Électricité : produire dans une centrale

1. a)La partie qui tourne est le rotor : elle porte l’aimant. La partie fixe est le stator : elle porte les bobines. (1)
2. b)La roue transmet de l’énergie cinétique (de rotation) ; l’alternateur fournit de l’énergie électrique (et dissipe un peu d’énergie thermique). (1)
3. c)L’aimant tourne moins vite : la tension maximale diminue et la fréquence diminue aussi. Si la roue s’arrête, la tension devient nulle : plus de rotation, plus d’électricité. (1)
4. d)Dissipée : 25 − 18 = 7 kW. Rendement : 18 ÷ 25 = 0,72, soit 72 %. (1)

Le point clé — Pas de rotation, pas de tension ; plus vite, tension plus grande et fréquence plus grande.

1. a)A est continue : droite horizontale, même signe et même valeur tout le temps. B est alternative : la courbe passe au-dessus puis au-dessous de l’axe, elle change de signe régulièrement. (1)
2. b)A : 2 divisions × 5 V = 10 V. B : la crête monte à 3,5 divisions : U_max = 3,5 × 2 = 7 V. (1)
3. c)Un motif occupe 4 divisions : T = 4 × 5 = 20 ms = 0,02 s ; f = 1 ÷ 0,02 = 50 Hz. (1)
4. d)Oui, 50 Hz comme le secteur. Mais ce n’est pas la tension d’une prise : celle-ci monte à environ 325 V (230 V efficaces), alors que B ne dépasse pas 7 V. (1)

Méthode — Divisions × réglage ; période en secondes, puis f = 1 ÷ T.

1. a)Dissipée : 1 500 − 570 = 930 MW. Rendement : 570 ÷ 1 500 = 0,38, soit 38 %. (1)
2. b)Surtout au condenseur : la vapeur sortie de la turbine y est refroidie et redevient liquide, et sa chaleur part dans l’eau d’un fleuve, de la mer ou dans l’air d’une tour de refroidissement (une autre part s’en va avec les fumées). (1)
3. c)E = P × t = 570 × 24 = 13 680 MWh, soit 13,68 GWh. (1)
4. d)Reçue = 570 ÷ 0,9 ≈ 633 MW. Le barrage n’a ni combustion ni vapeur à refroidir : l’eau fait tourner directement la turbine, il n’y a pas de condenseur qui rejette de la chaleur. (1)

Le point clé — Reçue = électrique + dissipée ; rendement = électrique ÷ reçue ; E = P × t en MWh.

1. a)400 000 V → 63 000 V → 20 000 V → 230 V. La tension diminue à chaque étape : ce sont des transformateurs abaisseurs. (1)
2. b)La ligne de distribution est sous 20 000 V : I = P ÷ U = 3 450 000 ÷ 20 000 = 172,5 A. (1)
3. c)Sous 230 V : I = 3 450 000 ÷ 230 = 15 000 A, environ 87 fois plus. Il faudrait des câbles énormes, qui chaufferaient beaucoup par effet Joule : on garde une tension élevée le plus longtemps possible, et on ne l’abaisse à 230 V qu’au plus près des logements. (1)
4. d)Il ne faut pas jouer près de la ligne : le courant peut sauter dans l’air (arc électrique) jusqu’au fil du cerf-volant, sans même le toucher. On reste à plus de 5 m des lignes, on joue loin d’elles, et si le cerf-volant s’accroche, on lâche tout et on ne le récupère jamais soi-même. (1)

Le point clé — I = P ÷ U : tension élevée, intensité faible, câbles qui chauffent peu.

1. a)À 19 h : 9,4 − 7,9 = 1,5 GW manquent. La consommation dépasse la production : la fréquence descend sous 50 Hz. (1)
2. b)Démarrer des centrales pilotables (au gaz, barrages), faire turbiner une STEP, importer de l’électricité des pays voisins, ou demander à de grands industriels de réduire leur consommation (deux moyens suffisent). (1)
3. c)Excédent : 7,6 − 6,6 = 1 GW. On peut pomper l’eau vers le lac du haut d’une STEP, exporter ou réduire la production. À 15 h, production = consommation : la fréquence est à 50 Hz. (1)
4. d)Consommée : 1 × 5 = 5 GWh ; rendue : 5 × 0,75 = 3,75 GWh. Le manque de 19 h pendant 2 h représente 1,5 × 2 = 3 GWh : oui, 3,75 GWh suffisent. (1)

Le point clé — Manque → la fréquence baisse ; excédent → elle monte ; la STEP déplace l’énergie de la nuit vers la pointe.