PARTIE 2 (6 points) - LE DÉFI ÉNERGÉTIQUE
Le saut démographique mondial (7 milliards d’habitants en juin
2011, plus de 9 milliards à l’horizon 2050), couplé au
fort développement des pays en voie de développement va se
traduire par une augmentation de la consommation d’énergie
mondiale (estimée au double de la consommation actuelle). Face
à la demande, chercheurs et ingénieurs travaillent à
d’autres solutions.
Document 1 : des cellules pas comme les autres …
Les cellules solaires traditionnelles convertissent la lumière en
électricité en exploitant l’effet photovoltaïque.
Un professeur de l’université de Tokyo a mis au point des
cellules photovoltaïques capables de stocker
l’électricité. Il en a fait des objets de
décoration.
Une cellule solaire nommée « Annabelle », du nom
d’une variété d’hortensia, ressemble à un
tableau (cf illustration ci-dessous) représentant cette fleur dont
les pétales bleuissent au soleil. Au-delà de ce changement de
couleur, cette cellule est également capable de stocker de
l’énergie, et permet de recharger deux fois un
téléphone portable. Une fois que la cellule est vidée
de son énergie, les pétales bleus des motifs floraux de la
cellule-tableau deviennent blancs.
D’après
les Techniques de l’Ingénieur – vite s’informer
– 21 Août 2014
Capture d’écran d’un
reportage vidéo de l’AFP sur la cellule solaire japonaise
« hortensia »
Document 2 : le thorium, futur nucléaire vert ?
Tout comme l’uranium 238 (
)
dont il est la seule alternative, le thorium est parfois
considéré comme l’avenir du nucléaire. À
Grenoble, les chercheurs du LPSC (Laboratoire de Physique Subatomique et de
Cosmologie) travaillent sur un réacteur à sels fondus
fonctionnant au thorium, le « molten salt fast reactor ».
Infiniment plus abondant dans la nature que l’uranium 235 fissile
usuellement utilisé, le thorium peut être transformé par
une suite de réactions nucléaires, en uranium 233
également fissile. D’où l’idée de
développer des réacteurs surgénérateurs
fonctionnant au thorium, « ce qui résoudrait tous les
problèmes de ressources énergétiques pour les 10
siècles à venir » indique Elsa Merle-Lucotte,
enseignante à Grenoble et chercheuse au LPSC.
« Enfin, les réacteurs au thorium réduiraient
naturellement la production de déchets à vie longue. Les
déchets produits par les réacteurs au thorium sont radioactifs
pendant 10 à 15 ans seulement dans leur grande majorité, et
seule une fraction de 0,01 % est radioactive durant des milliers
d’années.»
Source :
d’après Grenoble IN’Press – Institut
polytechnique de Grenoble
QUESTIONS :
Question 1 :
1.1. Indiquer si la ressource énergétique utilisée
par les cellules solaires est renouvelable ou non-renouvelable. Justifier
brièvement la réponse.
1.2. Recopier sur votre copie la chaîne énergétique
ci-dessous correspondant à la production
d’électricité par une cellule photovoltaïque
classique. La compléter en précisant dans les rectangles la
nature des énergies mises en jeu.
1.3. L’énergie moyenne stockée par un
téléphone portable chargé à 100 % est de 20
Wh. Certaines applications gourmandes en énergie nécessitent
une puissance de 2 W. Calculer la durée d’utilisation du
portable dans ces conditions. Justifier.
1.4. Calculer l’énergie qu’une cellule solaire «
Annabelle » est capable de stocker. Justifier.
Question 2 :
Le document 2 propose un autre combustible fissile que l’uranium
pour les centrales nucléaires.
2.1. L’uranium 238, l’uranium 235, l’uranium 233 sont
des isotopes. Définir le terme isotope.
2.2. Une suite de réactions nucléaires
élémentaires permet de faire passer du thorium 232 à
une forme fissile de l’uranium. La première de ces
réactions correspond à l’équation de
réaction ci-dessous.
est le symbole du neutron.
Déterminer les valeurs de A et Z. Justifier.
2.3. Citer un des avantages majeurs que présente
l’utilisation du thorium 232.
2.4. Indiquer si l’expression « futur nucléaire vert
» est appropriée. Expliquer brièvement.