Conversion énergétique
Origine :
Quand on utilise l’énergie, souvent on la convertit ou on la transforme d’une
forme à une autre. Souvent aussi l'énergie fossile ou autres sources n’existent
pas sous la forme dont on a besoin, donc le but de la conversion
d'énergie est de transformer la source d’énergie en des formes plus
utilisables.
Le combustible est la matière qui stocke l'énergie stockée sous forme chimique.
Aliments, bois et charbon par exemple sont des combustibles.
L'énergie est stockée dans la structure chimique du combustible, est
libérer par conversion ou transformation de cette structure chimique. Par
exemple, les aliments contiennent des calories, unités de quantité d'énergie,
nous consommons ces aliments et nos corps les convertissent, et libèrent
l'énergie sous formes de mouvement et de chaleur.
C'est l'énergie contenue ou stockée dans les aliments qui nous permet de nous
déplacer, et c’est grâce à ces dernières que nos corps sont actifs et gardent
une température normale. Un processus semblable a lieu quand nous brûlons
d'autres combustibles, l'énergie chimique stockée par ces derniers est libérée
lors de la conversion par l'un des procédés de transformation. Par exemple,
nous utilisons un processus de conversion (moteur essence, moteur diesel)pour
transférer l'énergie chimique en énergie thermique ou mécanique, et en résulte
un mouvement de véhicule ou travail utile.
Quels sont les autres processus de conversion d'énergie qui peuvent être
utilisés pour transformer l'énergie d'une forme à une autre ?
Quelles formes d'énergie résultent de ces conversions ?
Est-ce que l'énergie est perdue lors de ces conversions ?
Objectifs :
A la fin de cette activité, les élèves doivent être capables :
d’identifier plusieurs combustibles,
de décrire plusieurs usages d'énergie obtenue à partir des combustibles,
d’identifier les processus qui convertissent l'énergie du combustible en une
autre forme d'énergie, et de Reconnaître qu’une partie d'énergie est perdue
dans chaque processus de conversion.
Capacités et Connaissance dont vous avez besoin :
Capacité de lecture, d’écrire et de compter.
Capacité de chercher l'information dans les dictionnaires, encyclopédies, et
d'autres références ( travail à la bibliothèque )
Vocabulaires :
Energie chimique - combustion - conversion - efficacité de conversion –
perte d’énergie lors de la conversion - énergie électrique – centrale
électrique – appareil ou processus de conversion d'énergie - combustibles
fossiles - centrales électrique à base de combustible fossile - piles à combustible
- énergie mécanique - énergie nucléaire- combustible nucléaire – centrale
nucléaire - photosynthèse- panneaux photovoltaïques - énergie solaire – énergie
éolienne- énergie thermique.
Les matières
faire des copies des travaux dirigés A, B, et C et distribuer celles ci aux
élèves
Procédure
1 le professeur présentera aux élèves les idées et les termes concernant les
travaux dirigés A,
2 les travaux dirigés B : Apprendre aux élèves l'usage d’un dictionnaire,
encyclopédie, ou d’autres références bibliographiques se rapportant à l'énergie
et de trouver l'information nécessaire pour compléter les travaux dirigés,
3 les travaux dirigés C : Utiliser les résultats obtenus dans les TD. B, et
compléter le tableau présenté.
4 en formant des binômes ou des petits groupes, dresser des listes d'autres
appareils de conversion d'énergie. Vous pouvez vous inspirer du TD.
C. Essayer de chercher l'information au sujet de chacun de ces appareils
et compléter le tableau.
5 Inciter les élève de comparer les travaux dirigés avec d’autres partenaires,
et à partager les informations et essayer de répondre aux questions ci-dessous
:
Questions
1 est ce que tout appareil de conversion est le même qu’une machine ? Pourquoi
ou pourquoi pas ?
2 êtes vous un moyen de conversion d'énergie ? D’où est-ce que vous
obtenez votre énergie ? Qu'est-ce que vous la convertissez ?
