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Le futur des énergies

Depuis deux siècles, l'humanité convertit massivement l'énergie en électricité : l'alternateur (induction électromagnétique) transforme l'énergie mécanique avec un rendement proche de 1, et les capteurs photovoltaïques (semi-conducteurs) convertissent une partie de l'énergie radiative. On obtient ainsi de l'électricité sans combustion par trois voies (mécanique, photovoltaïque, électrochimique), que le réseau transporte sous haute tension pour limiter les pertes par effet Joule. Mais l'essentiel de l'énergie consommée provient encore de stocks fossiles non renouvelables, dont la combustion injecte du CO₂ dans le cycle du carbone : ce thème de terminale (programme du 19 juillet 2019, BO spécial n° 8 du 25 juillet 2019, Thème 2) outille le citoyen pour comparer des chaînes de conversion, calculer une empreinte carbone et analyser les scénarios de transition écologique vers un futur climatique soutenable.

5 sections~43 min de lecture4 compétencesVérifié · 06/2026

T·0777 / 8

Profil d’examen

Reconnaître les éléments d'un alternateur (source de champ magnétique + conducteur en mouvement relatif), relier la vitesse de rotation du rotor à la fréquence du courant, définir son rendement ; juger qu'un semi-conducteur peut servir de capteur photovoltaïque en comparant son spectre d'absorption au spectre solaire.Décrire des chaînes de transformations énergétiques produisant de l'électricité sans combustion (conversion mécanique, photovoltaïque, électrochimique) et calculer le rendement global d'un système de conversion.Exploiter les relations puissance-intensité-tension pour analyser l'effet Joule dans les lignes et l'intérêt de la haute tension ; comparer des dispositifs de stockage ; utiliser et convertir les unités d'énergie (tep, kWh) et comparer des ordres de grandeur.Analyser un schéma du cycle du carbone, ajuster une équation de combustion, comparer la masse de CO₂ émise par unité d'énergie selon le combustible, estimer une empreinte carbone et analyser des choix énergétiques majeurs à l'aide de documents du GIEC.

Opérateurs :reconnaîtrerelierdécrirecalculerexploitercompareranalyserajuster (équilibrer)estimer un ordre de grandeurjustifier

niveau de base

Maîtrisez d'abord les automatismes : l'alternateur convertit le mécanique en électrique avec un rendement ≈ 1 et f = p·n ; les pertes par effet Joule valent P_J = R·I², donc à puissance fixée on monte la tension pour baisser l'intensité ; une combustion s'écrit « combustible + O₂ → CO₂ + H₂O » à équilibrer ; sachez convertir kWh ↔ J ↔ tep.

niveau approfondi

Pour aller plus loin (Grand oral, esprit critique) : reliez quantitativement le rendement global d'une chaîne au produit des rendements d'étapes, comparez la masse de CO₂ par kWh des combustibles, lisez un schéma du cycle du carbone (stocks vs flux anthropiques) et confrontez plusieurs scénarios de transition selon des critères explicites (ressources, effets environnementaux, vulnérabilités, faisabilité, conséquences économiques et sociales) en mobilisant des extraits du GIEC.

Profondeur

Texte

Sommaire · 5 sections

Le futur des énergies

5 sections25 points clés12 formules25 pièges signalés

Deux siècles d'énergie électrique : alternateur, induction et photovoltaïque#

~8 min de lectureStandardeduscol-programme-enseignement-scientifique

Schéma d'un alternateur : rotor, stator et relation f = p·n

Fig. 1Le rotor (aimant en rotation) fait varier le champ magnétique vu par les bobines du stator : une tension alternative u(t) est induite (loi de Faraday). La fréquence obéit à f = p × n (p = nombre de paires de pôles, n = vitesse de rotation en tours par seconde). La conversion énergie mécanique → électrique se fait avec un rendement proche de 1.

Induction électromagnétique (Faraday, Maxwell) : un conducteur soumis à un champ magnétique VARIABLE (par déplacement relatif de l'aimant et de la bobine) est le siège d'une tension induite. Faraday l'établit expérimentalement (1831), Maxwell la formalise. C'est le principe physique de toute production d'électricité « mécanique ».

L'alternateur : il comporte un ROTOR (partie tournante, source de champ magnétique : aimant ou électro-aimant) et un STATOR (partie fixe, bobinages où naît la tension). Le mouvement relatif crée une tension ALTERNATIVE. L'alternateur convertit l'énergie MÉCANIQUE de rotation en énergie ÉLECTRIQUE avec un rendement TRÈS PROCHE DE 1 (les pertes — frottements, effet Joule dans les bobinages — sont faibles).

Vitesse de rotation et fréquence : la fréquence f du courant produit est reliée à la vitesse de rotation n du rotor (en tours par seconde) et au nombre p de paires de pôles par f = p × n. En France, le réseau impose f = 50 Hz : un alternateur à une paire de pôles (p = 1) doit donc tourner à n = 50 tr·s⁻¹ = 3000 tr·min⁻¹.

Semi-conducteurs et photovoltaïque (mécanique quantique) : dans un semi-conducteur (silicium dopé), un photon n'est absorbé et ne libère un porteur de charge que si son énergie dépasse une valeur seuil (le « gap »), donc si sa longueur d'onde est inférieure à une longueur d'onde maximale. La cellule convertit ainsi DIRECTEMENT une partie de l'énergie radiative en énergie électrique, sans pièce mobile ni combustion.

Adéquation au spectre solaire : pour qu'un semi-conducteur soit un bon capteur photovoltaïque, son spectre d'absorption doit RECOUVRIR la partie la plus intense du spectre solaire (le visible et le proche infrarouge). Le silicium absorbe jusqu'à ≈ 1100 nm : il capte donc une large part du rayonnement solaire, ce qui en fait le matériau dominant des panneaux. Le rendement réel d'une cellule au silicium reste modeste (≈ 15 à 22 %).

Argumenter l'installation d'une centrale photovoltaïque : au-delà du choix du matériau, on justifie l'implantation d'un parc à partir de données — ensoleillement (irradiation, en kWh·m⁻²·an⁻¹) du site, surface disponible, rendement des panneaux — pour estimer la puissance crête et l'énergie annuelle produites, puis on met en regard les contraintes (emprise au sol, intermittence, coût). L'argumentation pèse pertinence et limites, ce n'est pas un simple calcul de rendement.

Le mot qui porte tout le sous-thème est VARIABLE : un champ magnétique constant n'induit aucune tension. C'est le mouvement relatif de l'aimant et de la bobine qui crée la tension induite, et c'est pourquoi un alternateur doit TOURNER. Reconnaître un alternateur sur un schéma revient donc à repérer deux choses seulement — une source de champ magnétique et un conducteur — en mouvement l'un par rapport à l'autre.

