I. LES ENJEUX PLANETAIRES DE L’ENERGIE.
Activité documentaire:
« Quelques aspects de la situation énergétique mondiale en novembre 2000 »
Il est devenu clair que les réserves d’énergies fossiles ne sont pas infinies et que leur combustion à marche forcée engendre des problèmes écologiques insurmontables et de plus en plus graves. La concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère a augmentée de 50 % en un siècle et la situation deviendra rapidement insoutenable si les pays en voie de développement adoptent le mode de vie « énergivore » actuel des pays riches. L’époque où une minorité de la population mondiale pouvait accaparer l’essentiel des ressources énergétiques est pratiquement terminée : il n’y a plus de raison pour qu’un Américain consomme chaque année 8,1 tonnes d’équivalent pétrole alors que pendant ce temps un Chinois n’en consommerait que 0,9.
En France, les gouvernements successifs ont longtemps considéré avoir réglé le problème énergétique, à la fois en terme d’indépendance et en terme de pollution, avec le lancement en 1973 d’un programme nucléaire ambitieux. On s’est très vite rendu compte que ce choix posait autant de problèmes qu’il n’était suceptible d’en résoudre.
La conjonction des tempêtes de décembre 99, des manifestations suscitées par la hausse du pétrole en septembre 2000 et des négociations qui se sont déroulées fin novembre 2000 à la Haye autour du protocole de Kyoto change profondément, et sans doute durablement, la donne. Il va falloir apprendre à se passer des énergies fossiles, qui représentent encore 83 % de la demande d’énergie dans le monde, et développer les énergies renouvelables.
1. Quelles sont, d’après les documents ci-dessus, les trois sources d’énergie fossile ?
2. Quel est l’avenir de ces trois sources d’énergie ?
3. Quel principal problème posent-elles ?
4. Quelles sont les sources d’énergie renouvelable ?
5. Expliquer le terme « énergivore ».
II. LES SOURCES D’ENERGIE FOSSILE.
A. LE CHARBON.
Origine et composition:
Il y a des millions d’années, des forêts entières ont été enfouies sous la mer, puis recouvertes par des sédiments. Les végétaux se sont alors très lentement transformés, à l’abri de l’air, en une roche noire, riche en carbone C : le charbon.
Production et consommation :
Le charbon devient la source d’énergie primordiale avec l’invention de la machine à vapeur. En 1946, la charbon couvrait 80 % des besoins énergétiques de la France, en 1960 sa couverture énergétique était de 54 % et en 1990 le charbon ne couvrait plus que 9 % des besoins. Actuellement, sa part dans la consommation d’énergie en France n’est plus que de 5,5 %.
Dans le monde, par contre, la production et la consommation de charbon ne cessent d’augmenter. Les réserves sont plus importantes que les réserves pétrolières et les pays en voie de développement (Indonésie, Chine, …) alimentent leurs centrales électriques au charbon.
Il est utilisé surtout comme matière première. En sidérurgie, on le mélange au minerai de fer pour produire de l’acier ou de la fonte. En chimie : il est à la base de nombreuses synthèses, c’est la carbochimie.
B. LE PETROLE.
Origine et composition:
Le pétrole résulte de la décomposition, sous l’action de bactéries, à température et pression élevées, de substances organiques (plancton et micro-organismes) accumulées au fond des mers il y a environ 60 millions d’années. Le liquide sombre et visqueux qui en résulte a été piégé par des roches imperméables. Il est essentiellement constitué de molécules formées exclusivement d’atomes de carbone et d’atomes d’hydrogène : les hydrocarbures.
Production et consommation :
En 1973, le pétrole fournissait 58,2 % de l’énergie mondiale et sa consommation croissait de 8 % par an. A cette époque, en France, son importation massive et l’augmentation de son prix (1er choc pétrolier) imposaient un programme d’économie.
En 1995, ce programme a porté ses fruits : la consommation française a nettement diminué. La part du pétrole dans la consommation d’énergie en France est actuellement de 38,2 % (principale source d’énergie) alors que dans le monde elle est de 34 %.
Des techniques d’extraction de plus en plus performantes, des pays qui limitent leur exploitation et une consommation qui, d’après les prévisions, ne devrait croître que très modérement retardent le spectre de l’épuisement des réserves jusqu’à au moins l’an 2020.
Actuellement le pétrole est utilisé comme combustible. Il constitue également une matière première pour la synthèse de produits nouveaux (matières plastiques, médicaments, …) : c’est la pétrochimie.
