FOCUS SUR LE PROGRAMME EN OEUVRE POUR L’ANNÉE SCOLAIRE 2023-2024

Attention le programme change pour la rentrée prochaine!!

2.2 Les atouts de l’électricité L’énergie électrique présente de nombreux joue un rôle central aujourd’hui et présente plusieurs avantages : une distribution aisée, sûre et à faible impact écologique ; l’existence , des réseaux de distribution très étendus ; la disponibilité , des convertisseurs de bon rendement permettant de transformer d’obtenir l’énergie électrique ou de la transformer en d’autres formes d’énergie ou, symétriquement, d’obtenir de l’énergie électrique. L’existence de procédés d’obtention d’énergie électrique sans combustion justifie le rôle central que cette forme d’énergie est amenée à jouer à l’avenir son importance actuelle et future.
SavoirsSavoir-faire
Trois méthodes permettent d’obtenir de l’énergie électrique sans nécessiter de combustion : la conversion d’énergie mécanique, soit directe (dynamos, éoliennes, hydroliennes, barrages hydroélectriques), soit indirecte à partir d’énergie thermique (centrales nucléaires, centrales solaires thermiques, géothermie) ;la conversion de l’énergie radiative reçue du Soleil (panneaux photovoltaïques) ;la conversion électrochimique (piles ou accumulateurs conventionnels, piles à hydrogène).Décrire des exemples de chaînes de transformations énergétiques permettant d’obtenir de l’énergie électrique à partir de différentes ressources primaires d’énergie.       Calculer le rendement global d’un système de conversion d’énergie.   ↔ Grandeurs et mesures. ↔ Grandeurs proportionnelles. ↔ Grandeurs quotients.
Ces méthodes sans combustion ont néanmoins un impact sur l’environnement et la biodiversité ou présentent des risques spécifiques (pollution chimique, déchets radioactifs, accidents industriels…).     Pour faire face à l’intermittence liée à certains modes de production ou à la consommation, l’énergie électrique doit être convertie sous une forme stockable : énergie chimique (accumulateurs) ;énergie potentielle (barrages) ; énergie électromagnétique (supercapacités).Analyser des documents présentant les conséquences de l’utilisation de ressources géologiques (métaux rares, etc.) l’installation et du fonctionnement d’une centrale électrique.     Comparer différents dispositifs de stockage d’énergie selon différents critères (masses mises en jeu par kilowattheure, capacité et durée de stockage, impact incidence écologique).   ↔ Grandeurs quotients. ↔ Calcul littéral. ↔ Grandeurs et mesures.
Prérequis et limites Les lois de l’électricité, les notions d’énergie et de puissance électriques ainsi que celles d’énergie cinétique et potentielle, déja ̀ rencontrées, sont mobilisées. Aucune expression d’énergie stockée par un système donné n’est exigible. Pistes de mise en oeuvre du programme Nature du savoir scientifique et méthodes d’élaboration Le développement des combustibles alternatifs à empreinte carbone réduite. Histoire des sciences et des techniques : les piles et les accumulateurs. Sciences, société et environnement Les enjeux de l’utilisation de l’énergie nucléaire : de la fission à la fusion contrôlée. Les usages et le recyclage des accumulateurs électrochimiques. La régulation du réseau de transport d’électricité français et européen.
2.3 Optimisation du transport de l’électricité Partie fusionnée avec partie 2.2 La minimisation des pertes par effet Joule dans la distribution d’électricité le long d’un réseau entre dans le cadre général des problèmes mathématiques de transport et d’optimisation sous contraintes. Ces problèmes, très difficiles à résoudre car non linéaires, nécessitent des traitements numériques lorsqu’ils mettent en jeu un nombre important d’inconnues ou de données. Présentés ici dans le cadre du transport d’électricité, les graphes sont des modèles mathématiques utilisés pour traiter des problèmes relevant de domaines variés : transport d’information dans un réseau informatique, réseaux sociaux, transactions financières, analyses génétiques, etc.
SavoirsSavoir-faire
Au cours du transport, une partie de l’énergie électrique, dissipée dans l’environnement par effet Joule, ne parvient pas à l’utilisateur. L’utilisation de la haute tension dans les lignes électriques limite les pertes par effet Joule, à puissance transportée fixée.Faire un schéma d’un circuit électrique modélisant une ligne à haute tension. Utiliser les formules littérales reliant la puissance à la résistance, l’intensité et la tension pour identifier l’influence de ces grandeurs sur l’effet Joule dans les lignes électriques.