Le rendement d'un alternateur peut approcher 1 parce que la conversion mécanique → électrique n'est pas limitée par un cycle thermique. Les pertes existent néanmoins et le programme demande d'en citer au moins une : effet Joule dans les bobinages, frottements mécaniques, courants de Foucault dans le fer. Ce sont ces pertes, et non une limite de principe, qui empêchent d'atteindre exactement 1.

Le photovoltaïque relève d'une physique entièrement différente, et le programme le rattache explicitement à la révolution quantique du début du XXᵉ siècle. Un photon n'est pas absorbé « un peu » : il l'est ou il ne l'est pas, selon que son énergie dépasse ou non le seuil du matériau. Cette absorption par quanta n'a pas d'explication en physique classique — c'est l'effet photoélectrique, et c'est ce comportement fondamentalement probabiliste de la nature à l'échelle microscopique que l'exploitation des semi-conducteurs a rendu technologiquement utile.

Le critère de choix d'un matériau se pose alors comme une superposition de deux courbes, exactement comme pour l'ozone et l'ADN : le spectre d'absorption du semi-conducteur doit RECOUVRIR la partie intense du spectre solaire. Un matériau dont le seuil est trop haut laisse passer l'essentiel du visible sans rien convertir ; un seuil trop bas absorbe beaucoup de photons mais n'extrait de chacun qu'une faible énergie. Le silicium doit sa place à un compromis favorable entre ces deux défauts.

Argumenter une installation photovoltaïque suppose enfin de sortir du seul rendement et de croiser des données : l'irradiation du site en kWh·m⁻²·an⁻¹, la surface disponible, l'orientation, la durée de vie des panneaux, et le coût environnemental de fabrication du silicium — extraction, purification à haute température, consommation d'énergie. Une installation ne « produit » de l'énergie décarbonée qu'après avoir remboursé celle de sa fabrication.

Vocabulaire

→ Cartes

induction électromagnétiqueApparition d'une tension dans un conducteur soumis à un champ magnétique variable ; découverte par Faraday.
alternateurConvertisseur d'énergie mécanique en énergie électrique, composé d'un rotor et d'un stator.
rotor / statorPartie tournante portant la source de champ magnétique / partie fixe portant les bobinages.
semi-conducteurMatériau, tel le silicium, dont l'absorption d'un photon libère un porteur de charge au-delà d'une énergie seuil.
capteur photovoltaïqueDispositif convertissant directement l'énergie radiative en énergie électrique, sans pièce en mouvement.
irradiationÉnergie solaire reçue par unité de surface et par an, en kWh·m⁻²·an⁻¹ ; donnée de base de tout dimensionnement.

Fréquence d'un alternateur

f = p \times n

f est la fréquence du courant (Hz), n la vitesse de rotation du rotor (tours par seconde) et p le nombre de paires de pôles. Pour f = 50 Hz et p = 1, on a n = 50 tr·s⁻¹ = 3000 tr·min⁻¹.

Rendement d'un alternateur

\eta = \dfrac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{reçue}}} = \dfrac{P_{\text{électrique}}}{P_{\text{mécanique}}}

Le rendement est le rapport de la puissance électrique utile sur la puissance mécanique reçue ; il est sans unité, compris entre 0 et 1, et proche de 1 pour un alternateur (pertes par frottement et effet Joule faibles).

Condition d'absorption d'un semi-conducteur

\lambda \le \lambda_{\max} \;\Longleftrightarrow\; E_{\text{photon}} = \dfrac{h\,c}{\lambda} \ge E_{\text{seuil}}

Un photon n'est absorbé (et ne libère un porteur de charge) que si son énergie dépasse l'énergie seuil (le « gap »), c'est-à-dire si sa longueur d'onde est inférieure à une longueur d'onde maximale λ_max. Pour le silicium, λ_max ≈ 1100 nm.

Spectre solaire et seuil d'absorption du silicium

Fig. 2Le spectre solaire (analogue corps noir à ≈ 5800 K) culmine dans le visible. Le silicium absorbe les photons de longueur d'onde inférieure à ≈ 1100 nm (seuil marqué) : il recouvre donc le visible et le proche infrarouge, ce qui justifie son emploi en photovoltaïque. L'abscisse est la longueur d'onde en centaines de nm.

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Exemple corrigé

Vitesse de rotation et rendement d'un alternateur

Un alternateur de centrale possède p = 2 paires de pôles et doit alimenter le réseau français à f = 50 Hz. (a) Calculer la vitesse de rotation n du rotor en tr·s⁻¹ puis en tr·min⁻¹. (b) Cet alternateur reçoit une puissance mécanique de 1100 MW et délivre 1078 MW électriques : calculer son rendement. (c) Expliquer pourquoi ce rendement ne peut jamais valoir exactement 1.

Isoler n dans f = p·n
On a f = p × n, donc n = f / p. Avec f = 50 Hz et p = 2 : n = 50 / 2 = 25 tr·s⁻¹.
Convertir en tours par minute
Une minute compte 60 secondes : on multiplie par 60. n = 25 × 60 = 1500 tr·min⁻¹.
Calculer le rendement
Le rendement est le rapport de la puissance électrique utile sur la puissance mécanique reçue.
Interpréter (rendement < 1)
Une partie de l'énergie mécanique est inévitablement dissipée par frottements mécaniques et par effet Joule dans les bobinages : ces pertes empêchent un rendement strictement égal à 1, mais elles restent faibles d'où η ≈ 0,98.

Résultat : (a) n = 25 tr·s⁻¹ = 1500 tr·min⁻¹. (b) η = 1078 / 1100 ≈ 0,98, soit 98 %. (c) Le rendement reste inférieur à 1 à cause des pertes par frottement et par effet Joule (ici 22 MW), même si elles sont faibles pour un alternateur.

Erreurs fréquentes

Croire qu'un aimant immobile près d'une bobine produit une tension : il faut un champ VARIABLE, donc un mouvement relatif. C'est le point central de l'induction.
Confondre alternateur et moteur : l'alternateur convertit une énergie mécanique en énergie électrique, le moteur fait l'inverse. Ce sont deux sens de conversion opposés.
Écrire que le rendement d'un alternateur vaut 1 : il peut en être PROCHE, mais les pertes Joule, les frottements et les courants de Foucault l'en écartent toujours.
Croire qu'un panneau photovoltaïque convertit la chaleur du Soleil : il convertit l'énergie RADIATIVE des photons. Un panneau chaud voit d'ailleurs son rendement baisser.
Choisir un semi-conducteur sur son seul seuil d'absorption : il faut comparer son spectre d'absorption à celui du Soleil. Un seuil trop haut ou trop bas dégrade la conversion, pour des raisons opposées.

Révision active

S’entraîner sur des exercices associés50 questions sur ce thème

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel)

Produire de l'électricité sans combustion : trois voies et rendement global#

~7 min de lectureStandardeduscol-programme-enseignement-scientifique

Diagramme de Sankey d'une chaîne de conversion thermique

Fig. 3Chaîne d'une centrale thermique : l'énergie primaire (100) passe par la chaudière, la turbine puis l'alternateur. L'épaisseur des flèches est proportionnelle au flux d'énergie : la plus grande perte se produit à la turbine (chaleur évacuée, limite de Carnot). L'électricité utile (≈ 33, mise en évidence) ne représente qu'environ un tiers de l'énergie d'entrée — le rendement global vaut ≈ 0,33.

