Thémadoc Les énergies renouvelables, c'est quoi ?

A - Les "caprices" du soleil

I - Le mouvement de la Terre par rapport au soleil

La Terre tourne autour du soleil en décrivant une ellipse dont le soleil occupe l'un des foyers. Le 1^er janvier, la Terre est au périgée ; le 1^er juillet, elle est à l'apogée.

1) D'après le dessin ci-dessus, comment définit-on le périgée et l'apogée ?

2) Que penses-tu de l'affirmation suivante : "en été, il fait plus chaud parce que la Terre est plus proche du soleil" ?

II - La hauteur du soleil varie au cours des années

Du fait de l'inclinaison constante de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de sa trajectoire, l'inclinaison des rayons solaires par rapport à la verticale est, dans l'hémisphère nord, minimale au solstice d'été et maximale au solstice d'hiver.

- Complète les affirmations suivantes par V (vrai) ou F (faux).

L'éclairement énergétique journalier moyen en France est plus important en été qu'en hiver parce que :
1) Les rayons solaires sont plus près de la verticale.
2) La durée du jour est plus longue que celle de la nuit.

- En observant les dessins ci-dessus, explique pourquoi certaines régions sont plus riches en gisement d'énergie* solaire que d'autres.

- Aux équinoxes de printemps et d'automne, le jour et la nuit ont des durées identiques quel que soit le lieu considéré. Dessine la direction des rayons du soleil ces jours-là et colorie en gris le secteur de la Terre où il fait nuit.

III - L'absorption atmosphérique

L'atmosphère* terrestre absorbe une partie de l'énergie envoyée par le soleil sur la Terre. Cette absorption dépend de l'épaisseur traversée qui dépend elle-même de la date et de l'heure.

- En quelle saison et à quelle heure de la journée, l'ensoleillement est-il le moins absorbé par l'atmosphère terrestre ?

- Les capteurs* solaires alimentent en eau chaude un système de chauffage par le sol à basse température*. Pourtant une chaudière au fioul est installée en parallèle sur ce dispositif, pour quelles raisons ?

- Barre les affirmations qui te paraissent inexactes :

Pour être efficace, une construction bioclimatique doit être fermée au nord et ouverte au sud, peu isolée avec des murs minces pour que la chaleur puisse pénétrer plus facilement, munie de volets épais qu'il faut fermer dès le coucher du soleil.

B - Les capteurs solaires

I - Le capteur solaire simple

Barre la mention inutile :

- En plein soleil, il fait plus/moins chaud dans une voiture blanche que dans une voiture noire.

- Laissé au soleil, un objet métallique s'échauffe plus/moins vite qu'un objet en bois.

- La température d'un capteur simple peut atteindre plus/moins que 90° C.

II - Le capteur solaire à effet de serre

- Dans le texte ci-dessous, remets les mots suivants à leur place :

Vide, traverse, conduction, tuyau, absorbe, convection, infrarouges, fluide.

L'élément actif du capteur est constitué du ................... de cuivre dans lequel circule le ................. à réchauffer. Le rayonnement* solaire ..................... la plaque de verre qui est transparente à la lumière visible. Le capteur en cuivre ..................... ce rayonnement et s'échauffe. Il émet alors des ............................... qui sont arrêtés par la plaque de verre et renvoyés vers le cuivre. La matière isolante empêche les déperditions par ........................ vers le support du capteur. La plaque de verre est fixée de façon étanche au châssis du capteur pour éviter les pertes de chaleur par ......................... de l'air. La solution idéale pour éviter ces pertes serait de faire le ...................... tout autour du tuyau de cuivre.

III - Le chauffe-eau solaire

- Le capteur doit être orienté plein sud avec une inclinaison de 45° environ.

- Le liquide caloporteur qui circule dans le capteur est de l'eau additionnée d'antigel.

- Dans l'accumulateur* d'eau, la température est plus faible en bas qu'en haut.

- L'échange de chaleur s'effectue mieux si la température de l'eau est plus basse.

- L'appoint de chauffage permet de compléter, si nécessaire, la température de l'eau après l'apport du capteur.

- Une pompe est nécessaire pour faire circuler l'eau du capteur à l'échangeur.

- Un contrôle électronique arrête le circulateur la nuit pour ne pas refroidir la cuve.

- Des vases d'expansion protègent les tuyaux de la dilatation de l'eau.

Cherche l'erreur !
Parmi les schémas d'installation ci-dessous, un seul correspond à un montage correct. Lequel ?

Pour chaque schéma, précise, à l'aide des indications ci-dessus, ce qui n'est pas respecté.

IV - L'architecture solaire

Exemple de maison solaire près d'Aix-les-Bains

- Dans la maison ci-dessus, quelles sont, selon toi, les façades exposées sud et celles exposées nord ?

- Pourquoi les capteurs solaires sont-ils disposés sur le toit de la maison ?

- Si le toit de la maison n'est pas suffisamment incliné, les capteurs solaires utilisés en montagne risquent de ne pas fonctionner en hiver. Pourquoi ?

V - Où construire solaire en France ?

La carte ci-dessous nous montre les zones qui sont les plus rentables pour installer des maisons solaires.

Ordre de grandeur des économies d'énergies obtenues grâce à des installations solaires

- Quel est, à ton avis, la zone la plus favorable des trois ?

- Les régions contenues dans cette zone sont-elles toutes des régions chaudes ?

- Quel est le critère déterminant qui a permis de délimiter ces zones ?

- Dans cette zone, les régions de montagne sont plus intéressantes que le bord de mer, pourquoi ?