Fiche de cours

Établir un bilan énergétique

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Objectif

Établir le bilan énergétique d'une centrale électrique simple.

Niveau préconisé : 3^e

Points clés

Une chaine énergétique indique la source d'énergie (initiale) et les différentes formes d'énergie.
Le bilan énergétique est tel que : E_exploitée = E_utile + E_dissipée.
Lors des transferts ou des conversions d'énergie, la somme des énergies à l'état initial est toujours égale à la somme de toutes les énergies à l'état final.
Un bilan énergétique tient compte de toutes les quantités d'énergie produites, transformées et consommées.
Entre l'énergie initiale consommée et l'énergie finale (celle qui est utile), une succession de transformations et de conversions ont lieu, avec à chaque fois des pertes d'énergie.

Pour bien comprendre

Les différentes formes d'énergie
La représentation d'une chaine énergétique

1. Un exemple de centrale électrique : la centrale hydraulique

Une centrale hydraulique

Principe de fonctionnement d'une centrale hydraulique :

La source d'énergie primaire utilisée est l'eau, une source d'énergie renouvelable. Une grande quantité d'eau est stockée par un barrage, l'eau circule alors dans une conduite forcée le long d'une forte pente à proximité.
La force de l'eau (sous la forme d'énergie de mouvement ou d'énergie mécanique) fait tourner une turbine qui fait tourner un alternateur. De l'électricité est donc produite à partir de l'énergie mécanique.

2. Chaine énergétique et bilan énergétique

Le bilan énergétique met en évidence la source d'énergie de départ et les différentes formes d'énergie.

Exemple

Chaine énergétique d'une centrale hydraulique

Dans une chaine énergétique, les pertes sont appelées les énergies dissipées.

L'énergie réellement utilisée est appelée l'énergie utile et l'énergie initiale est appelée l'énergie exploitée.

L'énergie utilisée correspond à la forme d'énergie dont un objet technique a besoin pour son fonctionnement.

L'énergie produite correspond à la forme d'énergie qu'un objet technique crée lors de son fonctionnement.

La quantité d'énergie exploitée se trouve dans la quantité d'énergie initiale.
Dans tous les cas, on aura : E_exploitée = E_utile + E_dissipée

Conversion de l'énergie exploitée en énergies utile et dissipée

Remarque
Pour une même quantité d'énergie exploitée (initiale), si l'énergie dissipée (les pertes) est grande, l'énergie utile est alors faible. Dans ce cas, l'énergie électrique obtenue est donc également faible.
Il faut donc que les pertes soient les plus petites possibles.

Exemple
On a mesuré pendant un intervalle de temps la quantité d'énergie fournie à la lampe et la quantité d'énergie restituée par la lampe sous forme de lumière et de chaleur.

Chaine énergétique d'une lampe avec le bilan des énergies

Ici, seule l'énergie lumineuse est une énergie utile, tandis que l'énergie thermique est une perte d'énergie.

Remarque
La relation E_exploitée = E_utile + E_dissipée est ici vérifiée car on a :
E_utile + E_thermique = 12 + 48 = 60 J = E_électrique

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