3 Est-ce qu’un dispositif de conversion transforme toute l'énergie d’un
combustible en une autre forme d'énergie, ou est-ce qu'il y a des pertes ? Si
une partie d'énergie est perdue, dans quelle forme est - elle perdue ?
4 Quel est le moyen de conversion d'énergie (TD. C) le plus efficient ? Quel
est le moyen de conversion d'énergie le moins efficient ?
5 Quels moyens de conversion d'énergies utilisez vous-même ? Et quels sont les
moyens utilisés par d’autres personnes pour vous servir ?
6 Existe t–il d’autres combustibles qui pourraient se joindre aux travaux
dirigés B ? Quelles sont les substances qui ne sont pas utilisées comme
combustibles actuellement et qui peuvent l’être dans l’avenir ?
7 Quelles sont les moyens de conversion que vous imaginez pouvoir être
utilisées efficacement dans le futur ?
Regard en arrière
Nous, les êtres humains, dépendons énormément de l’énergie. Nous utilisons
plusieurs méthodes ou moyens de conversion pour transformer l’énergie
stockée dans le combustible en travail utile.
Il y a deux problèmes qui se posent avec l’utilisation des combustibles que les
élèves doivent comprendre :
En premier lieu, certaines sources de combustibles sont limitées. Et si nous
les utilisons d’une façon non contrôlée, elles seront bientôt épuisées. Pour
cette raison, le pétrole, le charbon, le gaz naturel sont appelés ressources
non renouvelable.
Le deuxième problème est lié à l’utilisation des combustibles. Lors de la
conversion permettant d’obtenir des formes d'énergie utilisables, nous en
gaspillons toujours une bonne partie. Aucun moyen de conversion n’est efficace
à 100%, pas même le corps humain.
Une partie d’énergie qui se trouve dans les combustibles n’est pas convertie et
reste sous forme chimique, et une autre est perdue sous forme de chaleur. Donc
c'est un problème d'efficacité.
En tant que consommateur d'énergie, nous devons maîtriser l’utilisation des
combustibles non renouvelables et être bien informés sur l'efficacité des
appareils de conversion que nous utilisons.
Extension :
Discutez comment améliorer l’efficacité de quelques appareils ou moyens de
conversion cités dans les travaux dirigés C
Utilisez la bibliothèque pour enquêter sur les effets de chaque appareil ou
moyen de conversion inscrite dans les travaux dirigés C sur
l'environnement.
Information pour le professeur
Convertissant le combustible pour obtenir de l’énergie
Niveaux et disciplines suggérés
Niveaux 7-9
Sciences / Technologies / Études sociales
Objectifs :
L’utilisation des documents et encyclopédies pour étudier et répertorier
plusieurs combustibles,
L’utilisation des documents, encyclopédies et des références pour obtenir des
informations au sujet des moyens de conversion d'énergie et leurs
efficacités.
Compréhensions :
Le combustible est une énergie stockée sous forme chimique,
Les moyens utilisés pour transformer l'énergie stockée dans les combustibles en
travail utile sont variés,
Aucun moyen de conversion d'énergie n'est 100% efficace,
Les appareils ont des différentes efficacités,
L'énergie perdue dans une conversion l’est souvent sous forme de chaleur.
L'origine :
L'électricité, la forme d’énergie la plus communément utilisée, est produite
par les turbines et générateurs qui sont des moyens de conversion. Ces
dispositifs sont animés par plusieurs sources d'énergie, telles que le
combustible fossile, l’hydraulique, le nucléaire, etc. L'électricité produite
est convertie finalement en d’autres formes pour différentes utilisations, tel
que chaleur, lumière, énergie mécanique ou autres.
L'efficacité des moyens de conversion est très importante pour obtenir la forme
de l'énergie à utiliser à un coût acceptable avec moins de perte sous forme de
la chaleur. Il est important d'utiliser la technologie de conversion la plus
efficace.