Trois voies d'obtention de l'électricité SANS combustion. (1) Conversion mécanique : une turbine ou une dynamo entraîne un alternateur — soit DIRECTEMENT par une énergie mécanique disponible (éolienne, hydrolienne, barrage hydraulique), soit INDIRECTEMENT via une source thermique qui produit de la vapeur entraînant la turbine (nucléaire, solaire thermique, géothermie). (2) Conversion photovoltaïque : énergie radiative → électrique directement (semi-conducteur). (3) Conversion électrochimique : énergie chimique → électrique (piles, accumulateurs, pile à hydrogène).

Attention à la voie « indirecte » : dans une centrale nucléaire, ce n'est PAS la fission qui produit directement l'électricité. La chaîne est : énergie nucléaire → chaleur → vapeur sous pression → énergie mécanique (turbine) → énergie électrique (alternateur). Aucune combustion n'intervient (pas de CO₂ lors du fonctionnement), mais la conversion thermique limite fortement le rendement.

Chaîne de conversion énergétique : on la représente par un diagramme (type Sankey) qui suit l'énergie d'une ressource primaire jusqu'à l'électricité utile, en montrant à chaque étage l'énergie utile et l'énergie perdue (surtout en chaleur). Le RENDEMENT GLOBAL d'une chaîne est le produit des rendements de chaque étage : η_global = η₁ × η₂ × … ; il est donc TOUJOURS plus faible que le plus petit rendement d'étage.

Ordres de grandeur des rendements : conversion mécanique directe élevée (alternateur ≈ 0,98 ; barrage hydraulique ≈ 0,85–0,90) ; chaînes thermiques bien plus modestes (centrale nucléaire ≈ 0,33, centrale thermique à flamme ≈ 0,40) car la conversion chaleur → mécanique est physiquement limitée ; photovoltaïque au silicium ≈ 0,15–0,22.

Effets environnementaux : l'installation et le fonctionnement des centrales modifient l'environnement et la biodiversité (emprise au sol, barrages coupant les rivières, lignes, réchauffement local de l'eau de refroidissement) et présentent des RISQUES spécifiques selon la filière : pollution et particules pour les centrales à combustion, déchets radioactifs et risque d'accident pour le nucléaire, matériaux et recyclage pour le photovoltaïque. Aucune filière n'est sans impact : on raisonne en comparaison de risques et de bénéfices.

Le rendement global d'une chaîne est le PRODUIT des rendements de ses étages, jamais leur somme ni leur moyenne, et cette règle a une conséquence immédiate : la chaîne est aussi mauvaise que son maillon le plus faible. Dans une centrale nucléaire, un alternateur à 0,98 ne rattrape jamais le rendement thermodynamique du cycle vapeur, qui plafonne autour de 0,33.

C'est pourquoi la distinction entre conversion mécanique DIRECTE et INDIRECTE est le classement le plus utile du sous-thème. Directe — éolienne, hydrolienne, barrage — l'énergie mécanique est déjà disponible et l'on n'a qu'à la convertir : rendements élevés, de 0,85 à 0,90. Indirecte — nucléaire, solaire thermique, géothermie — il faut d'abord produire de la chaleur, puis la convertir en mouvement, et ce passage par un cycle thermique impose une limite physique bien plus basse.

Une confusion revient constamment sur le nucléaire : la fission ne produit pas d'électricité. Elle produit de la CHALEUR, qui vaporise de l'eau, dont la vapeur fait tourner une turbine, qui entraîne un alternateur. Décrire la chaîne complète — nucléaire → thermique → mécanique → électrique — est exactement ce qui est demandé, et c'est ce qui explique le rendement modeste de l'ensemble.

Le diagramme de flux d'énergie, dit de Sankey, est l'outil de lecture attendu : la largeur de chaque flèche est proportionnelle à l'énergie, si bien que les pertes apparaissent comme des branches latérales qui s'échappent à chaque étage. Il rend visible que l'énergie n'est jamais détruite mais DÉGRADÉE en chaleur diffuse, inutilisable.

Enfin, « sans combustion » ne signifie pas « sans conséquence ». Le programme demande d'analyser les incidences propres à chaque filière : déchets radioactifs et risque d'accident pour le nucléaire, emprise au sol et interruption de la continuité écologique des rivières pour l'hydraulique, matériaux et fin de vie pour l'éolien et le photovoltaïque, réchauffement local de l'eau de refroidissement pour toute centrale thermique. Une comparaison honnête met en regard des inconvénients de natures différentes, sans les réduire à une seule échelle.

Vocabulaire

→ Cartes

chaîne de conversionSuite des transformations d'énergie d'une ressource primaire jusqu'à la forme utile finale.
rendement globalProduit des rendements des étages successifs d'une chaîne ; toujours inférieur au plus faible d'entre eux.
conversion directe / indirecteConversion d'une énergie mécanique déjà disponible / conversion passant d'abord par une étape thermique.
diagramme de SankeyDiagramme de flux dont la largeur des flèches est proportionnelle à l'énergie, rendant les pertes visibles.
conversion électrochimiqueObtention d'électricité par réaction chimique : piles, accumulateurs, piles à hydrogène.
énergie dégradéeÉnergie devenue chaleur diffuse, conservée mais inutilisable pour produire un travail.

Rendement global d'une chaîne

\eta_{\text{global}} = \eta_1 \times \eta_2 \times \cdots \times \eta_n

Le rendement d'une chaîne de conversion est le produit des rendements de chaque étage. Comme chaque ηᵢ < 1, le rendement global est inférieur au plus petit des rendements d'étage.

Puissance utile en sortie de chaîne

P_{\text{utile}} = \eta_{\text{global}} \times P_{\text{entrée}}

La puissance utile en sortie est la puissance d'entrée multipliée par le rendement global ; le reste, (1 − η_global)×P_entrée, est dissipé (surtout en chaleur).

Définition du rendement

\eta = \dfrac{E_{\text{utile}}}{E_{\text{reçue}}} = \dfrac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{reçue}}}

Rapport (sans unité, entre 0 et 1) de l'énergie ou de la puissance utile sur l'énergie ou la puissance reçue. On l'exprime souvent en pourcentage.

Les trois voies de production d'électricité sans combustion

Fig. 4Trois familles de convertisseurs produisent de l'électricité sans aucune combustion. La voie mécanique (un alternateur entraîné directement — éolien, hydraulique — ou via une source thermique — nucléaire, géothermie, solaire thermodynamique), la voie photovoltaïque (effet photovoltaïque dans un semi-conducteur), et la voie électrochimique (piles, accumulateurs, pile à hydrogène).

