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Sujet 15: Des sphères géantes immergées sous l’eau

Installation d’une sphère géante et schéma de leur posi-

tion en mer (https ://lenergeek.com)

Le projet de recherche scientifique baptisé StEnSEA (pour « Stored

Energy in the Sea ») développé par l’institut allemand Fraunho-

fer IWES propose un nouveau dispositif de stockage de l’électricité

constitué de sphères géantes immergées en mer. On cherche à com-

prendre en quoi ce type de dispositif pourrait être intéressant pour

stocker l’énergie et en pallier l’intermittence.

Partie 1 - Fonctionnement des sphères

Document 1 : Fonctionnement général et paramètres des sphères

Chacune de ces sphères est connectée à un système de production d’électricité (ferme éolienne, ferme solaire...).

Lors des périodes de forte production d’énergie, l’énergie électrique excédentaire qui ne peut être injectée dans le

réseau est utilisée pour faire fonctionner des pompes qui expulsent l’eau présente à l’intérieur des sphères. À l’inverse,

en période de faible production, on laisse l’eau s’engouffrer dans les sphères à travers un jeu de turbines qui génèrent

de l’énergie électrique. L’objectif de ce projet est que chacune sphères soit en mesure de stocker 20 MWh.

Paramètre

Valeur

Profondeur de d’installation

750 m

Diamètre intérieur de la sphère

28,6 m

Energie stockée

20 MWh

Energie restituée

18,3 MWh

Document 2 : Schéma simplifié du couple turbine-alternateur

1. À partir du schéma simplifié du couple turbine-alternateur (document 2), indiquer quel élément (aimant ou bobine)

constitue la source de champ magnétique et aux bornes de quel élément (aimant ou bobine) se crée une tension

électrique.

La source de champ magnétique est l’aimant, tandis que le courant électrique est créé aux bornes de la bobine.

2. Compléter le schéma représentant la chaîne de transformation énergétique du couple turbine-alternateur lors du rem-

plissage d’une sphère.

3. Calculer le rendement de l’opération de stockage d’énergie réalisée par l’une des sphères.

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Sujet 15: Des sphères géantes immergées sous l’eau

Enseignement Scientifique / Tle

Le rendement de stockage des sphères correspond au rapport entre l’énergie restituée et l’énergie stockée.

η =

18, 3

20

= 91, 5%

Partie 2 - Alimentation des sphères par une ferme photovoltaïque

Les sphères immergées sont reliées à une ferme solaire. On se propose d’étudier le fonctionnement d’une cellule photovoltaïque,

élément de base de chaque panneau photovoltaïque de la ferme solaire. Grâce aux mesures réalisées aux bornes de la cellule,

on trace la caractéristique tension - intensité (en trait plein) et la caractéristique tension - puissance (en pointillé).

Document 3 : Caractéristiques de la cellule photovoltaïque

4. Déterminer graphiquement la valeur de la puissance maximale Pmax.

Le point de puissance maximale correspond à une valeur :

Pmax = 2,85 mW

5. En déduire la valeur de l’intensité maximale Imax et celle de la tension maximale Umax .

Par lecture graphique de la tension et de l’intensité correspondante :

Imax = 7,4 mA

Umax = 0,39 V

6. En déduire que la valeur de la résistance du récepteur à utiliser avec le panneau pour fonctionnement optimal est

environ égale à 50 Ω .

La résistance maximisant la puissance vaut alors :

Rm =

Umax

Imax

=

0,39

7,4 · 10−3 = 53 Ω

Partie 3 - Conclusion

7. Rédiger un paragraphe argumenté d’une dizaine de lignes environ expliquant en quoi cette association sphères immergées–

panneaux solaires permet de « pallier l’intermittence des énergies » mais n’est pas sans impact sur l’environnement et

la biodiversité.

Les panneaux solaires constituent une source d’énergie renouvelable et inépuisable, mais intermittente. D’une part,

l’intensité du soleil varie fortement durant la journée, d’autre part l’ensoleillement est fortement lié aux conditions

météorologiques. Il est donc important de combiner cette technologie avec un dispositif permettant de stocker le surplus

d’énergie produit lors des pics de production, et de le restituer lorsque la production électrique ne satisfait plus aux

besoins du réseau. Les sphères immergées, constituent du fait de leur rendement de stockage, de la durée de stockage

permise, et de peu d’espace qu’elles occupent un moyen de stockage prometteur. Toutefois ni les panneaux solaires, ni

les sphères immergées, ne sont pas tout à fait "propres". Bien que leur phase d’utilisation soit totalement décarbonée,

leur processus de fabrication , et en particulier la production des matières premières qui les constituent présente un

impact environnemental non négligeable.

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