Les enjeux énergétiques

Exercices corrigés

1. Comment se calcule le rendement d'une conversion d'énergie ?

   • A.En additionnant l'énergie utile et l'énergie perdue
   • B.En divisant l'énergie utile par l'énergie absorbéeBonne réponse
   • C.En divisant l'énergie absorbée par l'énergie utile
   • D.En multipliant la puissance par la durée

   Réponse : B — En divisant l'énergie utile par l'énergie absorbée

   Le rendement s'écrit η = E_utile / E_absorbée : c'est la part de ce qui entre qu'on récupère effectivement sous la forme voulue. C'est un nombre sans unité compris entre 0 et 1. La troisième option inverse la fraction et donnerait toujours un nombre supérieur à 1, ce qui est physiquement impossible. Quant à la dernière, elle décrit le calcul d'une énergie, E = P × t, pas d'un rendement.

2. Quelle part les combustibles fossiles représentent-ils dans le mix énergétique mondial ?

   • A.Environ 20 %
   • B.Environ 50 %
   • C.Environ 80 %Bonne réponse
   • D.Moins de 10 %

   Réponse : C — Environ 80 %

   Pétrole, charbon et gaz fournissent encore environ 80 % de l'énergie primaire consommée dans le monde. Cette proportion n'a que très peu bougé depuis trente ans, malgré la croissance rapide des renouvelables : c'est la consommation totale qui a augmenté en même temps. Attention à ne pas confondre avec le mix ÉLECTRIQUE français, très décarboné : l'électricité ne représente qu'une fraction de l'énergie consommée.

3. Une ampoule de 60 W reste allumée pendant 5 heures. Quelle énergie a-t-elle consommée ?

   • A.300 kWh
   • B.0,3 kWhBonne réponse
   • C.12 kWh
   • D.3 kWh

   Réponse : B — 0,3 kWh

   Applique E = P × t en unités cohérentes : P = 60 W = 0,060 kW, donc E = 0,060 × 5 = 0,30 kWh. On peut aussi calculer en wattheures : 60 × 5 = 300 Wh, puis convertir en divisant par 1000, ce qui redonne 0,3 kWh. Répondre 300 kWh, c'est justement oublier cette division par 1000 — une erreur qui multiplie le résultat par mille. Répondre 12 kWh reviendrait à diviser 60 par 5 au lieu de multiplier.

4. Une centrale reçoit une puissance thermique de 1000 MW et produit une puissance électrique de 380 MW. Quel est son rendement ?

   • A.2,6 %
   • B.62 %
   • C.38 %Bonne réponse
   • D.380 %

   Réponse : C — 38 %

   η = P_utile / P_absorbée = 380 / 1000 = 0,38, soit 38 %. Cette valeur est typique d'une centrale thermique : environ deux tiers de l'énergie partent en chaleur dans les fumées et le circuit de refroidissement. Répondre 62 %, c'est donner la part PERDUE au lieu de la part utile. Répondre 2,6 %, c'est inverser la fraction — et un rendement supérieur à 100 % comme 380 % violerait purement et simplement la conservation de l'énergie.

5. Une chaîne comporte deux conversions successives, de rendements 0,90 puis 0,40. Quel est le rendement global ?

   • A.0,36Bonne réponse
   • B.1,30
   • C.0,65
   • D.0,50

   Réponse : A — 0,36

   Les rendements d'une chaîne se MULTIPLIENT : η = 0,90 × 0,40 = 0,36, soit 36 %. La logique est simple : sur 100 unités entrantes, il en sort 90 après le premier étage, puis 0,40 × 90 = 36 après le second. Répondre 1,30 revient à les additionner, ce qui donnerait un rendement supérieur à 1 — impossible. Répondre 0,65, c'est en faire la moyenne. Contrôle imparable : le rendement global est toujours inférieur au plus petit rendement de la chaîne, ici 0,40.

6. Une STEP remonte 3,6 × 10⁶ kg d'eau dans un bassin situé 100 m plus haut (g = 10 N/kg). Quelle énergie a-t-elle stockée, exprimée en kWh ?

   • A.360 kWh
   • B.1000 kWhBonne réponse
   • C.3600 kWh
   • D.100 kWh

   Réponse : B — 1000 kWh

   Calcule d'abord l'énergie potentielle de pesanteur : E = m × g × h = 3,6 × 10⁶ × 10 × 100 = 3,6 × 10⁹ J. Convertis ensuite en kWh en divisant par 3,6 × 10⁶ : 3,6 × 10⁹ / (3,6 × 10⁶) = 1000 kWh, soit 1 MWh. Le piège consiste à oublier la conversion et à répondre en gardant des chiffres bruts. Retiens l'ordre de grandeur : 3600 tonnes d'eau montées de 100 m ne stockent que 1 MWh — c'est peu, et cela montre pourquoi le stockage massif d'électricité est un tel défi.

