Auteur Christine brunel académie de lyon fiche 2 Fiche ÉlÈve





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date de publication19.05.2017
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FICHE 1

PRÉSENTATION



Titre

NEGAWATT VS MEGAWATT

Type d'activité

Activité documentaire

Objectifs de l’activité

Extraire et exploiter des informations

Argumenter




Références par rapport au programme

Cette activité illustre les thèmes :
COMPRENDRE et AGIR / Défis du XXIème siècle
et les sous thèmes :
Transferts d’énergie entre systèmes macroscopiques et enjeux énergétiques





Notions et contenus

  • Transferts thermiques

  • Capacité thermique

  • Economies d’énergie

Compétences exigibles

  • Interpréter les transferts thermiques.

  • Etablir un bilan énergétique.

  • Argumenter sur des solutions permettant de réaliser des économies d’énergie.

  • Faire un bilan énergétique dans le domaine de l’habitat.



Auteur


Christine BRUNEL

Académie de LYON


FICHE 2
Fiche ÉlÈve

NEGAWATT VS MEGAWATT
Quelle réponse la science peut-elle apporter aux enjeux énergétiques du XXIe siècle tout en préservant la planète ?
La demande mondiale en énergie explose et les scientifiques cherchent à préparer la transition vers un bouquet énergétique décarboné dans le but de limiter à +2°C l’augmentation de température de la planète d’ici la fin du siècle.

Le bâtiment est l’un des secteurs les plus gourmands en énergie avec une contribution à l’émission de dioxyde de carbone croissante depuis vingt ans. Il y a urgence, ça chauffe !

Deux voies s’ouvrent : l’une vise à améliorer la sobriété de consommation et son efficacité, l’autre tend vers le développement des énergies renouvelables.

Les deux frères ennemis, Négawatt qui prône les économies, ou Mégawatt à la recherche de nouvelles sources d’énergie comme le photovoltaïque, sont-ils réconciliables?
Doc.1


« L’énergie la moins chère et la plus écologique est celle qu’on ne dépense pas. »

Ce devrait être la première priorité qu’ont comprise nombre de gouvernements en encourageant par exemple le « down sizing » en automobile et les crédits d’impôts pour les investissements d’économie d’énergie dans l’habitat. Une nouvelle campagne de « chasse au gaspi » doit être encouragée, prônant le « négawatt » par opposition au « mégawatt ».

Quand on chauffe une maison, les échanges de température avec l’extérieur occasionnent des pertes de calories. On estime qu’elles sont de 16 à 25% par les portes et fenêtres, 30% par la toiture, 10 à 16% par le sol et 5% par les ponts thermiques…. On sait que la moyenne de consommation des bâtiments anciens est située entre 250 et 350 kWh/m²/an. Après le Grenelle de l’environnement, les objectifs sont nettement plus ambitieux :

Année

Objectif de consommation moyenne (kWh/m²/an)

2008

150

2010

120

2013

50

2020

0





L’amélioration du rendement et de l’efficacité énergétique des 30 millions de logements représente pour la France d’ici 2020 un immense chantier, particulièrement pour l’habitat ancien, et un important business ainsi qu’un gisement d’emplois remarquable.

Jean-Claude Bernier Université de Strasbourg et Société Chimique de France


Doc.2


Lorsqu’un corps ou une paroi sépare deux zones à des températures différentes T1>T2, les lois de l’équilibre thermodynamique font que les calories diffusent à travers cette paroi si elle est conductrice de la chaleur. Le flux ne s’arrêtera que lorsque T1 = T2.

Ce flux est plus ou moins fort suivant la résistance thermique R de la paroi :

avec : e épaisseur de la paroi en m ; λ la conductivité thermique exprimée en W/K/m qui est une caractéristique d’un corps ; S aire de la surface de la paroi en m².

Matériaux

Conductivité thermique (W/K/m)

acier

46

verre

1,3

béton

0,9

bois

0,16

paille

0,04

Polystyrène expansé

0,036

Air sec

0,026

Laine de verre

0,04





Quand on sait que ce sont les vibrations des molécules ou des atomes qui sont, sous l’influence de la température, les vecteurs de la conduction, le vide est alors l’isolant absolu puisqu’il n’y a plus de vecteur de conduction.

