Le pays dispose donc d'un important potentiel hydroélectrique.
Plusieurs barrages sont construits sur le fleuve Konkouré. Voici leur puissance installée :
À côté de ces barrages, des centrales thermiques au fioul complètent la production, notamment en saison sèche quand le débit des fleuves diminue. Dans les zones rurales non reliées au réseau, les panneaux solaires et les groupes électrogènes sont très utilisés.
6. Calculer une énergie produite
La puissance P d'une centrale indique l'énergie qu'elle produit chaque seconde. Elle s'exprime en watts (W) : 1 kW = 1 000 W et 1 MW = 1 000 000 W = 1 000 kW.
L'énergie produite pendant une durée t vaut :
E = P × t.
Avec P en kilowatts et t en heures, E est en kilowattheures (kWh), l'unité utilisée sur les factures d'électricité.
Méthode
Pour calculer l'énergie électrique produite :
- Je relève la puissance P et je la convertis en kW (ou en MW pour une centrale).
- Je relève la durée t de fonctionnement en heures.
- Je calcule E = P × t.
- J'écris l'unité : kWh si P est en kW, MWh si P est en MW (1 MWh = 1 000 kWh).
Exemple
Le panneau solaire du grand-père d'Alpha a une puissance de 300 W. On estime qu'il fonctionne l'équivalent de 5 heures par jour à pleine puissance. Quelle énergie produit-il par jour ?
P = 300 W = 0,3 kW ; t = 5 h.
E = 0,3 × 5 = 1,5 kWh par jour.
Exemple
Le groupe électrogène du voisin a une puissance de 5 kW et fonctionne 4 heures chaque soir. Quelle énergie produit-il ? Compare avec le panneau solaire.
E = 5 × 4 = 20 kWh par soir.
C'est 20 / 1,5 ≈ 13 fois plus que le panneau, mais au prix de carburant acheté chaque jour, de bruit et de fumées.
Exemple
Si le barrage de Kaléta fonctionnait à sa pleine puissance de 240 MW pendant 24 heures, quelle énergie produirait-il ?
E = 240 × 24 = 5 760 MWh, soit 5 760 000 kWh.
Il faudrait plus de 3,8 millions de panneaux solaires comme celui du grand-père pour produire autant en une journée (5 760 000 / 1,5 = 3 840 000).
3Je retiens
Je retiens
L'énergie électrique se produit en transformant une énergie primaire : renouvelable (eau, Soleil, vent, biomasse) ou non renouvelable (pétrole, gaz, charbon, uranium).
Dans la plupart des centrales, une turbine entraîne un alternateur qui produit une tension alternative.
Hydraulique : l'eau d'un barrage fait tourner la turbine. Thermique : la vapeur ou un moteur diesel. Nucléaire : la vapeur produite par la fission de l'uranium. Éolienne : le vent.
Le panneau photovoltaïque transforme directement la lumière en électricité continue, sans alternateur.
En Guinée, l'hydroélectricité domine (barrages du Konkouré), complétée par des centrales thermiques, le solaire et les groupes électrogènes.
Énergie : E = P × t (kW × h = kWh).
4Erreurs fréquentes
- Croire que le panneau solaire contient un alternateur : il transforme directement la lumière en électricité, en courant continu.
- Classer le fioul ou le gaz parmi les énergies renouvelables : ce sont des combustibles fossiles, dont les stocks s'épuisent.
- Confondre puissance (en W, kW, MW) et énergie (en kWh ou J) : une centrale de 240 MW ne « produit » pas 240 MW, elle produit une énergie qui dépend de sa durée de fonctionnement.
- Oublier les inconvénients d'une source renouvelable : un barrage inonde des terres, un panneau ne produit rien la nuit.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Classe les sources d'énergie suivantes en renouvelables et non renouvelables : le vent, le gasoil, l'eau du Konkouré, le charbon, le rayonnement solaire, l'uranium, le bois de chauffe géré durablement, le gaz naturel.
Voir le corrigéCacher le corrigé
Renouvelables : le vent, l'eau du Konkouré, le rayonnement solaire, le bois de chauffe géré durablement.
Non renouvelables : le gasoil, le charbon, l'uranium, le gaz naturel.