7. Une commune remplace 1000 kWh d'électricité produite au charbon (1000 g CO2/kWh) par de l'électricité éolienne (12 g CO2/kWh). Quelle masse de CO2 est évitée ?

   • A.1000 kg
   • B.988 kgBonne réponse
   • C.12 kg
   • D.988 g

   Réponse : B — 988 kg

   Procède en trois temps. Avec le charbon : 1000 kWh × 1000 g/kWh = 1 000 000 g = 1000 kg. Avec l'éolien : 1000 kWh × 12 g/kWh = 12 000 g = 12 kg. L'économie vaut donc 1000 − 12 = 988 kg, soit près d'une tonne. Deux pièges cohabitent ici : répondre 1000 kg revient à oublier que l'éolien n'est pas à zéro, et répondre 988 g revient à rater la conversion des grammes en kilogrammes. Vérifie toujours l'ordre de grandeur final : une tonne de CO2 pour 1000 kWh au charbon, c'est un repère commode à mémoriser.

8. Quelle est l'unité d'énergie du système international ?

   • A.Le watt
   • B.Le kilowattheure
   • C.Le jouleBonne réponse
   • D.L'ampère

   Réponse : C — Le joule

   L'énergie se mesure en joules (J) dans le système international. Le watt est l'unité de PUISSANCE, c'est-à-dire d'énergie par unité de temps : 1 W = 1 J/s. Le kilowattheure est bien une unité d'énergie, très pratique au quotidien, mais ce n'est pas une unité du système international. Quant à l'ampère, il mesure une intensité de courant.

9. À combien de joules correspond 1 kWh ?

   • A.3,6 × 10⁶ JBonne réponse
   • B.1000 J
   • C.3600 J
   • D.1 × 10⁹ J

   Réponse : A — 3,6 × 10⁶ J

   Refais le calcul plutôt que d'apprendre par cœur : 1 kW = 1000 W et 1 h = 3600 s, donc E = 1000 × 3600 = 3,6 × 10⁶ J, soit 3,6 MJ. Répondre 3600 J, c'est oublier le facteur 1000 du kilo ; répondre 1000 J, c'est oublier la conversion des heures en secondes. Cette relation te servira dans presque tous les exercices d'énergie.

10. Parmi ces ressources, laquelle est renouvelable ?

    • A.Le charbon
    • B.L'uranium
    • C.Le gaz naturel
    • D.L'énergie hydrauliqueBonne réponse

    Réponse : D — L'énergie hydraulique

    Une ressource est renouvelable si elle se reconstitue à l'échelle de temps humaine. L'eau des barrages est renouvelée en permanence par le cycle de l'eau, lui-même entretenu par le Soleil : l'hydraulique est donc renouvelable. Le charbon et le gaz sont des stocks fossiles formés en millions d'années. L'uranium est lui aussi un stock : le nucléaire est décarboné, mais pas renouvelable — c'est une distinction que les correcteurs attendent.

11. Pourquoi dit-on que l'électricité est un vecteur d'énergie et non une source d'énergie ?

    • A.Parce qu'elle n'existe pas dans la nature sous forme exploitable : il faut la produire à partir d'une source primaireBonne réponse
    • B.Parce qu'elle se déplace le long de vecteurs orientés dans les câbles
    • C.Parce qu'elle ne transporte que très peu d'énergie
    • D.Parce qu'elle ne peut alimenter que des appareils électroniques

    Réponse : A — Parce qu'elle n'existe pas dans la nature sous forme exploitable : il faut la produire à partir d'une source primaire

    Une source primaire se trouve telle quelle dans la nature : le vent, le rayonnement solaire, l'uranium, le charbon. L'électricité, elle, doit toujours être produite à partir de l'une d'entre elles. Elle transporte et distribue l'énergie, d'où le mot vecteur. Conséquence majeure : son bilan carbone n'est pas une propriété de l'électricité elle-même, mais du mix qui l'a produite.

12. Quelle est la différence entre énergie primaire et énergie finale ?

    • A.L'énergie primaire est électrique, l'énergie finale est thermique
    • B.L'énergie primaire concerne l'industrie, l'énergie finale les particuliers
    • C.Il n'y a aucune différence, ce sont deux noms pour la même grandeur
    • D.L'énergie primaire est celle contenue dans la ressource brute, l'énergie finale celle effectivement livrée à l'utilisateur après conversion et transportBonne réponse

    Réponse : D — L'énergie primaire est celle contenue dans la ressource brute, l'énergie finale celle effectivement livrée à l'utilisateur après conversion et transport

    L'énergie primaire, c'est le charbon dans la mine, le vent, l'uranium. L'énergie finale, c'est l'électricité au compteur ou le carburant à la pompe. Entre les deux, il a fallu convertir et transporter, donc perdre une partie de l'énergie sous forme de chaleur. C'est pourquoi la consommation d'énergie primaire d'un pays est toujours nettement supérieure à sa consommation d'énergie finale — et l'écart mesure justement l'efficacité de son système énergétique.