Pourquoi, d'une centrale à la lampe, une grande partie de l'énergie est-elle perdue ?

Pourquoi cette question : un modèle d'introduction

Le jury attend que vous expliquiez pourquoi vous avez choisi la question. Inspirez-vous de ce modèle, mais racontez votre propre parcours.

J'ai lu qu'une centrale thermique ne transforme qu'environ un tiers de l'énergie du combustible en électricité, et qu'il y a encore des pertes jusqu'à la prise. Je me suis demandé comment ces pertes se combinent. En les écrivant comme des rendements, j'ai retrouvé la même règle que pour des évolutions successives en pourcentage : les coefficients se multiplient.

L'enjeu et les notions du programme

Composer des rendements comme des coefficients multiplicateurs et raisonner sur les leviers d'amélioration d'une chaîne énergétique.

Le plan de l'exposé en 10 min

1. 1. Introduction

   1 min

   Dans une centrale thermique, l'énergie chimique du combustible devient chaleur, puis énergie mécanique, puis électricité, transportée jusqu'à nous. Problématique : quel est le rendement global, et pourquoi est-il si faible ?

2. 2. Physique : des rendements successifs

   3 min

   Chaque convertisseur a un rendement $\eta =\frac{E_{\text{utile}}}{E_{\text{rec¸ue}}}<1$η=(E_ utile)/(E_ reçue)<1. Par exemple : chaudière ${\eta }_1=0,9$η₁=0,9 (combustion), turbine et alternateur ${\eta }_2=0,4$η₂=0,4 (limite thermodynamique), transport ${\eta }_3=0,95$η₃=0,95.

   L'énergie utile d'une étape est l'énergie reçue par la suivante. Pour $E_0$E₀ au départ : $E_1=0,9E_0$E₁=0,9E₀, $E_2=0,4E_1$E₂=0,4E₁, $E_3=0,95E_2$E₃=0,95E₂.

3. 3. Mathématiques : un produit de coefficients

   4 min

   $E_3=0,9\times 0,4\times 0,95E_0=0,342E_0$E₃=0,9×0,4×0,95 E₀=0,342 E₀ : le rendement global est le produit des rendements, environ 34 %. Comme pour des baisses successives de 10 %, 60 % et 5 %, on multiplie les coefficients, on n'additionne pas les pourcentages (la somme des pertes, 75 %, serait fausse).

   Pour fournir 1 kWh à la prise, il faut $\frac{1}{0,342}\approx 2,9$1/0,342≈2,9 kWh de combustible. Le rendement global est inférieur au plus petit des rendements : c'est l'étape la plus faible qui le limite. Passer ${\eta }_2$η₂ de 0,4 à 0,6 (centrale à cycle combiné) fait passer le rendement global à 51 %, alors que porter ${\eta }_3$η₃ à 1 ne l'amènerait qu'à 36 %.

   Avec une lampe à incandescence ($\eta =0,05$η=0,05 en lumière), la chaîne entière ne transforme que 1,7 % du combustible en lumière ; avec une LED ($\eta \approx 0,4$η≈0,4), 14 %.

4. 4. Conclusion

   2 min

   Une grande partie de l'énergie est perdue parce que les rendements des étapes successives se multiplient : 34 % pour la chaîne centrale-prise, et beaucoup moins jusqu'à la lumière. Améliorer l'étape la plus faible est le levier le plus efficace. J'ouvre sur la cogénération, qui récupère la chaleur perdue pour chauffer des bâtiments.

Ce que j'écris au tableau

Pas de calculatrice ni de support numérique : un calcul clé écrit au tableau rend l'exposé concret et montre la solidité des connaissances.

Conclusion : la réponse à la question

Les questions probables du jury

Pendant les 10 minutesd'échange, le jury vous fait préciser et approfondir, sur tout le programme de vos spécialités en lien avec la question.

Les pièges qui coûtent des points

• Additionner les pertes en pourcentage.
• Croire que l'énergie perdue disparaît.
• Améliorer en priorité l'étape déjà la plus efficace.

Revoir les notions

• Pourcentages et taux d'évolution (Première générale) →
• Nombres et calculs (Seconde) →

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