Soutenance mémoire
GENERALITES SUR L’ENERGIE
Le mot énergie vient du mot grec « energeia » qui signifie « force en action ».On appelle force toute cause capable de produire un mouvement, de modifier la nature du mouvement d’un corps ou d’une particule. Au sens physique l’énergie est donc la capacité de produire un travail.
Transformation et conservation d’énergie
La conservation de l’énergie est reconnue comme une loi fondamentale de la nature depuis le XIXème siècle. Le physicien et médecin allemand Helmholtz énonçait en 1857 qu’ « Il est impossible de créer de l’énergie à partir de rien. La nature dans son ensemble renferme une réserve qui ne peut en aucune façon être ni augmentée ni réduite. La quantité d’énergie existant dans la nature est par conséquent aussi éternelle et aussi inaltérable que la matière. » .
Lavoisier, chimiste français, affirmait que « Rien ne se perd ;rien ne se crée ;tout se transforme. » Pour Henri Poincaré, mathématicien français(1854-1912)« Le principe de conservation de l’énergie signifie simplement qu’il y a quelque chose qui demeure constante ». L’énergie peut être transférée d’un système à un autre. Lors de ce processus, l’un des deux systèmes perd une quantité d’énergie et l’autre gagne la même quantité, mais il n’y a pas de destruction ni de création d’énergie.
L’énergie peut aussi se transformer : une énergie mécanique peut par exemple se transformer en énergie électrique et l’énergie électrique en énergie thermique (chaleur), mais le bilan est toujours équilibré. Dans un système mécanique, l’énergie potentielle de pesanteur d’un objet qui passe d’une altitude h1 à une altitude inférieure h0 diminue et lors de ce mouvement l’objet acquiert de la vitesse: son énergie potentielle se transforme en énergie cinétique. Ainsi, comme l’affirme Einstein, « L’énergie ne peut être ni créée ni détruite, elle ne peut que changer de forme ». Dans le cas d’une centrale hydroélectrique par exemple, on ne produit pas d’énergie, mais on transforme de l’énergie hydraulique en énergie électrique. La loi de la conservation de l’énergie ne s’applique toutefois que pour les systèmes qui n’effectuent aucun échange de matière ni d’énergie avec leur environnement c’est à-dire les systèmes isolés.
Quelques transformations d’énergie
L’énergie électrique par exemple peut se transformer en énergie thermique par effet joule dans les résistances électriques, les fours….On peut avoir une énergie mécanique à partir d’une énergie électrique en utilisant des moteurs électriques. Dans une électrolyse, l’énergie électrique est transformée en énergie chimique. On peut avoir une luminescence ou émission de photons par décharge électrique qui n’est autre qu’une transformation électrique en énergie rayonnante. Réciproquement, l’énergie rayonnante peut se transformer en énergie électrique grâce à des convertisseurs photovoltaïques, l’énergie chimique en énergie électrique (fonctionnement des piles, des batteries).
Quelques unités de mesure de l’énergie
Dans le système international, l’énergie s’exprime en joule(J). 1 joule correspond au travail effectué par une force de 1 newton dont le point d’application se déplace de 1 mètre dans la direction de la force. C’est aussi l’énergie consommée par un appareil électrique de 1Watt (W) opérant pendant 1seconde(s). On a donc :
1J = 1N.m = 1W.s
D’autres unités de mesure de l’énergie sont couramment utilisées telles que :
– la calorie qui est la quantité de chaleur fournie à 1 gramme d’eau pour augmenter sa température de 14,5 à 15,5°C.
1 cal = 4,18 J
– l’électronvolt qui correspond à l’énergie cinétique d’un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel électrique de 1 volt
1 eV = 1,6 10⁻¹⁹ J
– le kilowattheure (kWh) qui est l’énergie consommée pendant une heure par un appareil électrique de puissance 1kW
1kWh= 3,6 MJ .
BARRAGE HYDRAULIQUE
Barrage et son utilité
Un barrage est un ouvrage en travers d’un cours d’eau. Il est construit pour répondre aux besoins spécifiques d’une société, d’un pays : par exemple pour contrôler le débit d’eau en vue d’une irrigation pour permettre la culture des terrains, pour produire de l’électricité (hydroélectricité), pour stocker de l’eau potable dans les régions où des problèmes de ravitaillement en eau se font sentir pendant les périodes sèches, pour prévenir une inondation. Les barrages sont apparus depuis des siècles avant Jésus Christ. Vers 4000 ans avant Jésus Christ, un barrage a été construit en Egypte pour dévier le Nil afin de créer un site pour la ville de Memphis. A Madagascar, le barrage hydroagricole de Bevoay dans la région du Bas Mangoky au Sud-ouest de Madagascar, district de Morombe, à 235 km au Nord de Toliara est destiné à irriguer environ 5000 Ha de rizières.
Quelques barrages célèbres
Quelques barrages sont très connus, comme le barrage des « Trois Gorges », le barrage d’Assouan, le barrage de « Grand coulée ». Le barrage des « Trois Gorges» se trouve en Chine, sur le Yang-Tseu-Kiang. Il est achevé en 2009. C’est le plus grand réservoir au monde. Il retient l’eau qui s’étend jusqu’à plus de 600 km en amont. Le barrage de « Grand Coulée » , achevé en 1942 est situé sur le fleuve Columbia aux Etats-Unis d’Amérique. Il est très célèbre par son poids. Il pèse presque dix millions de tonnes. Le barrage d’Assouan , achevé en 1968, est construit sur le Nil en Egypte. Il s’étend sur 3600m de long.
Fonctionnement d’un barrage hydroélectrique
Un barrage hydroélectrique alimente une centrale électrique. En général il retient une grande quantité d’eau. Une ouverture est pratiquée à sa base où, grâce à une vanne, on laisse l’eau s’échapper dans un conduit/canal d’amenée au bas duquel est placée une turbine reliée à un alternateur. On exploite la dénivelée de la chute d’eau, c’est-à-dire la différence de l’altitude de l’ouverture et de l’altitude de la turbine : l’énergie potentielle de l’eau qui s’échappe de l’ouverture est transformée en énergie cinétique lorsqu’elle descend le canal d’amenée. Cette énergie cinétique actionne la turbine qui entraîne alors l’alternateur en lui fournissant de l’énergie mécanique. L’alternateur fournit de l’énergie électrique. Un réseau de transport amène cette énergie sur de longues distances chez le consommateur. Le transport devant être effectué à très haute tension, on place un transformateur élévateur de tension à la sortie de l’alternateur.
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Table des matières
INTRODUCTION
Première partie : REPERE THEORIQUE
I GENERALITES SUR L’ENERGIE
I .1 Transformation et conservation d’énergie
I .2 Quelques transformations d’énergie
I .3 Quelques unités de mesure de l’énergie
II BARRAGE HYDRAULIQUE
II .1 Barrage et son utilité
II-2 Quelques barrages célèbres
III PHENOMENE D’INDUCTION ELECTROMAGNETIQUE
III.1 Mise en évidence expérimentale du phénomène d’induction électromagnétique
IV LES ALTERNATEURS
V. LES TRANSFORMATEURS
Deuxième partie : ELABORATION DE MATERIEL DIDACTIQUE
I. LE RESERVOIR D’EAU
II . LA TURBINE
II .1 Description de la turbine
II. 2 Etape de fabrication
III. ALTERNATEUR
Troisième partie : Proposition de fiches pédagogiques
CONCLUSION
Bibliographie et webographie
Annexes