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Exemple corrigé

Rendement global d'une centrale solaire thermodynamique

Une centrale solaire thermodynamique reçoit une puissance solaire de 50 MW. Les miroirs concentrent le rayonnement avec un rendement de 60 %, la chaudière-turbine convertit la chaleur en énergie mécanique avec un rendement de 38 %, et l'alternateur a un rendement de 98 %. (a) Calculer le rendement global de la chaîne. (b) En déduire la puissance électrique produite. (c) Indiquer l'étage le plus pénalisant et expliquer pourquoi.

Lister les rendements d'étage
On convertit les pourcentages en nombres décimaux : η₁ = 0,60 (miroirs), η₂ = 0,38 (turbine), η₃ = 0,98 (alternateur).
Multiplier les rendements
Le rendement global est le PRODUIT des rendements d'étage (jamais leur somme).
Calculer la puissance électrique
On multiplie la puissance solaire reçue par le rendement global.
Identifier l'étage limitant
L'étage chaleur → mécanique (turbine, η = 0,38) est le plus pénalisant : la conversion d'énergie thermique en énergie mécanique est physiquement très limitée, contrairement à l'alternateur (η = 0,98). C'est lui qui plafonne le rendement global.

Résultat : (a) η_global = 0,60 × 0,38 × 0,98 ≈ 0,22 (22 %). (b) P_élec ≈ 0,22 × 50 ≈ 11 MW. (c) L'étage limitant est la conversion chaleur → mécanique (η = 0,38), car cette transformation thermique est physiquement bornée ; améliorer l'alternateur (déjà à 98 %) ne changerait presque rien.

Erreurs fréquentes

Additionner ou moyenner les rendements d'une chaîne : ils se MULTIPLIENT. Trois étages à 0,9 donnent 0,73, pas 0,9.
Écrire que la fission produit directement de l'électricité : elle produit de la chaleur. La chaîne complète passe par la vapeur, la turbine puis l'alternateur.
Ranger le photovoltaïque parmi les conversions mécaniques : il n'y a aucune pièce en mouvement, c'est une conversion directe de l'énergie radiative.
Dire que l'énergie est « perdue » : elle est DÉGRADÉE en chaleur diffuse. Elle se conserve, mais devient inutilisable — nuance que le diagramme de Sankey rend visible.
Conclure qu'une filière sans combustion est sans impact : déchets, emprise au sol, matériaux et risques industriels existent et doivent être comparés explicitement.

Révision active

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Rappel actif

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Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel)

Transporter et stocker l'électricité : effet Joule, haute tension et stockage#

~8 min de lectureApprofondissementeduscol-programme-enseignement-scientifique

Pertes par effet Joule en fonction de la tension de transport (P fixée)

Fig. 5Pour P = 200 MW et R = 5,0 Ω, les pertes P_J = R·P²/U² (en MW) décroissent en 1/U² avec la tension U (en kV) : ≈ 25 MW à 90 kV, ≈ 1,25 MW à 400 kV. Le point marqué (400 kV) illustre l'effondrement des pertes à haute tension.

Effet Joule dans les lignes : tout conducteur de résistance R parcouru par un courant d'intensité I dissipe une puissance thermique P_J = R·I². Sur les lignes de transport, cette énergie est PERDUE (échauffement des câbles) : elle ne parvient pas au consommateur. Les pertes croissent comme le CARRÉ de l'intensité.

Intérêt de la haute tension : la puissance transportée vaut P = U·I, donc à puissance FIXÉE, l'intensité vaut I = P/U. En reportant dans l'effet Joule : P_J = R·I² = R·P²/U². Les pertes sont donc INVERSEMENT proportionnelles au carré de la tension : multiplier U par 10 divise les pertes par 100. C'est pourquoi on transporte l'électricité à très haute tension (jusqu'à 400 kV en France), quitte à élever puis abaisser la tension avec des transformateurs.

Le réseau maillé : pour acheminer l'électricité du producteur au consommateur, les lignes forment un RÉSEAU MAILLÉ (interconnecté à l'échelle européenne). Le maillage sécurise l'alimentation (une ligne en panne est contournée) et mutualise production et consommation entre régions et pays.

Équilibre offre/demande : l'électricité du réseau ne se stocke pas en grande quantité sous sa forme électrique ; il faut à chaque instant ÉQUILIBRER la production et la consommation. Cet équilibre permanent est un défi majeur, accentué par les sources intermittentes (solaire, éolien) dont la production ne suit pas la demande.

Stockage de l'énergie : pour gérer cet équilibre, on STOCKE l'énergie sous d'autres formes puis on la reconvertit en électricité : énergie mécanique (stations de pompage-turbinage : on remonte de l'eau dans un barrage quand la production excède la demande, puis on turbine ; volants d'inertie), énergie chimique (batteries, accumulateurs, hydrogène) et énergie électromagnétique (supercondensateurs). On compare les dispositifs selon plusieurs critères : capacité de stockage, puissance restituable, rendement aller-retour, durée de stockage, coût et impact environnemental.

Le raisonnement de la haute tension se mène en deux temps et doit être écrit dans cet ordre. Premier temps : à puissance transportée FIXÉE, P = U·I impose I = P/U, donc élever la tension abaisse l'intensité dans la même proportion. Second temps : les pertes valent P_J = R·I², donc elles varient comme le CARRÉ de l'intensité. En combinant, P_J = R·P²/U² : multiplier la tension par 10 divise les pertes par 100. C'est pourquoi le transport se fait à 400 000 V et non à 230 V.

Un point de vocabulaire décide de la justesse de la réponse : ce n'est pas la tension élevée qui réduit les pertes, c'est l'intensité faible qu'elle permet. Écrire « la haute tension réduit l'effet Joule » sans passer par I = P/U laisse le correcteur devant une affirmation non justifiée.

Le maillage du réseau, interconnecté à l'échelle européenne, sert deux fonctions distinctes : la sécurité — si une ligne tombe, l'électricité emprunte un autre chemin — et la MUTUALISATION, qui permet de compenser localement un déficit par un excédent produit ailleurs. C'est ce second rôle qui rend gérable l'intermittence de l'éolien et du photovoltaïque : le vent ne tombe pas partout en même temps.

L'équilibre offre-demande doit être maintenu à chaque INSTANT, parce que l'électricité ne se stocke pas sous forme électrique en quantité significative. Quatre leviers seulement existent, et le programme les nomme : mobiliser des réserves de production, réduire la consommation, réduire la production, ou stocker l'énergie sous une autre forme. Un déséquilibre non corrigé fait dériver la fréquence du réseau et peut provoquer un effondrement en cascade.

Comparer des dispositifs de stockage se fait sur les critères que le programme énumère, et jamais sur un seul : capacité, durée de stockage, incidence écologique, et masse mise en jeu par kilowattheure. Chaque technologie occupe une niche différente — le pompage-turbinage stocke beaucoup et longtemps mais exige un relief et deux retenues d'eau ; une batterie répond en quelques millisecondes mais stocke peu par unité de masse ; l'hydrogène permet un stockage long au prix d'un rendement de cycle médiocre, puisqu'il faut convertir deux fois.

