Exercices d’application

Énergie libérée par la combustion du charbon et du diesel

Charbon

Charbon

C (s) + O₂ (g) → CO₂ (g)

2 C (s) + O₂ (g) → 2 CO (g)

E_C = 21 MJ·kg^-1

Énergie de combustion

Diesel

2 C₁₆ H₃₄ (l) + 49 O₂ (g) → 32 CO₂ (g) + 34 H₂O (g)

E_C = 44,8 MJ·kg^-1

ρ = 0,850 kg · L^-1

Exprimer puis calculer l’énergie libérée et la masse produite par l’utilisation de 10 kg de charbon pour chauffer un logement. L’énergie libérée par la combustion d’une masse m = 10 kg de charbon est : E = E_c × m = 21 MJ·kg^-1 × 10 kg = 210 MJ
Même question pour l’utilisation de 6,25 L de diesel pour un trajet de 100 km (ρ = 0,850 kg·L^-1). L’énergie libérée par la combustion d’un volume V = 6,25 L de diesel est : E = E_c × m = E_c × ρ × V = 44,8 MJ·kg^-1 × 0,850 kg·L^-1 × 6,25 L = 238 MJ

L’empreinte carbone de différents trajets

Il faut 12 h 35 min à un A380 au complet avec 853 passagers pour faire le trajet de Paris à SanJuan (6900 km). Lors de ce trajet, l’avion rejette 584 tonnes de CO₂.
Il faut 8 h de voiture pour faire le trajet entre Paris et Perpignan (850 km). Lors de ce trajet, une voiture rejette 129 kg de CO₂.

Déterminer l’empreinte carbone pour un même trajet de 100 km avec chaque transport. Pour faire 100 km avec le A380, l’empreinte carbone est 584 × 1000 × 100 / 6900 = 8464 kg de CO₂ Pour faire 100 km avec la voiture, l’empreinte carbone est 129 × 100 / 850 = 15,2 kg de CO₂
Déterminer l’empreinte carbone par passager pour un trajet de 100 km. Pour faire 100 km avec le A380, l’empreinte carbone par passager est 8464 / 853 = 9,9 kg de CO₂ Pour faire 100 km avec la voiture, l’empreinte carbone par passager est 15,2 / 4 = 3,8 kg de CO₂
Sachant que le taux de remplissage moyen d’une voiture est de 1,4 personne par déplacement, argumenter l’intérêt de développer le covoiturage.

Diagnostic de performance énergétique

Une part importante des dépenses énergétiques françaises sert à chauffer les résidences. Un DPE (diagnostic de performance énergétique) permet d’estimer l’isolement thermique d’un logement.

Modes de chauffage pour différents logements
Logement	Surface (m₂)	Chauffage	Dépense / an
1	40	Gaz	4960 kW·h
2	40	Électrique	34,6 GJ
3	20	Bois	23 200 MJ
4	110	Géothermique	18,1 MW·h

DPE

A: moins de 50 kW·h·m²·an^-1
B: entre 51 kW·h·m²·an^-1 et 90 kW·h·m²·an^-1
C: entre 91 kW·h·m²·an^-1 et 150 kW·h·m²·an^-1
D: entre 151 kW·h·m²·an^-1 et 230 kW·h·m²·an^-1
E: entre 231 kW·h·m²·an^-1 et 330 kW·h·m²·an^-1
F: entre 331 kW·h·m²·an^-1 et 450 kW·h·m²·an^-1
G: plus de 451 kW·h·m²·an^-1

Données

1 J = 2,78 × 10^-7 kW·h
Émission de CO₂ :
- m(gaz) = 237,0 g/(kW·h)
- m(électrique) = 93,50 g/(kW·h)

Déterminer le DPE pour chaque logement.
Pour les logements 1 et 2, calculer la quantité de CO₂ dégagée.
Déterminer l’intérêt d’un DPE sur le choix d’un logement.

Les biocarburants, une alternative aux énergies fossiles ?

Le biodiesel, extrait de la biomasse, fait partie des biocarburants qui sont souvent proposés comme solution alternative aux sources d’énergie fossiles. Leur utilisation comme carburant dans les transports fait actuellement débat.

Une émission de 100% correspond à l’équivalent avec une ressource fossile
Type de biodiesel	Emissions de GES (en %)
Colza	115
Huile de palme	300
Soja	215
Tournesol	100

Les cultures de palmiers à huile nécessitent de grandes surfaces agricoles, obtenues par déforestation de zones abritant une grande diversité d’espèces, notamment les emblématiques populations d’orang-outan.

Indiquer un avantage à l’utilisation des biocarburants comme source d’énergie. On peut citer par exemple : pas d’extraction de ressources fossiles donc moins de limitations, ils peuvent être considérés comme ressource renouvelable.
Formuler plusieurs critiques quand à l’utilisation de l’huile de palme comme biocarburant.

Notions

À savoir

Mix énergétique

L’énergie utilisée dans le monde provient en majorité des combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon).

Consommation annuelle par source d’énergie

Ressource	Consommation annuelle (× 10¹⁸ J)	Type
Pétrole	199	Stock
Gaz	149	Stock
Charbon	165	Stock
Uranium	31	Stock
Hydroélectrique	16	Flux
Éolien	9	Flux
Solaire	7.6	Flux
Biomasse	56	Stock

La combustion : l’origine de la hausse de gaz à effet de serre

La combustion de carburants fossiles et de biomasse libère du dioxyde de carbone et également des aérosols et d’autres substances (N₂O, O₃, suies, produits soufrés), qui affectent la qualité de l’air respiré et la santé.

Comburant + Carburant → CO₂ + H₂O + reste

Inégalité de la consommation énergétique

Selon la richesse des pays ou des individus, la consommation énergétique est inégalement répartie.

Pays ou région	Consommation d’énergie (GJ/hab)	PIB par habitant (en dollars )
États-Unis	266,2	69 375
France	131,3	45 028
Japon	127,4	40 704
Allemagne	120,8	50 787
Chine	119,1	9 608
Brésil	62,0	16 594
Inde	31,9	2 036
Éthiopie	16,0	853
Bangladesh	12,1	1 745

Une consommation utilisée à part comparables

L’énergie est utilisée à parts comparables par le secteur industriel, les transports, le secteur de l’habitat et dans une moindre mesure par le secteur agricole.

Consommation finale d’énergie par secteur en France en 2023
Secteur	Consommation (en %)
Transports	34
Résidentiel	28
Industrie	19
Tertiaire	16
Agricole	3

L’empreinte carbone

L’empreinte carbone correspond à la masse de dioxyde de carbone (CO₂) produite directement ou indirectement par sa consommation d’énergie et de matières premières.

Savoir-faire

Convertir en joules différentes unités d’énergie

Les facteurs de conversion étant donnés, convertir en joules différentes unités d’énergie

1 tep = 42 GJ
1 kWh = 3,6 MJ

Préfixe et puissances de 10

Préfixe	Puissance
T	10¹²
G	10⁹
M	10⁶
k	10³
m	10^-3
μ	10^-6
n	10^-9

Pour chaque situation convertir l’énergie utilisée en joules

Chaque seconde, la consommation mondiale d’énergie représente 428 tep.
Une ampoule consomme 32,9 kWh d’énergie par an.

Classer de la plus grande valeur d’énergie à la plus faible

765 kW·h
3,0 t.e.p.
248 MJ

Calculer la masse de CO₂ produite pour différents combustibles

Voir exercice sur la combustion du diesel et du charbon

Comparer l’impact de différents objets sur l’ensemble de leur cycle de vie

Voir l’exercice sur les trajets en avion et en voiture.