L'Organisation de l'avance
Le professeur devrait faire les deux travaux : travaux dirigés (B) concernant
les combustibles ; les travaux dirigés (C) concernant le processus de
conversion pour anticiper tous problèmes possibles concernant les
matières et les termes.
Rassembler de l'information sur les processus de conversion d'énergies tels qu’automobiles,
motocyclettes, vélomoteurs, autobus scolaires, etc. Demander aux élèves
de faire des recherches et construire des dossiers sur les technologies de
conversion d'énergie.
Collectionner des images et des diagrammes des moyens de conversion d'énergie.
Plan et temps suggérés :
Une séance de discussion préliminaire et d’introduction aux travaux dirigés A.
Deux à trois séances pour faire des recherches sur les terminologies des
combustibles et sur les appareils ou moyens de conversion d'énergie
rencontrées dans les travaux dirigés B et C
Deux périodes pour compléter les travaux dirigés B et C et discuter des
questions.
Approche suggérée
En utilisant les travaux dirigés A, introduction des concepts : formes
d'énergie ; l'usage d'énergie ; conversion d’énergie ; sources d'énergie ;
utilisation finale d’une forme d’énergie ; énergies renouvelables ; non
renouvelables ; appareils ; moyens et processus de conversion d'énergies
; efficacité.
Exposition de plusieurs échantillons de combustibles
Permettez aux étudiants de travailler comme partenaires dans leur recherche et
compléter leur TD
Précautions
Cette activité exige une recherche minutieuse, des sources et références de
qualité, une pensée claire et prudente, une organisation précise.
Points Pour Discussion
Un consommateur sage utilise les moyens qui utilisent rationnellement les
combustibles fossiles et améliorent l'efficacité.
Sélectionner une activité qu'utilise l'énergie et discute les questions
suivantes:
est-ce que cette activité est vraiment nécessaire ?
Est-ce qu'elle peut être accomplie plus efficacement ?
Quelles sont les options pour l'accomplir ?
Ce qui est le coût total, incluant le coût annuel de maintenance, pour les
différentes options ?
Faire des recherches, discuter et montrez exemples expliquant le phénomène de
perte d’énergie lors d’une conversion.
Si l'énergie ne peut pas être à créée, d’où est-ce qu'elle vient de ?
Les Résultats typiques :
Résultats des travaux dirigés reflètent la qualité de recherche chacun
élève,
Evaluation :
Donnez un examen oral sur le glossaire des termes d'énergie
Évaluer l’état complet et l’exactitude des réponses des TD
Evaluer les réponses écrites aux questions
Les modifications
Ajoutez d'autres appareils ou moyens de conversion au tableau. Exemples: collecteur
solaire, aérogénérateur, générateur électrique, four solaire, hydroélectricité.
Faire des recherches détaillées sur un seul type de conversion, tel que la
conversion d’électricité en énergie thermique (chauffage)
Construire des appareils qui présentent des pertes d’énergie par frottement,
exemples : un modèle de voiture pour tester sur les avions enclins.
Les
travaux dirigés A :
Glossaire des termes d'énergies
Energie en générale :
c’est la capacité de travailler, ou de faire bouger des choses. L'énergie
existe sous plusieurs variétés et formes,(électrique, mécanique,
gravitationnelle, lumière, nucléaire, chimique, chaleur, ou thermique)
et elle peut être
Les unités communes pour la mesure de l'énergie : Calorie, joule, et
kilowattheure.
Formes de Énergie
Energie chimique : c’est l'énergie libérée lors d’une combinaison des
substances ou lors d’une transformation pour donner une ou des nouvelles
substances.
Energie électrique : c’est l’énergie qui se trouve sous forme d'un courant
d'électrons, qui peut être produit par une activité chimique d’une pile, par
frottement, ou par des générateurs électriques.
Électricité : c’est l'énergie qui peut être transformée en d’autres formes
d'énergie telles que lumière, chauffage, mécanique, ou son.
Energie mécanique : l'énergie due au mouvement d'un objet, exemple : l'énergie
d’une partie en mouvement du moteur d’automobile est une énergie mécanique.