Un réseau de transport électrique peut être modélisé mathématiquement par un graphe orienté dont les arcs représentent les lignes électriques et dont les sommets représentent les sources distributrices, les nœuds intermédiaires et les cibles destinatrices. Le réseau de transport de l’électricité est maillé au niveau européen. En cas de déséquilibre entre l’offre et la demande, il est nécessaire de mobiliser des réserves d’énergie, de diminuer la consommation ou la production ou de stocker de l’énergie. Dans ce modèle, l’objectif est de minimiser les pertes par effet Joule sur l’ensemble du réseau sous les contraintes suivantes l’intensité totale sortant d’une source est limitée par la puissance maximale distribuée ;l’intensité totale entrant dans chaque nœud intermédiaire est égale à l’intensité totale qui en sort ;l’intensité totale arrivant a ̀ chaque cible est imposée par la puissance qui y est utilisée.Modéliser un réseau de distribution électrique simple par un graphe orienté. Exprimer mathématiquement les contraintes et la fonction à minimiser. Sur l’exemple d’un réseau comprenant uniquement deux sources, un nœud intermédiaire et deux cibles, formuler le problème de minimisation des pertes par effet Joule et le résoudre pour différentes valeurs numériques correspondant aux productions des sources et aux besoins des cibles.
Prérequis et limites Les relations quantitatives associées a ̀ l’effet Joule sont connues pour le courant continu. Elles sont admises ou fournies pour le courant alternatif. La notion de facteur de puissance est hors programme. La notion de graphe, abordée dans l’enseignement de sciences numériques et technologie de seconde, est ici mobilisée. Il convient d’insister sur la différence entre les deux types de modèles introduits dans ce sous-thème, le modèle de circuit électrique et le modèle mathématique de graphe. Les connaissances sur les fonctions sont mobilisées. Pistes de mise en oeuvre du programme Nature du savoir scientifique et méthodes d’élaboration Le développement des combustibles alternatifs à empreinte carbone réduite. Histoire des sciences et des techniques : les piles et les accumulateurs. Sciences, société et environnement Les enjeux de l’utilisation de l’énergie nucléaire : de la fission à la fusion contrôlée. Les usages et le recyclage des accumulateurs électrochimiques. La régulation du réseau de transport d’électricité français et européen.
2.3 Optimisation du transport de l’électricité La minimisation des pertes par effet Joule dans la distribution d’électricité le long d’un réseau entre dans le cadre général des problèmes mathématiques de transport et d’optimisation sous contraintes. Ces problèmes, très difficiles à résoudre car non linéaires, nécessitent des traitements numériques lorsqu’ils mettent en jeu un nombre important d’inconnues ou de données. Présentés ici dans le cadre du transport d’électricité, les graphes sont des modèles mathématiques utilisés pour traiter des problèmes relevant de domaines variés : transport d’information dans un réseau informatique, réseaux sociaux, transactions financières, analyses génétiques, etc.
SavoirsSavoir-faire
Au cours du transport, une partie de l’énergie électrique, dissipée dans l’environnement par effet Joule, ne parvient pas à l’utilisateur. L’utilisation de la haute tension dans les lignes électriques limite les pertes par effet Joule, à puissance transportée fixée.Faire un schéma d’un circuit électrique modélisant une ligne à haute tension. Utiliser les formules littérales reliant la puissance à la résistance, l’intensité et la tension pour identifier l’influence de ces grandeurs sur l’effet Joule.
Un réseau de transport électrique peut être modélisé mathématiquement par un graphe orienté dont les arcs représentent les lignes électriques et dont les sommets représentent les sources distributrices, les nœuds intermédiaires et les cibles destinatrices. Dans ce modèle, l’objectif est de minimiser les pertes par effet Joule sur l’ensemble du réseau sous les contraintes suivantes : l’intensité totale sortant d’une source est limitée par la puissance maximale distribuée ;l’intensité totale entrant dans chaque nœud intermédiaire est égale à l’intensité totale qui en sort ;l’intensité totale arrivant à chaque cible est imposée par la puissance qui y est utilisée.Modéliser un réseau de distribution électrique simple par un graphe orienté. Exprimer mathématiquement les contraintes et la fonction à minimiser. Sur l’exemple d’un réseau comprenant uniquement deux sources, un nœud intermédiaire et deux cibles, formuler le problème de minimisation des pertes par effet Joule et le résoudre pour différentes valeurs numériques correspondant aux productions des sources et aux besoins des cibles.
Prérequis et limites Les relations quantitatives associées à l’effet Joule sont connues pour le courant continu. Elles sont admises ou fournies pour le courant alternatif. La notion de facteur de puissance est hors programme. La notion de graphe, abordée dans l’enseignement de sciences numériques et technologie de seconde, est ici mobilisée. Il convient d’insister sur la différence entre les deux types de modèles introduits dans ce sous-thème, le modèle de circuit électrique et le modèle mathématique de graphe. Les connaissances sur les fonctions sont mobilisées.

COURS

SOURCES :

https://selectra.info/energie/guides/comprendre/mix-energetique-france

Un document d’éduscol :

https://eduscol.education.fr/document/25471/download

CREER UN CIRCUIT

https://online.visual-paradigm.com/app/diagrams/#diagram:proj=0&type=BasicElectricalDiagram&width=11&height=8.5&unit=inch

RAPPELS