Exercices — Énergie, choix de développement et futur climatique

1. Chaque kWh vaut $3{,}6 \times 10^{6}$ J, donc :

$2 \times 3{,}6 \times 10^{6} = 7{,}2 \times 10^{6}\ \text{J}$

soit 7,2 millions de joules.

2. On divise par le facteur de conversion :

$\frac{23\,200}{11\,600} = 2\ \text{tep}$

Un Français consomme en moyenne environ 2 tonnes équivalent pétrole par an — comme s’il brûlait 2 tonnes de pétrole chaque année.

3. On calcule le rapport entre les deux :

$\frac{23\,200}{876} \approx 26$

Chaque Français consomme donc environ 26 fois l’énergie de son propre corps : tout se passe comme si chacun disposait de 26 « serviteurs énergétiques » invisibles (machines, véhicules, chauffage…). Cet ordre de grandeur illustre la dépendance énergétique de nos modes de vie — et cette consommation est très inégalement répartie entre pays riches et pauvres.

Réflexe à retenir : le programme exige de savoir passer d’une unité à l’autre (J, kWh, tep) et de comparer des ordres de grandeur (corps humain, objets du quotidien, centrales…). Garde en tête : 1 kWh = 3,6 millions de J.

1. Du plus petit au plus grand : atmosphère (850 GtC) < végétation et sols (2 300 GtC) < combustibles fossiles (5 000 à 10 000 GtC) < océans (38 000 GtC). Le réservoir atmosphérique est le plus petit : c’est pourquoi y injecter du carbone le perturbe si vite.

2. Rythme moyen de formation des fossiles :

$\frac{5\,000}{100\,000\,000} = 5 \times 10^{-5}\ \text{GtC par an}$

Temps nécessaire pour reconstituer 10 GtC :

$\frac{10}{5 \times 10^{-5}} = 2 \times 10^{5}\ \text{ans}$

Il faudrait environ 200 000 ans à la nature pour reformer ce que nous brûlons en un an.

3. Le renouvellement des combustibles fossiles demande des dizaines à des centaines de millions d’années, un rythme dérisoire face à celui de notre consommation : les stocks ne se reconstituent pas à l’échelle des sociétés humaines. Ces ressources sont donc non renouvelables — chaque tonne brûlée est perdue pour des millions d’années.

4. Une partie du CO₂ émis est absorbée par l’océan (dissolution dans l’eau de surface, au prix d’une acidification) et par la végétation (les organismes chlorophylliens fixent le CO₂ par photosynthèse). Ces puits n’absorbent toutefois qu’environ la moitié de nos émissions : le reste s’accumule dans l’atmosphère.

Réflexe à retenir : savoir comparer les stocks des réservoirs et citer les ordres de grandeur des durées de transformation du carbone est un attendu explicite du programme. Le contraste clé : formation en millions d’années, combustion en décennies.

1. On compte les atomes de part et d’autre :

• carbone C : 1 à gauche (CH₄), 1 à droite (CO₂) ✓ ;
• hydrogène H : 4 à gauche (CH₄), 2 × 2 = 4 à droite (H₂O) ✓ ;
• oxygène O : 2 × 2 = 4 à gauche (O₂), 2 + 2 = 4 à droite (CO₂ et H₂O) ✓.

L’équation est bien ajustée avec les coefficients 1, 2, 1, 2.

2. Rapport des émissions par kWh :

$\frac{340}{200} = 1{,}7$

À énergie produite égale, le charbon émet 1,7 fois plus de CO₂ que le gaz naturel. La bonne façon de comparer des combustibles est bien de rapporter la masse de CO₂ à l’unité d’énergie dégagée (grandeur quotient), et non de comparer des masses brutes.

3. Masse évitée par kWh : 340 − 200 = 140 g. Pour un million de kWh :

$1\,000\,000 \times 140 = 1{,}4 \times 10^{8}\ \text{g} = 140\ \text{tonnes de CO}_2$

La conversion éviterait environ 140 tonnes de CO₂ par jour.

4. Parce que le gaz naturel émet encore beaucoup de CO₂ (200 g/kWh, contre zéro en fonctionnement pour le nucléaire, l’éolien ou le solaire) : il réduit le problème sans le résoudre. De plus, son extraction et son transport s’accompagnent de fuites de méthane, gaz à effet de serre bien plus puissant que le CO₂, et il reste une ressource non renouvelable. Le gaz peut être une étape, pas une destination.

Réflexe à retenir : « comparer la masse de CO₂ produite par unité d’énergie dégagée » est le savoir-faire exigible — raisonne toujours en g de CO₂ par kWh, jamais en masses brutes.

1. L’empreinte carbone d’une activité ou d’une personne est la masse de CO₂ produite directement ou indirectement par sa consommation d’énergie et de matières premières. Les achats comptent car la fabrication et le transport d’un ordinateur ont émis du CO₂ ailleurs (usine, fret) : ces émissions indirectes sont bien causées par la consommation du lycée.

2. Total :

$250 + 180 + 150 + 100 + 20 = 700\ \text{tonnes de CO}_2\ \text{par an}$

Par élève :

$\frac{700}{1\,000} = 0{,}7\ \text{tonne par élève et par an}$

soit 700 kg de CO₂ par élève.

3. Part du chauffage :

$\frac{250}{700} \approx 0{,}36 = 36\ \%$

Le chauffage est le premier poste (plus d’un tiers du total) : c’est lui qu’il faut traiter en priorité — une réduction de 20 % du chauffage rapporte plus que la suppression totale de l’électricité.

4. Exemples de mesures (d’autres réponses sont possibles) :

• Chauffage : isoler le bâtiment et remplacer la chaudière au gaz (pompe à chaleur, réseau de chaleur). Critère à considérer : le coût d’investissement et la durée des travaux — l’inertie des infrastructures, que le programme invite à confronter à l’urgence de l’action ;
• Cantine : augmenter la part de menus végétariens et de produits locaux de saison. Critère : l’équilibre nutritionnel et l’acceptation par les élèves (conséquences sociales) ;
• Déplacements : favoriser vélo, covoiturage et transports en commun (abris à vélos, horaires adaptés). Critère : la faisabilité locale — sécurité des trajets, existence de lignes de bus, élèves habitant loin en zone rurale.

Réflexe à retenir : une analyse d’empreinte carbone suit toujours le même plan — calculer, hiérarchiser les postes, agir d’abord sur le plus gros, et évaluer chaque mesure selon plusieurs critères (climatique, économique, social, faisabilité), comme l’exige le programme.