C. LE GAZ NATUREL.
Origine et composition:
Le gaz naturel est constitué d’hydrocarbures gazeux, constitués essentiellement de méthane CH4 mais aussi d’éthane C2H6, de propane C3H8 et de butane C4H10. Il accompagne souvent le pétrole car il s’est formé dans les mêmes conditions que ce dernier. L’importance relative du gaz ou du liquide dépend du gisement.
Production et consommation :
L’utilisation du gaz naturel est en plein essor. La consommation mondiale augmente régulièrement et en France, il représente 14,5 % de la consommation d’énergie soit 24,9 % des énergies fossiles. La production française de gaz est nettement plus conséquente que celle de pétrole mais elle ne couvre que 11,4 % de nos besoins.
Moins polluant que le charbon et le pétrole, le gaz est la première des énergies utilisées pour le chauffage à grande échelle (résidences, hôpitaux, écoles, serres, …). Dans l’industrie, il sert de matière première ou de combustible.
III. LA COMBUSTION DES COMBUSTIBLES FOSSILES
QU’EST-CE QU’UNE COMBUSTION ?
LES COMBUSTIONS DE COMBUSTIBLES FOSSILES.
COMBUSTION DU CARBONE (CHARBON).
Placer sur un fil un morceau de carbone, le porter à incandescence, puis l’introduire dans un flacon de dioxygène.
Que peut-on observer ?
Une fois la réaction terminée, introduire dans le flacon de l’eau de chaux. Boucher et agiter. Que se passe-t-il ?
Qu’a-t-on pu mettre ainsi en évidence ?
Le bilan de la transformation chimique peut s’écrire :
2) COMBUSTION DU METHANE.
Expérience avec un briquet :
Allumer le briquet et observer la couleur de la flamme.
Placer une soucoupe propre et sèche au-dessus de la flamme, que peut-on constater ?
Placer ensuite un tube à essai, pui mettre de l’eau de chaux, boucher puis secouer. Que remarque-t-on ?
En déduire alors les produits de la réaction entre le gaz et l’air.
La couleur de la flamme est fonction de la quantité de dioxygène dans le mélange gaz-air qui brûle.
S’il y a suffisamment d’air (et donc de dioxygène), la réaction entre le gaz et le dioxygène fournit de l’eau et du dioxyde de carbone, la combustion est dîte complète. Sinon, la combustion est incomplète : il se forme toujours de l’eau et du dioxyde de carbone mais aussi du carbone, voire du monoxyde de carbone (gaz mortel) en proportions variables.
Combustion complète :
Combustion incomplète :
D’autres combustibles tels que le propane ou butane peuvent être utilisés (gaz en citerne ou bouteille mais la proportion de dioxygène nécessaire pour réaliser une combustion n’est pas la même suivant le combustible utilisé ; c’est pour cette raison qu’il faut changer l’injecteur de gaz dans les chaudières, cuisinières….si on modifie le gaz utilisé.
3) COMBUSTION DU PETROLE.
Sur une soucoupe, verser de l’essence de térébenthine, placer une mèche constituée d’un morceau de coton et l’enflammer.
Que peut-on observer ?
En déduire le composé formé.
IV. LA POLLUTION ATMOSPHERIQUE.
A. ORIGINE ET EFFETS DES PRINCIPAUX POLLUANTS ; LES REMEDES.
Voir tableau
B. QUELS SONT LES EFFETS DE CES POLLUANTS SUR LA NATURE ?
1) LES PLUIES ACIDES.
Les pluies acides sont des pluies dont le pH est très inférieur à 5,6. Elles sont dues à la transformation chimique, dans l’atmosphère, d’oxydes d’azote (NO et NO2) et de soufre (SO2) en acide nitrique (HNO3) et sulfurique (H2SO4).
Les pluies acides contribuent au dépérissement des forêts. Elles mettent aussi en danger la vie dans les lacs. En effet, lorsque le pH de l’eau devient inférieur à 4,3 le lac meurt : il n’y a plus ni faune, ni flore. Elles dégradent aussi les pierres (surtout celles contenant du calcaire) des statues et des monuments ainsi que d’autres matériaux de construction.
2) L’EFFET DE SERRE.
Il existe différents types de gaz à effet de serre. Ce sont les structures des molécules de ces gaz qui les rendent aptes à rabattre vers le sol les rayons infrarouges solaires. Tous ces gaz n’ont pas le même impact sur le réchauffement de la Terre.
Les responsabilités humaines sont très importantes en ce qui concerne l’effet de serre. Naturellement, les concentrations des gaz à effet de serre dans l’atmosphère sont très faibles. Par exemple le plus abondant, le dioxyde de carbone ne représente que 0,03% en volume, soit 600 fois moins que le dioxygène. Cela explique que les activités humaines peuvent changer ces répartitions.