Vocabulaire

→ Cartes

effet JouleDissipation thermique dans un conducteur, de puissance P_J = R·I² ; la perte du transport électrique.
réseau mailléRéseau interconnecté offrant plusieurs chemins ; il sécurise l'alimentation et mutualise production et consommation.
intermittenceCaractère variable et non pilotable de certaines productions, comme l'éolien et le photovoltaïque.
équilibre offre-demandeÉgalité instantanée obligatoire entre production et consommation sur le réseau.
pompage-turbinage (STEP)Stockage mécanique par remontée d'eau dans une retenue haute, restituée par turbinage à la demande.
rendement de cycleRapport de l'énergie restituée à l'énergie stockée, après les deux conversions d'un système de stockage.

Pertes par effet Joule

P_J = R\,I^{2}

Puissance thermique dissipée dans un conducteur de résistance R parcouru par un courant d'intensité I. Sur une ligne, c'est une perte ; elle croît comme le carré de l'intensité.

Puissance transportée

P = U\,I \;\Rightarrow\; I = \dfrac{P}{U}

La puissance transportée est le produit de la tension par l'intensité. À puissance fixée, augmenter U diminue I.

Pertes en fonction de la tension (P fixée)

P_J = R\,I^{2} = \dfrac{R\,P^{2}}{U^{2}}

En remplaçant I = P/U dans P_J = R·I², on voit que les pertes sont inversement proportionnelles au carré de la tension : multiplier U par k divise les pertes par k². C'est l'argument de la haute tension.

Du producteur au consommateur : élever puis transporter à haute tension

Fig. 6Chaîne de transport : un transformateur élève la tension pour le transport longue distance, car à puissance fixée les pertes par effet Joule varient en 1/U² — transporter à 400 kV (ligne HT, mise en évidence) au lieu de 90 kV divise les pertes par environ 20. La tension est ensuite abaissée avant la livraison ; le réseau est maillé (interconnecté) pour sécuriser l'alimentation.

Exemple corrigé

Pourquoi transporter à haute tension : comparaison 90 kV / 400 kV

On transporte une puissance électrique P = 200 MW sur une ligne de résistance R = 5,0 Ω. (a) Calculer l'intensité I puis la puissance perdue par effet Joule P_J pour une tension de transport U₁ = 90 kV. (b) Recommencer pour U₂ = 400 kV. (c) Comparer les pertes (en % de la puissance transportée) et conclure sur l'intérêt de la haute tension.

Intensité à 90 kV
On utilise I = P/U avec P = 200 × 10⁶ W et U₁ = 90 × 10³ V.
Pertes à 90 kV
On reporte dans P_J = R·I² avec R = 5,0 Ω.
Intensité et pertes à 400 kV
Même méthode avec U₂ = 400 × 10³ V : I₂ = 200×10⁶ / 400×10³ = 500 A, puis P_J,2 = 5,0×(500)².
Comparer en pourcentage
On rapporte les pertes à la puissance transportée (200 MW). À 90 kV : 24,7/200 ≈ 12 % ; à 400 kV : 1,25/200 ≈ 0,6 %. Le rapport des pertes est (400/90)² ≈ 20 : multiplier la tension par ≈ 4,4 divise les pertes par ≈ 20.

Résultat : (a) À 90 kV : I ≈ 2,2 kA, pertes ≈ 24,7 MW (≈ 12 %). (b) À 400 kV : I = 500 A, pertes = 1,25 MW (≈ 0,6 %). (c) Élever la tension réduit l'intensité, donc l'effet Joule (en 1/U²) : passer de 90 à 400 kV divise les pertes par environ 20. La haute tension est donc indispensable pour transporter l'électricité sur de longues distances avec peu de pertes.

Explication pas à pas4 étapes

1
Transporter l'électricité, c'est faire circuler un courant dans de longues lignes. Or tout conducteur résiste : il s'échauffe et dissipe de l'énergie. C'est l'effet Joule.
2
Cette puissance perdue croît comme le carré de l'intensité. Pour la réduire, l'idée géniale est de jouer sur la tension.
3
À puissance transportée fixée, augmenter la tension diminue l'intensité. En remplaçant, les pertes deviennent inversement proportionnelles au carré de la tension.
4
Concrètement : multiplier la tension par dix divise les pertes par cent. Voilà pourquoi on transporte l'électricité à 400 000 volts, puis on abaisse la tension près des villes.
Les pertes par effet Joule chutent en 1/U²
Pour P = 200 MW et R = 5,0 Ω : pertes (MW) en fonction de la tension de transport (kV).

Erreurs fréquentes

Écrire que la haute tension réduit les pertes sans passer par I = P/U : c'est l'INTENSITÉ faible qui réduit l'effet Joule, et la haute tension n'est que le moyen de l'obtenir.
Oublier le carré dans P_J = R·I² : les pertes varient comme le carré de l'intensité. Diviser I par 10 divise les pertes par 100, pas par 10.
Croire que l'électricité se stocke dans le réseau : elle ne se stocke pas sous forme électrique. On stocke sous une autre forme (mécanique, chimique, électromagnétique) puis on reconvertit.
Comparer deux dispositifs de stockage sur la seule capacité : la durée de stockage, la masse par kWh et l'incidence écologique sont des critères du programme au même titre.
Confondre puissance et énergie dans un problème de stockage : la puissance est un débit (W), l'énergie stockée une quantité (J ou kWh). Une batterie très puissante peut contenir peu d'énergie.

Révision active

S’entraîner sur des exercices associés50 questions sur ce thème

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel)

Ressources, cycle du carbone et empreinte carbone#

~9 min de lectureApprofondissementeduscol-programme-enseignement-scientifique

Schéma simplifié du cycle du carbone : réservoirs et flux

Fig. 7Le carbone circule entre réservoirs reliés par des flux naturels approximativement équilibrés (liens non orientés). La combustion des combustibles fossiles (flèche orientée, mise en évidence) injecte dans l'atmosphère du carbone resté longtemps stocké sous terre : c'est ce flux supplémentaire — l'empreinte carbone — qui élève la teneur en CO₂.

Stocks et flux : on distingue les ressources de STOCK — quantités finies accumulées (charbon, pétrole, gaz, uranium) — et les ressources de FLUX — énergie reçue ou disponible en permanence (rayonnement solaire, géothermie, marées). Les stocks fossiles ne se reconstituent pas à l'échelle humaine : ils sont NON RENOUVELABLES ; les flux sont, eux, renouvelables. Les fossiles dominent aujourd'hui le mix mondial et sont très INÉGALEMENT répartis géographiquement, source d'enjeux géopolitiques.

Unités d'énergie et ordres de grandeur : on utilise le joule (J), le kilowattheure (1 kWh = 3,6 × 10⁶ J = 3,6 MJ) et la tonne d'équivalent pétrole (1 tep = 41,868 × 10⁹ J ≈ 11 630 kWh). Comparer des productions et consommations à différentes échelles (individu, pays, monde) suppose de manier ces conversions et les puissances de 10.