J.C Bernier


Doc.3

Les aides gouvernementales sont-elles bien ciblées ?

Travaux

Investissement (€)


Crédit d’impôt (€)

Subvention (€)

Dépense (€)

Economie d’énergie par an

(kWh)

Amortissement/dépense

Economie réalisée par € investi

Photovoltaïque

19500

4000

500

15000

2000

93 ans

0,1 kWh


Isolation standard

12500

2300

0

10200

14000

7 ans

1,14 kWh


Données 2011

Données 2011





Doc.5


d:\documents and settings\christine\mes documents\my scans\2013-01 (janv.)\scannedimage-3.jpg

Processus d’absorption de la lumière dans un matériau semi-conducteur.

Lors de la conversion photovoltaïque, il y a création d’une paire électron-trou sous l’action d’un photon, le trou étant l’équivalent d’une charge positive.

Sous l’action du champ électrique ainsi créé à l’interface entre les deux zones, il y a séparation des charges et création d’un photo-courant d’intensité I dans un circuit extérieur.

On obtient une cellule solaire de puissance P = U.I où U est la différence de potentiel entre les deux zones.

EDP Sciences
Doc.4


L’énergie qui nous arrive directement du Soleil est de 1 à 2MWh par m² et par an. Dans le cadre du solaire voltaïque, avec des rendements de conversion de 10 à 20%, ce sont 100 à 200 kWh/m²/an que l’on peut récupérer directement sous forme électrique… Sur un an, chaque mètre carré reçoit environ 1,3 MWh à Paris, soit l’équivalent d’un baril de pétrole (159L)… La surface des infrastructures (toits, routes) potentiellement équipable en panneaux solaires est évaluée à 30 000km².

Daniel Lincot, Directeur de l’Institut de recherche et de développement sur l’énergie photovoltaïque



Doc.6

Il existe plusieurs facteurs à considérer pour le développement du photovoltaïque :

  • Le coût de l’énergie photovoltaïque comparé au prix réseau. Il varie selon les localisations géographiques.

  • L’intermittence : l’électricité est produite de jour et l’alternance jour-nuit rend le stockage nécessaire, mais à quel coût et avec quelle technologie ?

  • L’intégration aux bâtiments : esthétique ; poids relativement élevé des panneaux (16kg/m²) et étanchéité car le panneau intégré fait office de toit.

  • Procédés de fabrication : la purification du silicium contribue à l’émission de gaz à effet de serre.

  • Devenir des panneaux en fin de vie.

EDP Sciences


QUESTIONS



  1. Pourquoi l’habitat nécessite-t-il une réflexion sur son bilan énergétique ?




  1. Les documents 1 et 2 emploient le mot « calorie ». Que désigne précisément ce terme ? Quelle unité d’énergie est légalement utilisée ?




  1. En utilisant le document 3, vérifier que l’investissement par isolation est à peu près onze fois plus efficace que l’investissement dans les panneaux photovoltaïques. Quelles aides sont les plus importantes ? Combien de fois ? Comment les pouvoirs publics justifient-ils ces subventions ? Ont-elles toutefois un intérêt ?




  1. On souhaite isoler une maison ancienne construite en parpaings de béton d’épaisseur 20 cm couverts de 10 cm de laine de verre, par de la paille posée en couche d’épaisseur 40 cm. L’aire de la surface de mur à isoler est S = 120 m². En utilisant le document 2, après avoir calculé la résistance thermique de l’isolation RP et celle des murs en béton RB, puis rappelé la définition du flux thermique, discuter du choix de l’isolation avec la paille.




  1. @ Qui a fait la première observation de l’effet photovoltaïque ? Quel élément chimique est-il principalement utilisé pour réaliser un panneau photovoltaïque ?




  1. A l’aide du document 5, expliquer comment est produite l’énergie électrique dans une cellule photovoltaïque et définir son rendement.




  1. Les deux « frères ennemis » Négawatt et Mégawatt discutent des travaux à réaliser dans leur maison afin de la rendre plus performante sur le plan énergétique. Imaginer un dialogue d’une page dans lequel chacun argumente selon ses convictions, tout en essayant de trouver un accord.

Auteur : Christine BRUNEL Académie de LYON

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