L’alternateur

Lorsqu'une bobine est soumise à un champ magnétique variable obtenu par le déplacement d’un aimant ou d'une bobine en mouvement parcourue par un courant continu au voisinage d'une autre bobine, il apparaît un courant induit dans la bobine : c'est le phénomène d'induction électromagnétique.

L'alternateur électrique

Un alternateur électrique est constitué d'une partie mobile, le rotor et d'une partie fixe, le stator. Le rotor est constitué d'un aimant ou d'une bobine parcourue par un courant continu (jouant le rôle d’électroaimant). Son mouvement de rotation, à l'origine du phénomène d'induction électromagnétique, provoque l'apparition d'un courant induit dans la bobine fixe, le stator.La tension délivrée par un alternateur est alternative. Sa valeur maximale croît en fonction de la vitesse du rotor.

Rendement d'un alternateur. Le rendement η (lettre grecque appelée « nu ») d’un convertisseur d’énergie permet de voir l’efficacité de la conversion. C’est le rapport de l’énergie fournie au convertisseur à l’énergie utile récupérée en sortie :

η= énergieutilerécupérée

énergie fournieauconvertisseur

Le rendement, d'un alternateur est donné par la relation :

η= E électriqueEmécanique

= PélectriquePmécanique

Toute l’énergie mécanique n’est pas convertie en énergie électrique car il y a des pertes plus ou moins importantes dues aux frottements ou encore à l’effet Joule (échauffement des conducteurs au passage d’un courant électrique).Cependant, le rendement d'un alternateur de centrale est proche de 1 car les pertes sont limitées au maximum.

ou électroaimant en rotation (rotor)

fixe (stator)

L’énergie

1. L’énergie   : ressources et consommation

1.1. Ressources L’énergie primaire correspond aux ressources d’énergie disponibles dans l’environnement et directement exploitables. Elle peut être convertie en énergie secondaire telle que l’électricité.

Cette énergie primaire peut être classée en : Energie disponible sous forme de stock combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon) et l’uranium : ressources

concentrées dans certains gisements et non renouvelables à l’échelle de la vie humaine ; Energie disponible sous forme de flux : énergie due aux mouvements de matière (air, eau), au rayonnement

solaire, chute d’eau, marées, géothermie, biomasse… et ne pouvant être stockée.

1.2. La consommation 2. La consommation d'énergie est liée à notre modèle économique, basé sur la croissance, qui a fortement

augmenté durant les quatre dernières décennies. De très grandes inégalités relatives à son accès existent entre les pays et les individus dans le monde. En moyenne mondiale, cette énergie est utilisée à parts comparables par le secteur industriel, les transports, le secteur de l’habitat et dans une moindre mesure par le secteur agricole.L’énergie utilisée dans le monde provient essentiellement des combustibles fossiles.

3. Energie et puissanceL'énergie s'exprime en joules (symbole : J). Pour exprimer de grandes quantités d'énergie, on utilise plutôt la tonne d'équivalent pétrole (symbole : tep) ou le kilowattheure (symbole : kWh).

1 tep = 4,18 x 1010 J et 1 kWh = 3,6 x 106JL'énergie E produite ou consommée par un système de puissance moyenne P est liée à sa durée de fonctionnement Δt par la relation : E=P×∆ tavec E en joules (J), P en watts (W) et Δt en secondes (s).

4. Combustion et polluants atmosphériquesUne combustion est une transformation chimique dont les réactifs sont le plus souvent un composé carboné ou hydrocarburé (combustible) et du dioxygène (comburant). Une combustion génère de l'énergie thermique. L'énergie massique d'un combustible est l'énergie produite lors de la combustion d'un kilogramme de ce combustible.Les polluants atmosphériques (CO, NO, NO2, N2O, etc.) et les particules fines, émis notamment par les véhicules, ont des impacts néfastes sur la santé et provoquent des maladies respiratoires et cardiovasculaires. N2O contribue aussi à l’effet de serre.

5. L’empreinte carboneOn définit l’emprunte carbone, ou coût carbone, d’une activité ou d’une personne comme la masse de CO 2

produite, directement ou indirectement, par sa consommation d’énergie et de matière première. Pour un objet, il faut prendre en compte la totalité de son cycle de vie qui correspond à sa production (extraction des matières premières, fabrication, transport et distribution), son utilisation et son élimination ou recyclage .

Exercices sur l’alternateur

Exercice n°1   : Exercice n°2   : La bicyclette de mon grand-père Rendement d’un alternateur

Exercices sur l’énergie

Exercice n°1: La consommation électrique

1. Calculer l'énergie électrique consommée par chaque appareil sur une année, en Wh puis en kWh et en Joules.2. Calculer l'énergie consommée chaque année par une console utilisée en moyenne 1 h 15 min par jour dans l’unité qui vous semble la plus adaptée

Exercice n°2   : Impact environnemental de cafetières

Les documents suivants ont pour but d'analyser l'impact environnemental de trois types de cafetières : cafetière à filtre papier utilisant du café moulu dite « Filtre », machine expresso utilisant aussi du café moulu dite « Expresso » et machine utilisant des capsules individuelles rigides hermétiques, dite « Capsules ».

1. Quel type de cafetière permet de minimiser les émissions globales des GES par tasse de café ? Dans quelle proportion par rapport aux deux autres types de cafetières ?2. Proposer des explications aux écarts d'émissions liées à l'emballage et à la consommation d'électricité.

Exercicen°3 : Le biodiesel

Le carburant des véhicules diesel est appelé aujourd'hui B7. Cela signifie qu'il est obtenu en mélangeant du gazole d'origine pétrochimique, c'est-à-dire provenant du pétrole, avec un biogazole en proportion n'excédant pas 7 % en masse.• Le gazole pétrolier est un mélange com-plexe d'hydrocarbures que l'on modélisera par un corps pur de formule C12H26.• Le biodiesel est un carburant majoritairement obtenu à partir d'huiles, végétales ou animales, transformées par des réactions d'estérification. Il peut ainsi être utilisé en quantités raisonnables dans les moteurs sans nécessiter d'adaptation particulière. Il peut être assimilé à un composé de formule brute : C20H40O2.

Quelques donnéesPouvoirs calorifiques massiques :• gazole pétrolier : 42 000 kJ.kg-1

• biodiesel : 38 000 kJ.kg-1

Masses de dioxyde de carbone produites par kg de carburant :• gazole pétrolier : 3,10 kg• biodiesel : 2,82 kg

1. Calculer les masses de dioxyde de carbone produites par kJ d'énergie libérée pour chaque carburant, sachant que 75 % de la quantité dégagée par le biodiesel est compensée par la croissance des végétaux desquels il est extrait.2. Conclure quant à l'intérêt du mélange B7.3. La demande actuelle d'huiles nécessaires à la production de biodiesel ne cesse d'augmenter à l'échelle mondiale.Discuter les conséquences de l'utilisation massive de biocarburants et envisager les perspectives possibles.