DNB 2017MétropoleCorrigé complet

Centrales géothermiques vs thermiques

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences7 questions

Notions BO couvertes

T1.2·Transformations chimiques (combustions, équations bilan, conservation)T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T3.1·Sources, conversions, formes d'énergie, chaîne énergétique T3.2·Bilan énergétique, rendement T3.5·Énergie électrique E=Pt (kWh, conversions)

PDF du sujet officiel

La production d'électricité à partir des centrales thermiques à flamme est le mode le plus répandu dans le monde et bénéficie des ressources abondantes mais épuisables en charbon, pétrole et gaz. Certains pays se lancent dans le développement de centrales géothermiques ; on veut ici comprendre ce choix.

1.Centrales géothermiques et thermiques à flamme

Une centrale géothermique produit de l'électricité, sans combustion, grâce à la chaleur de la Terre qui transforme l'eau des nappes souterraines en vapeur. Le mouvement de la vapeur sous pression fait tourner une turbine entraînant un alternateur, qui produit un courant alternatif.

Schéma d'une centrale géothermique : forage profond, vapeur d'eau, turbine, alternateur, tours de refroidissement — Document 1, Principe d'une centrale géothermique (Waikarei, Nouvelle-Zélande).

Schéma d'une centrale thermique à flamme : chaudière brûlant un combustible, circuit primaire/secondaire/refroidissement — Document 2, Principe d'une centrale thermique à flamme avec ses 3 circuits A, B, C.

Question 1

4 pts

T3.1T3.2

Compléter le tableau suivant pour les centrales thermique à flamme et géothermique : source(s) d'énergie utilisée, renouvelable ou non, dégage ou non des fumées ?

Question 2

3 pts

T3.1T3.2

Sur le schéma de la centrale thermique à flamme, identifier les 3 circuits A, B et C : refroidissement (A), primaire = chimique → thermique (B), secondaire = mécanique → électrique (C).

2.Combustion du méthane (centrale thermique)

La centrale thermique utilise le gaz naturel (essentiellement du méthane CH₄). L'équation de combustion est :

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Question 3a

1.5 pts

T1.2

Nommer le gaz à effet de serre produit lors de cette combustion.

Question 3b.1

3 pts

T1.2

On brûle $6 \times 10^{22}$ molécules de méthane (combustion complète). Combien de molécules de dioxygène sont nécessaires ? Expliquer.

Question 3b.2

3 pts

T1.2

Combien de molécules de CO₂ sont formées ?

3.Comparaison des puissances

Un réacteur de centrale thermique à flamme délivre une puissance d'environ P_th = 1100 MW. Un réacteur de centrale géothermique fournit une énergie de E = 7 500 000 MW·h par an, en fonctionnant 6 820 heures.

Question 4a

5 pts

T3.5

Montrer par un calcul que la puissance électrique du réacteur géothermique est équivalente à celle du réacteur thermique.

Question 4b

3 pts

T3.1T3.2

Donner deux arguments expliquant pourquoi certains pays choisissent les centrales géothermiques.

Méthodologie

Chaque corrigé suit une méthodologie de rédaction rigoureuse, avec formule littérale annoncée, étapes de calcul détaillées et phrase de conclusion explicite. Idéal pour s'entraîner à rédiger comme attendu au DNB.