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Corrigé de brevet 2017 de physique et SVT - Approvisionnement énergétique

Dans cette session de soutien scolaire, révision DNB complète avec cet exemple de sujet corrigé de brevet 2017 de physique et SVT.

Cette épreuve de brevet 2017 sciences physiques SVT a été proposée aux élèves de Pondichéry. Karine et Philippe, nos profs de soutien scolaire en ligne, vous proposent des pistes de réflexion pour répondre aux questions et préparer au mieux votre DNB.

La multiplicité et le développement des énergies dites renouvelables constituent une préoccupation actuelle.
Le sujet d’étude porte sur les solutions d’approvisionnement énergétique sur un territoire.

Sujet de l'épreuve DNB sciences physiques

On s’intéresse à l’approvisionnement énergétique de quelques villes françaises.

Document 1 : quelques définitions concernant les trois types d’énergie

Une énergie non renouvelable désigne l'énergie que l'on produit à partir de la combustion de matières premières fossiles d’origine organique (issues d’êtres vivants) : le pétrole, le charbon et le gaz naturel. Elle n’est pas renouvelable à l’échelle d’une vie humaine.

Une énergie renouvelable est une ressource énergétique dont le renouvellement naturel est assez rapide pour qu'elle puisse être considérée comme inépuisable à l'échelle d’une vie humaine. L’énergie solaire (produite à partir du soleil), l’énergie éolienne (produite à partir du vent), l’énergie géothermique (produite par l’activité interne de la Terre), l’énergie provenant de la biomasse (produite à partir de la matière organique des êtres vivants) et l’énergie hydraulique (produite à partir de la force de l’eau) sont des types d’énergie renouvelable.

L’énergie nucléaire est une énergie qui provient du noyau des atomes.

Document    2 :    Estimation   de    la    part    des  différents    types    d’énergie   dans l’approvisionnement énergétique mondial

 

Types d’énergie

 

 

2010

 

2020

 

2035

Energies non renouvelables Pétrole Charbon Gaz

 

81%

 

80%

 

74%

Energie nucléaire Nucléaire 6% 5% 6%

 

Energies renouvelables

Géothermique Solaire Provenant de la biomasse Hydraulique

 

 

13%

 

 

15%

 

 

20%

Question 1

En vous appuyant sur les données du document 2, comparer l’évolution de la part des différents types d’énergie dans l’approvisionnement énergétique entre 2010 et 2035.

Document 3. Cartes de la répartition du débit d'énergie géothermique, de la moyenne de l'ensoleillement et de la vitesse des vents en France

sujet brevet 2017 pondichéry physique SVT

Document 4 : les avantages et les inconvénients de trois énergies renouvelables

 

Energies Géothermique Solaire Eolienne

 

Avantage

 

Ressource inépuisable à l’échelle d’une vie humaine.

 

 

 

Inconvénients

Une centrale géothermique n’est installée qu’à partir d’un débit d’énergie en surface suffisant (supérieur à 120 mW/m²)

Certains panneaux solaires ne sont pas rentables si la durée d’ensoleillement ne dépasse pas

1800 heures de soleil par an

 

Une éolienne ne produit pas d’électricité si la vitesse du vent est inférieure à 7,5 m/s

Question 2

A partir des informations des documents 3 et 4, citer (sans justifier) la ou les énergies renouvelables les plus pertinentes pour les trois villes françaises suivantes : Strasbourg, Brest et Marseille.

Question 3

A partir des documents 1 à 4, proposer une solution à l’approvisionnement énergétique de la ville de Reims. Justifier votre réponse.

 

Corrigé de l'examen

Question1. La rédaction doit utiliser les locutions “alors que” ou “tandis que” puisqu'il s'agit de rédiger une comparaison. Ce qui peut donner :

Entre 2010 et 2020, l'utilisation des énergies non renouvelables et nucléaire doit diminuer de 1% alors que celle des énergies renouvelables doit progresser de 2% à l'échelle mondiale.

A l'horizon 2035, la part de l'approvisionnement en énergies fossiles doit baisser de 6 % tandis que celle de l'approvisionnement en énergie nucléaire peut augmenter de 1% et celle de l'approvisionnement en énergies renouvelables doit progresser de 5%.

Question 2. Il s'agit de rechercher dans chaque carte (doc.3) les valeurs du débit géothermique, de l'ensoleillement moyen et de la vitesse moyenne des vents pour chaque ville. La comparaison de ces valeurs avec la ligne “inconvénients” du doc.4 permet de déduire (sans justification) si chaque type d'énergie peut être ou non utilisé dans chacune des 3 villes. On déduit ainsi :

- Strasbourg : énergie géothermique

- Brest : énergie éolienne

- Marseille : énergies solaire et éolienne

 

Question 3. Il faut considérer les données documentaires prises dans un ordre quelconque afin de rédiger une réponse ordonnée et argumentée.

Les documents 3 et 4 montrent que Reims :

- a un débit moyen géothermique inférieur à 110 mW/m² (doc.3), ce qui interdit l'usage de l'énergie géothermique exploitable à partir d'un débit au moins égal à 120 mW/m² (doc.4).

- a une durée d'ensoleillement inférieure à 1500 h/an (doc.3), ce qui interdit l'utilisation de l'énergie solaire exploitable à partir de 1800 h/an (doc.4).