Cycle du carbone : le carbone circule entre des RÉSERVOIRS (atmosphère, océan, biosphère et sols, combustibles fossiles) reliés par des FLUX (photosynthèse, respiration, échanges océan-atmosphère, etc.). Naturellement ces flux s'équilibrent à peu près. La combustion des fossiles ajoute un FLUX ANTHROPIQUE qui déstocke un réservoir resté longtemps isolé (le carbone fossile) et le transfère vers l'atmosphère sous forme de CO₂ : c'est ce déséquilibre qui élève la teneur atmosphérique en CO₂.

Combustion et CO₂ : une combustion s'écrit « combustible + dioxygène → dioxyde de carbone + eau » et doit être ÉQUILIBRÉE (conservation des atomes). Exemples : C + O₂ → CO₂ (carbone) ; CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O (méthane). À l'aide des masses molaires (C 12, O 16, H 1 g·mol⁻¹ ; CO₂ 44 g·mol⁻¹) et de l'énergie libérée, on calcule la masse de CO₂ émise par unité d'énergie (par kWh ou par MJ) : elle dépend du combustible et permet de les comparer.

Empreinte carbone : l'empreinte carbone d'une activité, d'un produit ou d'une personne est la masse totale de CO₂ (et autres gaz à effet de serre, exprimés en équivalent CO₂) émise DIRECTEMENT et INDIRECTEMENT par sa consommation d'énergie et de matières. On l'analyse poste par poste (transport, logement, alimentation, biens...) pour identifier les leviers de réduction, puis on propose des comportements pour la MINIMISER (sobriété, efficacité, choix bas-carbone) ou la COMPENSER.

La consommation mondiale d'énergie est très inégalement répartie, et le programme demande de savoir la lire à plusieurs échelles — mondiale, nationale, locale, individuelle. Elle a doublé au cours des quarante dernières années, portée par le modèle industriel de production et de consommation, et elle se répartit en moyenne mondiale à parts comparables entre l'industrie, les transports et l'habitat, le secteur agricole comptant pour une part plus modeste.

Comparer des ordres de grandeur de puissance est un savoir-faire explicite, et quelques repères permettent de tout situer : le corps humain fonctionne autour de 100 W, un appareil domestique va de quelques watts à quelques kilowatts, une voiture développe quelques dizaines de kilowatts, un réacteur nucléaire environ un gigawatt, et le flux solaire reçu par la Terre atteint 1,7 × 10¹⁷ W. C'est en rapportant toute grandeur nouvelle à l'un de ces repères qu'on détecte immédiatement une absurdité.

L'empreinte carbone se distingue des émissions directes par un mot : INDIRECTEMENT. Elle compte la masse de CO₂ produite non seulement par l'usage d'un objet mais aussi par sa fabrication, son transport et sa fin de vie. C'est ce qui explique qu'un véhicule électrique ait des émissions d'usage très faibles mais une empreinte de fabrication élevée, et que la comparaison honnête se fasse sur le cycle de vie complet, jamais sur le seul usage.

Comparer des combustibles demande une grandeur quotient : la masse de CO₂ produite par unité d'énergie dégagée, en g·kWh⁻¹ ou en kg·MJ⁻¹. Ce rapport classe les combustibles indépendamment des quantités consommées, et il place le charbon au-dessus du pétrole, lui-même au-dessus du gaz naturel — parce que la combustion du méthane libère proportionnellement plus d'énergie par atome de carbone.

La combustion ne libère pas que du dioxyde de carbone, et le programme demande de le dire : elle produit aussi des aérosols, du protoxyde d'azote, de l'ozone troposphérique, des suies et des composés soufrés, qui dégradent la qualité de l'air inhalé. Les particules fines issues des combustions ont des effets sanitaires documentés par l'épidémiologie — maladies respiratoires et cardiovasculaires. Ce point relie la question énergétique à la santé publique, et il ne faut pas confondre l'ozone troposphérique, polluant, avec l'ozone stratosphérique protecteur.

Réduire, compenser et séquestrer sont trois choses différentes qu'il faut nommer distinctement : réduire supprime l'émission à la source, compenser l'équilibre par une absorption ailleurs — sous réserve que cette absorption soit réelle et durable —, et séquestrer capte le CO₂ pour le stocker. Seule la réduction est certaine ; les deux autres reposent sur des hypothèses de permanence.

Vocabulaire

→ Cartes

empreinte carboneMasse de CO₂ émise directement et indirectement par la consommation d'énergie ou de matière première d'une activité.
tonne d’équivalent pétrole (tep)Unité d'énergie valant environ 41,9 GJ, soit près de 11 630 kWh ; usuelle dans les bilans énergétiques.
grandeur quotientRapport de deux grandeurs, comme la masse de CO₂ par kilowattheure ; seule base valable d'une comparaison.
particules finesAérosols issus des combustions, dont les effets sanitaires respiratoires et cardiovasculaires sont documentés.
ozone troposphériqueOzone de basse altitude, polluant, à ne pas confondre avec l'ozone stratosphérique protecteur.
séquestration du carboneCaptage du CO₂ en vue d'un stockage durable ; à distinguer de la réduction à la source.

Combustion du carbone

\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2

Combustion complète du carbone (modèle du charbon) : 12 g de carbone produisent 44 g de CO₂. Équation déjà équilibrée.

Combustion du méthane (équilibrée)

\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

On équilibre d'abord le carbone (1 CO₂) et l'hydrogène (2 H₂O), puis l'oxygène (2 O₂ fournissent les 4 atomes O nécessaires). 16 g de méthane produisent 44 g de CO₂.

Conversions d'unités d'énergie

1\ \text{kWh} = 3{,}6\times 10^{6}\ \text{J} = 3{,}6\ \text{MJ}, \quad 1\ \text{tep} \approx 11\,630\ \text{kWh}

Le kilowattheure et la tonne d'équivalent pétrole sont les unités usuelles des bilans énergétiques. 1 tep = 41,868 GJ ≈ 11 630 kWh.

Masse de CO₂ émise par kWh thermique selon le combustible

Fig. 8Masses approximatives de CO₂ libérées par kWh d'énergie thermique : le gaz naturel (méthane) émet le moins (≈ 200 g·kWh⁻¹), le pétrole davantage (≈ 270 g·kWh⁻¹), le charbon le plus (≈ 350 g·kWh⁻¹, mis en évidence). À énergie produite égale, le choix du combustible change donc fortement les émissions — un levier majeur de la transition.