Energie nucléaire : énergie radioactive ou énergie de réaction de fission ou
réactions de la fusion. Dans une situation contrôlée, elle peut être utilisée
pour produire d’électricité à partir de la chaleur libérée lors de la réaction.
Energie thermique : l'énergie thermique, l'énergie des particules en mouvement
dans un solide, liquide, ou dans un gaz.
Sources d’énergie
Combustible fossile : Combustible stocké sous forme de charbon, pétrole,
ou gaz naturel ; Ce terme s’applique à tous les combustibles formés du fossile,
des matières organiques(plantes et animaux) qui ont été enterrés il y a des millions
d’années dans la terre.
Energie solaire : elle provient des radiations émises par le soleil. La terre
reçoit cette énergie sous formes de chaleur et de lumière.
Combustible nucléaire : matière qui contient des atomes dont les noyaux
peuvent subir une fission en produisant de l’énergie thermique.
Conversion d'énergie (Transformation)
conversion : est le changement ou la transformation d'une substance ou une
énergie d'une forme à une autre.
Photosynthèse : c’est le processus par lequel les plantes utilisent l'énergie
solaire pour la convertir en substances complexes, le dioxyde de carbone et
l’eau sont combinés, en présence de la lumière du soleil et de la chlorophylle,
pour former des hydrates de carbone tels que sucres, amidons, et cellulose.
Combustion : c’est le processus inverse de la photosynthèse, le combustible
brûle pour libérer l'énergie sous forme de chaleur, donc le combustible est
toute substance qui peut être brûlée pour produire la chaleur. (Avec l’énergie nucléaire,
c’est la substance qui subit la fission dans une réaction enchaîne ).
Perte lors d’une conversion : c’est la quantité d'énergie perdue lors du
changement d'une forme d'énergie à une autre forme. Une grande partie de
cette perte d'énergie est dissipée sous forme de la chaleur.
Appareil ou dispositif de conversion d'énergie : c’est une machine ou objet qui
transforme une forme d'énergie en une autre forme.
Efficacité de conversion : c’est le pourcentage d'énergie utilisable après une
conversion d'énergie initiale :
EFFICACITÉ = (énergie utilisable / énergie initiale) x 100
Les appareils ou moyens de la Conversion d'énergies
Piles à combustible : la cellule de la pile alimentée par des combustibles
(hydrogène, gaz naturels, …) transforme cette énergie directement en
électricité.
Une centrale de production d’énergie électrique fonctionnant à combustible
fossile : c’est là où l'électricité est produite en brûlant des combustibles
fossiles pour produire la vapeur qui fait à son tour tourner des turbines et
faire par suite fonctionner des générateurs.
Une centrale de production d’énergie électrique avec le nucléaire : c’est là où
l'électricité est produite en utilisant la chaleur d’une réaction en chaîne
contrôlée d’un combustible nucléaire pour produire la vapeur qui fait à son
tour fonctionner des générateurs et produire enfin de l’électricité.
Cellule solaire ( cellule photovoltaïque ) : c’est une cellule qui converti
directement la lumière du soleil en électricité.
Moteur diesel ou essence ; Moteur électrique ; ..etc.
Travaux
dirigés B
Directives : chercher l'information au sujet des combustibles proposés ci
dessus et compléter le tableau.
L'énergie est souvent stockée dans une forme chimique. Dans le tableau il y a
deux formes communes d'énergie chimique.
Les matières qui ont de l'énergie stockée en eux sous forme chimique sont
appelées : Combustibles.
Compléter les informations sur les cinq combustibles présentés dans le tableau
suivant :
Travaux dirigés C
Convertissant d’énergie du combustible
Directives : Chercher l'information au sujet des différents appareils ou moyens
de conversion d'énergies et compléter le tableau suivant :
Réference
The Alliance to Save Energy
1200 18th Street, NW, Suite 900
Washington, DC 20036
www.ase.org