- subit des vents d'une vitesse inférieure à 5,5 m/s (doc.3), ce qui interdit l'usage de l'énergie éolienne exploitable à partir de vents d'une vitesse au moins égale à 7,5 m/s (doc.4).

Reims ne peut donc pas compter sur ces 3 sources d'énergie renouvelable si elle compte atteindre les objectifs d'augmentation de 2% puis 5% des énergies renouvelables en 2010 et 2035 (doc.2).

Mais le doc.1 indique que les énergies renouvelables sont constituées, outre des énergies géothermique, solaire et éolienne, de l’énergie hydraulique et de celle provenant de la biomasse. Reims doit donc faire porter ses efforts sur ces deux (ou au moins l'une) sources d'énergie afin de satisfaire son approvisionnement énergétique.

Épreuve brevet SVT

Dans certaines zones du sud de la France particulièrement venteuses, on peut observer de nombreux champs d’éoliennes qui produisent une énergie électrique dite renouvelable. Nous allons voir ici pourquoi ce choix n’a pas été fait à grande échelle.

Énoncé et corrigé du sujet

 

Question 1

sujet brevet 2017 SVT Pondichery corrigé

Dans l’image ci-contre, on recense différents types d’énergies renouvelables.  Les nommer et associer à chacun une source d’énergie.

 

 Un exemple de réponse est donné dans le tableau ci-dessous :

Type d’énergie Source d’énergie
énergie de biomasse déchets
énergie hydraulique eau
énergie éolienne vent
énergie géothermique chaleur de la Terre
énergie solaire soleil

On s’intéresse au fonctionnement d’une centrale éolienne. Sous l’action du vent, les pales de l’éolienne entraînent l’alternateur en rotation, qui produit alors un courant alternatif. Les éléments en mouvement subissent un échauffement, ainsi, une partie de l’énergie mécanique est transformée en énergie thermique dite « perdue » car elle n’est pas utilisée.

Question 2   

Reproduire sur la copie et compléter la chaîne énergétique ci-après en choisissant parmi les mots ou groupe de mots suivants (utilisables plusieurs fois): énergie cinétique, énergie électrique, énergie mécanique, énergie potentielle, énergie thermique, énergie lumineuse, alternateur, eau, vent.

sujet d'examen DNB 2017 SVT

Cette question porte sur les notions de transfert d’énergie et de bilan énergétique.

Le vent fait tourner les pales grâce à l’énergie cinétique produite par la vitesse du vent. Celle-ci est convertie en énergie thermique et en énergie mécanique. Cette énergie mécanique est transformée en énergie électrique grâce à l’alternateur constituant l’éolienne. Une partie de l’énergie mécanique est aussi transformée en énergie thermique (pertes par effet Joules)

Question 3  

3a- On considère une masse d’air de 1 kg, dont la vitesse passe de la valeur  3 m/s à 9 m/s. En s’appuyant sur un calcul, dire si l’énergie cinétique de la masse d’air :

a- reste la même

b- est multipliée par 3

c- est multipliée par 9

La notion d’énergie cinétique est importante dans cette question. Elle est donnée par la formule Ec = ½ x m x v²

Si la vitesse “v” est multipliée par 3, le terme “v²” de la formule de l’énergie cinétique est alors multipliée par 3² = 9

3b- Le physicien allemand Albert Betz affirme que 60% seulement de l’énergie cinétique du vent est transformée en énergie mécanique au niveau des pales. On donne dans le tableau ci-dessous la valeur annuelle, en mégawattheure (MW.h), des énergies intervenant dans la chaîne énergétique d’une éolienne.

Énergie cinétique du vent (en MW.h)

 

Énergie mécanique produite (en MW.h) Énergie électrique produite (en MW.h)
17 530  10 510 4 030

Vérifier par un calcul l’affirmation du physicien allemand Betz.

Un simple calcul de pourcentage vous permet de répondre à la question en prenant comme référence 100 % pour  l’énergie cinétique du vent.

La consommation électrique française annuelle est égale à 478 200 GW.h.

Question 4 

4a- Sachant que la production électrique annuelle d’une éolienne est de 4 030 MW.h et que la surface minimale nécessaire à son installation est de 24 hectares, évaluer par un calcul la surface qu’ occuperait un parc éolien répondant aux besoins de la consommation française. Donnée : 1 gigawattheure (GW.h) = 1000 MW.h

Une conversion de la consommation électrique française en MW.h. (478 200 GW.h.             = 478 200 000 MW.h.) permet aisément de calculer le nombre d’éoliennes nécessaire pour répondre aux besoins de la consommation française puis à la surface minimale occupée par le parc éolien

 4b- Expliciter, en apportant au moins 2 arguments, pourquoi l’énergie éolienne ne peut pas être le seul choix pour répondre aux besoins croissants en électricité.

Donnée : valeur moyenne de la surface d’un département S = 2 850 000 hectares.

Il est nécessaire d’installer les éoliennes dans des régions où il y a beaucoup de vents. La surface nécessaire pour produire l’équivalent d’une consommation annuelle française est équivalente à un département.

Notre équipe de soutien scolaire en ligne vous souhaite de bonnes révisions et une pleine réussite dans votre brevet physique SVT.

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