2Exercice 2
Recopie et complète le tableau.
| Centrale | Ce qui fait tourner la turbine | Source primaire |
|---|---|---|
| Hydroélectrique | … | … |
| Thermique à flamme | … | … |
| Nucléaire | … | … |
| Éolienne | … | … |
Voir le corrigéCacher le corrigé
Hydroélectrique : l'eau qui descend du barrage ; source : l'eau du fleuve (énergie hydraulique).
Thermique à flamme : la vapeur d'eau (ou un moteur diesel) ; source : fioul, gaz ou charbon.
Nucléaire : la vapeur d'eau ; source : l'uranium (fission).
Éolienne : le vent directement sur les pales ; source : le vent.
3Exercice 3
Un centre de santé de la région de Faranah est équipé de panneaux solaires d'une puissance totale de 2 kW. Ils fonctionnent l'équivalent de 6 heures par jour à pleine puissance.
a) Calcule l'énergie produite en une journée.
b) Calcule l'énergie produite en 30 jours.
c) Donne deux avantages et un inconvénient de ce choix pour un centre de santé isolé.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) E = 2 × 6 = 12 kWh par jour.
b) E = 12 × 30 = 360 kWh en 30 jours.
c) Avantages : pas de carburant à acheter ni à transporter sur des pistes difficiles ; installation silencieuse et sans fumée ; énergie renouvelable. Inconvénient : pas de production la nuit ni par temps très couvert, il faut des batteries, qui coûtent cher et s'usent.
4Exercice 4
(Type BEPC) Lis le document suivant, puis réponds aux questions.
« La Guinée possède un important potentiel hydroélectrique. Sur le fleuve Konkouré, le barrage de Garafiri a une puissance installée de 75 MW, celui de Kaléta de 240 MW et celui de Souapiti de 450 MW. En saison sèche, des centrales thermiques au fioul complètent la production. »
a) Pourquoi la Guinée est-elle favorable à l'hydroélectricité ?
b) Décris la chaîne de transformations d'énergie dans une centrale hydroélectrique.
c) Calcule la puissance installée totale des trois barrages.
d) Pourquoi faut-il des centrales thermiques en saison sèche ? Donne un inconvénient de ces centrales.
e) Calcule l'énergie que produirait le barrage de Souapiti en 10 heures à pleine puissance, en MWh puis en kWh.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) La Guinée reçoit beaucoup de pluie, de grands fleuves y prennent leur source et le relief crée des chutes : l'eau est abondante et peut être stockée en hauteur par des barrages.
b) Énergie de position de l'eau retenue en hauteur → énergie de mouvement de l'eau dans la conduite forcée → énergie mécanique de rotation de la turbine → énergie électrique produite par l'alternateur.
c) 75 + 240 + 450 = 765 MW.
d) En saison sèche, le débit des fleuves et le niveau des retenues baissent, donc les barrages produisent moins. Inconvénients des centrales thermiques : le fioul est cher et importé ; elles polluent l'air et rejettent du dioxyde de carbone.
e) E = 450 × 10 = 4 500 MWh = 4 500 000 kWh.
5Exercice 5
Un village de Guinée forestière n'est pas relié au réseau électrique. Le chef du village hésite entre un groupe électrogène de 5 kW et une installation solaire avec batteries. Rédige un court paragraphe (5 à 6 lignes) pour l'aider à choisir, en comparant les deux solutions.
Voir le corrigéCacher le corrigé
Exemple de réponse : « Le groupe électrogène de 5 kW coûte moins cher à l'achat et fournit du courant à tout moment, mais il faut acheter du carburant chaque jour et l'apporter jusqu'au village ; il est bruyant et rejette des fumées. L'installation solaire coûte plus cher au départ, mais le Soleil est gratuit et abondant en Guinée ; elle est silencieuse et ne pollue pas. Il faut cependant des batteries pour la nuit et les remplacer tous les quelques années. Pour éclairer les maisons, l'école et le centre de santé, le solaire est le meilleur choix à long terme ; le groupe peut servir de secours. »
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
Crée ton compte élève gratuit pour cocher les leçons terminées, suivre ta progression et gagner des points au QCM.
