Énergie et futur climatique : exercices corrigés de Terminale

Un pays fictif consomme en un an 400 unités d'énergie (u). Sa consommation se répartit ainsi : pétrole 150 u, gaz 90 u, charbon 60 u, nucléaire 40 u, énergies renouvelables 60 u.

À l'échelle mondiale, la consommation d'énergie fait majoritairement appel aux combustibles fossiles ¹.

1. Quelles sources de ce pays sont des combustibles fossiles ?
2. Calcule la part des combustibles fossiles dans sa consommation, en pourcentage.
3. Ce pays est-il plus ou moins dépendant des fossiles que ce que décrit l'échelle mondiale ?

Une pompe à chaleur assure une production d'énergie thermique supérieure à l'énergie électrique qu'elle consomme ³. Dans cet exercice, on suppose (valeur fictive) qu'elle fournit 3 kWh de chaleur pour 1 kWh d'électricité consommée.

Une maison a besoin de 12 000 kWh de chaleur par an.

1. Quelle énergie électrique la pompe à chaleur consomme-t-elle en un an ?
2. Un radiateur électrique simple transforme 1 kWh d'électricité en 1 kWh de chaleur. Quelle énergie électrique consommerait-il pour la même maison ?
3. Pourquoi la pompe à chaleur ne contredit-elle pas la conservation de l'énergie ?

Le nucléaire rejette peu de CO₂, alors que les énergies fossiles en émettent en très grande quantité ; or ce gaz est considéré comme le premier responsable du réchauffement de la planète ⁴.

On compare deux façons de produire 500 GWh d'électricité. Les facteurs d'émission suivants sont fictifs : la production A émet 400 g de CO₂ par kWh, la production B émet 10 g de CO₂ par kWh.

1. Convertis 500 GWh en kWh.
2. Calcule la masse de CO₂ émise par chaque production, en tonnes.
3. Quelle masse de CO₂ la production B permet-elle d'éviter par rapport à A ?

Une étude d'EDF de 2015 simule le réseau électrique européen à partir de trente ans de relevés météo. Avec 280 GW d'éoliennes à terre, la production moyenne d'une journée d'hiver, heure par heure, oscillerait d'une année à l'autre entre 40 et 170 GW ³.

1. Calcule, pour chaque valeur extrême, le rapport entre production et puissance installée, en pourcentage.
2. Calcule le rapport entre la production la plus forte et la plus faible.
3. Explique pourquoi cette variation oblige à conserver des moyens de production pilotables.

La consommation mondiale d'énergie est en forte augmentation ¹. Pour s'entraîner à mesurer cette hausse, on considère une consommation fictive qui passe de 8 000 à 9 200 unités en 10 ans.

1. Calcule l'augmentation en pourcentage sur les 10 ans.
2. Donne le coefficient multiplicateur global.
3. Calcule le taux de croissance annuel moyen, en supposant une hausse identique chaque année (arrondi à 0,001 % près).
4. Pourquoi ne peut-on pas simplement diviser 15 % par 10 ?

La même étude d'EDF de 2015 imagine un réseau européen où les renouvelables fournissent 60 % de l'électricité, dont 40 % viennent de sources intermittentes ³. On suppose ici (hypothèse de lecture de l'exercice) que ces 40 % se comptent sur la production totale, et que cette production totale est de 500 TWh (valeur fictive).

1. Calcule la production d'origine intermittente.
2. Quelle part de la production totale est renouvelable mais non intermittente ?
3. Calcule cette production renouvelable non intermittente, en TWh.
4. Cite deux exemples de sources renouvelables non intermittentes, d'après le dossier.

En 2021, aucune installation ne permettait une production nette d'énergie par fusion nucléaire : il faut que l'énergie de fusion produite dépasse celle investie dans le chauffage des particules. Le projet international ITER, assemblé à Saint-Paul-lès-Durance en France, vise un usage civil de cette énergie ⁴.

On définit le gain $Q = \dfrac{P_{\text{fusion}}}{P_{\text{chauffage}}}$. Pour une expérience fictive, la puissance de chauffage du plasma est de 50 MW et la puissance de fusion produite est de 40 MW.

1. Calcule $Q$.
2. Cette expérience produit-elle de l'énergie nette ? Calcule la puissance nette.
3. Quelle condition sur $Q$ faut-il remplir pour obtenir une production nette ?
4. Pourquoi une telle expérience, même réussie, ne répond-elle pas à elle seule à l'urgence climatique des prochaines décennies ?

Selon Éduscol, seules les projections des climatologues permettent d'envisager comment le climat évoluera ; sans changement de nos modes de production et de consommation, un emballement est à prévoir ².

Pour comparer deux choix de développement, on utilise un modèle fictif simplifié sur 40 ans :

• Scénario A : émissions constantes de 40 Gt de CO₂ par an ;
• Scénario B : émissions qui diminuent régulièrement (de façon linéaire) de 40 Gt par an au départ jusqu'à 0 au bout de 40 ans.

1. Calcule les émissions cumulées sur 40 ans dans le scénario A.
2. Calcule les émissions cumulées dans le scénario B (aide-toi de l'aire sous la courbe).
3. Quelle quantité de CO₂ le scénario B permet-il d'éviter ?
4. Cite une limite de ce type de modèle.

Le rapport de synthèse du GIEC de 2014 a réuni 1 184 scénarios issus de 31 modèles. Quand l'accès à une technologie bas carbone est limité (sortie du nucléaire, absence de captage et stockage du CO₂, renouvelables restreintes), le coût de la réduction des émissions peut fortement augmenter ³.

Le monde s'oriente de plus en plus vers les énergies renouvelables depuis la fin du XXe siècle. Plusieurs raisons sont avancées : le pétrole commence à se faire plus rare, les énergies carbonées nuisent au climat comme à la santé, et les accidents de Tchernobyl et de Fukushima ainsi que la question des déchets radioactifs ont alimenté des débats sur le nucléaire ³.

Rédige un paragraphe argumenté (10 à 15 lignes) qui répond à la question : « Faut-il écarter une source d'énergie pour limiter le changement climatique ? »