Ainsi les concentrations de dioxyde de carbone ou de méthane ont considérablement augmenté depuis le début de l’ère industrielle. Quant aux CFC, ce sont des gaz artificiels qui ont été fabriqués par les hommes, et utilisés dans les aérosols, les réfrigérateurs et les climatisations depuis les années 1930.
La principale source d’émission des gaz à effet de serre est la combustion des énergies fossiles pour la production d’électricité, le fonctionnement des usines et dans les usages domestiques. La seconde cause est la déforestation car en temps normal les forêts assurent une modulation naturelle de l’effet de serre en absorbant une partie du dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère.
Les conséquences de l’effet de serre sont de tous ordres : elles touchent bien sûr d’abord l’environnement, mais peuvent aussi bien être alimentaires que sanitaires ou géopolitiques. La première conséquence est bien sûr favorable à la Terre : l’effet de serre assure une température moyenne de 15 °C au lieu de – 18 °C et permet la vie telle que nous la connaissons. Toutefois, de manière générale, les conséquences paraissent plutôt négatives. Une élévation de température trop importante provoquerait :
une élévation du niveau de la mer due à la fonte des grandes masses glaciaires avec par exemple des inondations dans des régions peu élevées telles que les Pays-Bas, le Bangladesh ou la disparition d’îles telles que les Maldives,
un déplacement des zones climatiques propres à tel ou tel type de culture, d’élevage ou de forêt, et donc une modification des écosystèmes et de la végétation,
un risque de recrudescence des maladies infectieuses comme le paludisme ou la fièvre jaune.
La vie serait-elle possible sans l’effet de serre ?
Quel est le type de rayonnement solaire responsable de l’effet de serre ?
Qui est à l’origine de l’augmentation de l’effet de serre ?
3) DESTRUCTION DE LA COUCHE D’OZONE.
En grande quantité, l'ozone est déplaisant, il a une odeur forte qui irrite les yeux et les poumons. Il contribue à certaines maladies respiratoires telles que l’asthme et aux maladies cardio-vasculaires.
La couche d'ozone, comme une paire de bons verres fumés, représente un filtre naturel qui retient la plus grande partie des rayons ultra-violets (UV) nocifs du soleil. Sans la couche d'ozone, un plus grand nombre de personnes souffriraient de coups de soleil, de cancers de la peau, de cataractes et de cécité. Les plantes et les animaux seraient également touchés. C'est pourquoi on peut penser à la couche d'ozone comme si elle était le pare-soleil de notre planète.
Cette couche d'ozone dans la stratosphère renferme presque tout l'ozone qui existe sur terre. C'est le «bon» ozone parce qu'il nous protège des rayons du soleil.
A la surface terrestre, à cause des émissions de polluants provenant de l’automobile, par exemple, il y a ce que nous appelons le «mauvais» ozone. Cet ozone résulte de l’action de la lumière du Soleil sur les gaz d’échappement des véhicules. Au cours de l'été, le « mauvais » ozone cause le smog dans les grandes villes. Malheureusement, l'ozone de surface augmente tandis que l'ozone stratosphérique diminue. Il nous est impossible de faire monter l'ozone de surface pour contribuer à la couche d'ozone stratosphérique. La meilleure solution est de continuer de diminuer toutes les sources de pollution qui affectent notre atmosphère et notamment l’utilisation des chlorofluorocarbones (CFC).
Ces dernières années, on a vu se former chaque printemps un grand « trou » dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique. Un phénomène comparable d’appauvrissement de l’ozone, quoique moins marqué, est également observé au-dessus de l’Arctique. On a aussi enregistré un amincissement de la couche d’ozone au-dessus des latitudes moyennes. Au-dessus de la région sud du Canada, la couche d’ozone s’est amincie d’environ six pour cent en moyenne depuis la fin des années 70, c’est-à-dire depuis que l’activité humaine a commencé à avoir des répercussions sur la haute atmosphère.
1. Donner la formule moléculaire de l’ozone.
2. Quelle est la cause essentielle de la formation du « trou » d’ozone ?
3. Pourquoi parle-t-on parfois du « paradoxe de l’ozone » ?
Objectifs :
Ressources énergétiques ; sources d’énergie fossile.
Les produits de combustion du gaz naturel, du bois, du charbon, du fuel, de l’essence.
Les principaux polluants atmosphériques : origine, effets, remèdes.
Limites : l’écriture et l’exploitation quantitative des réactions de combustion des hydrocarbures n’est pas exigible.