Exemple corrigé

Masse de CO₂ émise par kWh par la combustion du méthane

La combustion du méthane libère environ 802 kJ d'énergie par mole de méthane brûlé. On donne M(CH₄) = 16 g·mol⁻¹ et M(CO₂) = 44 g·mol⁻¹. (a) Écrire et équilibrer l'équation de combustion complète du méthane. (b) Calculer l'énergie libérée par 1 kWh (rappel : 1 kWh = 3,6 MJ) et en déduire la quantité de méthane correspondante. (c) En déduire la masse de CO₂ émise par kWh d'énergie thermique. Comparer qualitativement à la combustion du carbone (charbon).

Équilibrer la combustion
On équilibre le carbone (1 CO₂), puis l'hydrogène (4 H → 2 H₂O), puis l'oxygène (2 O₂ fournissent 4 atomes O). Une mole de CH₄ produit une mole de CO₂.
Quantité de méthane pour 1 kWh
1 kWh = 3,6 MJ = 3600 kJ. Chaque mole libère 802 kJ, donc le nombre de moles brûlées est n = 3600 / 802.
Quantité de CO₂ produite
La combustion produit autant de moles de CO₂ que de moles de CH₄ (rapport 1:1).
Masse de CO₂ par kWh
On multiplie par la masse molaire du CO₂ (44 g·mol⁻¹).

Résultat : (a) CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. (b) 1 kWh = 3,6 MJ correspond à ≈ 4,49 mol de méthane brûlé. (c) On émet ≈ 198 g ≈ 0,20 kg de CO₂ par kWh thermique. Le carbone pur (modèle idéalisé du charbon, C + O₂ → CO₂, ≈ 393 kJ·mol⁻¹) émet davantage : n = 3600/393 ≈ 9,2 mol de CO₂ par kWh, soit ≈ 9,2 × 44 ≈ 400 g·kWh⁻¹. Le charbon réel émet un peu moins (≈ 350 g·kWh⁻¹, valeur du diagramme) car il contient un peu d'hydrogène et de cendres ; dans tous les cas, à énergie égale, le gaz émet environ deux fois moins de CO₂ que le charbon, parce que la combustion du méthane libère aussi l'énergie de son hydrogène (H₂O sans CO₂).

Erreurs fréquentes

Confondre empreinte carbone et émissions directes : l'empreinte compte aussi les émissions INDIRECTES, liées à la fabrication, au transport et à la fin de vie.
Comparer des combustibles sans grandeur quotient : il faut rapporter la masse de CO₂ à l'énergie dégagée (g·kWh⁻¹), sinon la comparaison dépend des quantités choisies.
Confondre puissance et énergie : le watt est un débit d'énergie, le kilowattheure une quantité. Un kWh est l'énergie d'un appareil de 1 kW pendant 1 h.
Confondre ozone troposphérique et stratosphérique : le premier, produit près du sol, est un polluant ; le second protège des ultraviolets. Le programme demande explicitement de les distinguer.
Traiter compenser comme équivalent à réduire : seule la réduction supprime l'émission avec certitude. Compenser et séquestrer supposent une absorption réelle et durable, qui doit être démontrée.

Révision active

S’entraîner sur des exercices associés50 questions sur ce thème

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel)

Scénarios de transition écologique et choix énergétiques#

~8 min de lectureApprofondissementeduscol-programme-enseignement-scientifique

Faisceau de scénarios d'émissions de GES et futurs climatiques

Fig. 9Trois familles de scénarios de transition partent d'aujourd'hui et divergent vers 2100 : selon les hypothèses d'émissions de GES (élevées, intermédiaires, fortement réduites), le futur climatique diffère nettement. Les choix énergétiques actuels déterminent la trajectoire suivie.

Pourquoi des scénarios : la combustion des fossiles alimente le réchauffement climatique. Pour limiter ce réchauffement, on construit des SCÉNARIOS de transition écologique — des trajectoires possibles d'émissions de gaz à effet de serre dans le futur — reposant sur des HYPOTHÈSES (démographie, croissance, technologies, sobriété, mix énergétique). Chaque scénario conduit à un futur climatique différent : c'est l'objet du thème 1 « Science, climat et société » prolongé ici par les choix énergétiques.

Comparer selon des critères explicites : choisir entre des options énergétiques ne se réduit pas à comparer des prix. On croise plusieurs CRITÈRES : disponibilité des ressources (stocks finis vs flux), effets sur l'environnement et la biodiversité, vulnérabilités et risques (accidents, dépendance, sécurité d'approvisionnement), faisabilité technique, et conséquences économiques et sociales (emplois, acceptabilité, inégalités). Aucune source n'est « parfaite » : on raisonne en compromis argumenté.

Inertie vs urgence : les systèmes énergétiques ont une forte INERTIE (durée de vie des centrales et des infrastructures de plusieurs décennies, lourdeur des investissements), alors que l'action climatique est URGENTE (le CO₂ émis aujourd'hui agit pendant des siècles). Décider tôt engage donc le système pour longtemps : c'est tout l'enjeu des choix énergétiques actuels.

Étude de cas — le nucléaire en France : analyser un choix énergétique majeur consiste à peser ses incidences globales. Le nucléaire émet très peu de CO₂ en fonctionnement (pas de combustion) et fournit une électricité pilotable, mais il produit des déchets radioactifs à gérer sur le très long terme, exige un investissement et une sûreté élevés, et repose sur une ressource de stock (uranium). On met en balance ces avantages et ces inconvénients selon les critères ci-dessus, sans réponse unique.

Le rôle du GIEC et des accords internationaux : le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) fait la synthèse des connaissances scientifiques et propose des scénarios pour éclairer la décision publique ; les accords internationaux (type Accord de Paris) fixent des objectifs collectifs. Le citoyen doit savoir LIRE et analyser des extraits de ces documents avec esprit critique : distinguer faits scientifiques, projections (assorties d'incertitudes) et choix politiques.

Un scénario n'est ni une prévision ni un souhait, et le programme demande de savoir le dire : c'est une trajectoire COHÉRENTE construite sous des hypothèses explicites — évolution de la demande, mix de production, rythme des rénovations, comportements. Sa valeur ne tient pas à sa probabilité mais à ce qu'il rend visible : les conséquences d'un ensemble de choix, et les contraintes qu'ils impliquent. Comparer deux scénarios revient à comparer deux jeux d'hypothèses, pas deux prédictions.

Les critères de comparaison sont énumérés par le programme et doivent être croisés, jamais réduits à un seul : disponibilité des ressources et adéquation aux besoins, effets climatiques, écologiques, sanitaires et agricoles, vulnérabilités et gestion des risques, faisabilité technique, conséquences économiques et sociales. Une réponse qui compare deux filières sur le seul coût, ou sur les seules émissions, manque l'exercice.

L'inertie est le paramètre que l'intuition sous-estime le plus. Une centrale fonctionne cinquante à soixante ans, un bâtiment davantage, un parc automobile se renouvelle en une quinzaine d'années. Une décision prise aujourd'hui engage donc des décennies, et une décision différée l'est tout autant — ne rien décider revient à prolonger l'existant. C'est cette inertie, confrontée à l'urgence climatique, qui rend le calendrier aussi contraignant que le choix technique lui-même.

Le cas français du nucléaire est l'étude de cas que le programme nomme, et elle s'analyse d'un point de vue GLOBAL : très faibles émissions de CO₂ en fonctionnement puisqu'il n'y a pas de combustion, électricité pilotable et peu dépendante des importations d'énergies fossiles, mais uranium importé, déchets radioactifs à gérer sur des durées très longues, risque d'accident majeur à faible probabilité, coûts et délais de construction élevés, et besoin d'eau de refroidissement sensible aux canicules. Une analyse complète met tous ces éléments en regard sans les additionner sur une même échelle.

Atténuation et adaptation répondent à deux questions différentes qu'il ne faut pas confondre : l'ATTÉNUATION réduit les émissions pour limiter le réchauffement futur, l'ADAPTATION organise la vie avec le réchauffement déjà engagé — digues, choix de cultures, urbanisme, plans canicule. À cause de l'inertie du système climatique et de l'énergie déjà stockée par l'océan, les deux sont nécessaires simultanément : atténuer ne dispense pas d'adapter.

La transition repose enfin sur deux leviers que le programme place sur le même plan : la créativité scientifique et technologique — diversification des ressources, évolution du mix, efficacité — et l'évolution des comportements individuels et collectifs, en matière de consommation, de déplacements et d'habitat. Attribuer la solution à un seul des deux, technique ou comportemental, est précisément la simplification que l'esprit critique attendu doit écarter.

Vocabulaire

→ Cartes

scénario de transitionTrajectoire cohérente d'évolution du système énergétique construite sous des hypothèses explicites.
atténuationRéduction des émissions de gaz à effet de serre afin de limiter le réchauffement futur.
adaptationMesures permettant de vivre avec le réchauffement déjà engagé : digues, cultures, urbanisme, plans canicule.
inertieDurée de vie longue des infrastructures énergétiques, qui engage les choix sur plusieurs décennies.
mix énergétiqueRépartition des différentes sources dans la consommation d'énergie d'un territoire.
aléa / vulnérabilitéÉvénement potentiellement dommageable / fragilité d'un territoire face à cet aléa ; leur croisement définit le risque.

Analyser un choix énergétique : une grille multi-critères

Fig. 10Un choix énergétique s'analyse en croisant cinq critères explicites : disponibilité des ressources, effets sur l'environnement (dont les émissions de CO₂), vulnérabilités et risques, faisabilité technique, conséquences économiques et sociales. Aucune source n'est optimale sur tous : la décision (au centre, mise en évidence) est un compromis argumenté, éclairé par les synthèses du GIEC.

Exemple corrigé

Analyse multi-critères : nucléaire ou gaz pour produire de l'électricité ?

On dispose d'un document comparant, pour la France, deux options de production d'électricité : (A) une centrale nucléaire et (B) une centrale à gaz. À partir de critères explicites — émissions de CO₂ en fonctionnement, type de ressource (stock/flux), déchets et risques, pilotabilité — rédiger une analyse argumentée des avantages et inconvénients de chaque option, puis préciser quelles informations supplémentaires (coût, durée de vie, acceptabilité sociale) seraient nécessaires pour conclure.

Émissions de CO₂ en fonctionnement
Le nucléaire ne brûle rien : pas de CO₂ en fonctionnement (conversion thermique sans combustion). La centrale à gaz brûle du méthane (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O) et émet donc du CO₂ (≈ 200 g par kWh thermique). Avantage net au nucléaire sur ce critère.
Type de ressource
Les deux reposent sur des ressources de STOCK, donc non renouvelables : uranium pour le nucléaire, gaz fossile pour la centrale à gaz. Aucune des deux n'est une ressource de flux renouvelable ; la dépendance aux importations diffère selon le combustible.
Déchets et risques
Le nucléaire produit des déchets radioactifs à gérer sur le très long terme et présente un risque d'accident grave (faible probabilité, fortes conséquences). Le gaz émet du CO₂ et des polluants, avec des risques industriels classiques. Les natures de risque ne sont pas comparables sur la même échelle.
Pilotabilité et synthèse
Les deux filières sont pilotables (production commandable, contrairement au solaire/éolien). La décision dépend du poids relatif donné à chaque critère : décarbonation (favorable au nucléaire) vs gestion des déchets et acceptabilité (en sa défaveur). Il n'existe pas de réponse unique.

Résultat : Le nucléaire l'emporte sur les émissions de CO₂ en fonctionnement et la pilotabilité, mais pose la question des déchets radioactifs, du risque d'accident et de la ressource (uranium, stock). Le gaz est plus simple et flexible mais émet du CO₂ et reste fossile. Pour conclure, il faudrait des données supplémentaires : coût complet du kWh, durée de vie et démantèlement, sécurité d'approvisionnement, empreinte carbone sur tout le cycle de vie et acceptabilité sociale. La réponse est un compromis argumenté, non un classement absolu — c'est précisément ce qu'attend l'analyse de type GIEC.

Objectif Bac

Expliquer ce qu'est un scénario de transition — une trajectoire cohérente sous hypothèses explicites — et pourquoi ce n'est ni une prévision ni un souhait.
Comparer des choix énergétiques en croisant les critères du programme : ressources, effets, vulnérabilités, faisabilité, conséquences économiques et sociales.
Analyser d'un point de vue global un choix énergétique majeur, sur l'exemple du nucléaire en France, en mettant en regard avantages et inconvénients de natures différentes.
Distinguer atténuation et adaptation, et justifier que l'inertie du système climatique rend les deux nécessaires simultanément.
Analyser des extraits de documents du GIEC ou d'accords internationaux, en distinguant ce qui relève du constat scientifique et ce qui relève de la décision politique.

Erreurs fréquentes

Traiter un scénario comme une prédiction : c'est une trajectoire construite sous des hypothèses explicites. On compare des hypothèses, pas des probabilités.
Comparer deux filières sur un seul critère, le plus souvent le coût ou les émissions : le programme en énumère six familles, et l'exercice consiste précisément à les croiser.
Confondre atténuation et adaptation : la première réduit les émissions futures, la seconde organise la vie avec le réchauffement déjà engagé. Les deux sont nécessaires.
Sous-estimer l'inertie des systèmes énergétiques : une centrale dure des décennies, si bien que ne pas décider revient à prolonger l'existant — c'est aussi une décision.
Attribuer la transition soit à la seule technologie, soit aux seuls comportements individuels : le programme place les deux leviers sur le même plan.

Révision active

S’entraîner sur des exercices associés50 questions sur ce thème

Rappel actif

Rappelle-toi les points clés — puis révèle.

Sources : Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023) (Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel) · GIEC — Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (rapports de synthèse) (IPCC / GIEC)

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Références et sources

Sources

Ministère de l’Éducation nationale — Bulletin officiel

Programme d’enseignement scientifique de terminale générale — annexe, texte en vigueur (BO n° 25 du 22 juin 2023)

IPCC / GIEC

GIEC — Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (rapports de synthèse)

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