Physique-chimie, Sixième • Exercices corrigés à Montréal

Fiche de révision : sources, formes et conversions d'énergie (Sixième)

Cette fiche ne redonne pas le cours sur l'énergie : votre enfant l'a dans son cahier. Elle dit ce qui fait perdre des points au contrôle, et le geste exact qui évite chaque perte.

Le chapitre est réputé facile parce qu'il se raconte avec des mots, et c'est précisément pour cela qu'il se corrige mal : chaque mot y a un sens précis. Source, stockage, transport et usage ne sont pas interchangeables, et le barème le sait.

Le fil du chapitre

L'énergie ne se fabrique jamais, elle est PRÉLEVÉE sur une source puis transportée : confondre la source, le charbon ou le vent, avec le moyen de transport, l'électricité, est l'erreur qui coûte le plus de points dans ce chapitre et dans tous ceux qui suivront.

Ce chapitre fait partie de Physique-chimie en Sixième

L'essentiel

Source, transport, usage : trois choses différentes

• Une SOURCE est ce dans quoi on puise : le Soleil, le vent, l'eau des rivières, le bois, la chaleur du sol, le charbon, le pétrole, le gaz, l'uranium.
• L'ÉLECTRICITÉ n'est PAS une source : elle est produite dans une centrale à partir d'une source, puis transportée par des lignes jusqu'à la prise.
• L'USAGE est ce que l'on veut obtenir : se chauffer, s'éclairer, se déplacer, cuire, faire fonctionner un appareil.
• Une source est RENOUVELABLE si elle se reconstitue à l'échelle d'une vie humaine, NON RENOUVELABLE si son stock ne se refait pas.
• Presque toutes les sources remontent au Soleil. Font exception la chaleur du sol, les marées et l'uranium.

La case du milieu est celle qui piège : l'électricité relie la source à l'usage, elle ne remplace ni l'une ni l'autre.

Devant n'importe quel appareil, la question du correcteur est toujours la même : d'où vient son énergie ? Répondre « de l'électricité » ne répond pas à la question.

Produire, stocker, comparer

• Dans presque toutes les centrales, une TURBINE entraîne un ALTERNATEUR. Seul le panneau solaire s'en passe.
• Barrage : c'est l'eau qui tombe qui fait tourner la turbine. Charbon, gaz, nucléaire : c'est la vapeur d'eau sous pression.
• L'énergie se STOCKE : dans une pile, une batterie, un réservoir, un ressort tendu, un lac retenu en hauteur, un aliment.
• L'autonomie d'une réserve dépend de sa TAILLE et de la VITESSE à laquelle on y puise.
• L'étiquette énergie classe les appareils de A, le plus sobre, à G, et donne la consommation annuelle en kilowattheures par an, notés $\mathrm{kWh}$ par an.

Le kilowattheure n'est pas au programme de Sixième comme grandeur à calculer : il n'est qu'un nombre à LIRE et à comparer sur une étiquette.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Compter l'électricité parmi les sources d'énergie

toute la question, et c'est la question de cours du chapitre

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Les sources d'énergie sont le charbon, le vent et l'électricité. »

Ce qu'il faut écrire

« L'électricité n'est pas une source : elle est produite à partir d'une source, puis transportée jusqu'à la prise. »

Pourquoi : Une prise ne contient pas d'énergie, c'est le bout d'un long fil. Confondre le transport et la source rend fausse toute discussion sur le renouvelable.

2. Déclarer qu'un appareil électrique ne consomme rien

2 points, et le raisonnement du problème avec

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Une voiture électrique ne consomme pas d'énergie, elle ne brûle rien. »

Ce qu'il faut écrire

« Elle consomme de l'énergie produite ailleurs, dans une centrale, et son effet dépend de la source de cette électricité. »

Pourquoi : L'élève regarde le véhicule et non la chaîne complète. Une trottinette rechargée avec l'électricité d'un barrage et une trottinette rechargée avec celle d'une centrale au charbon roulent pareil et n'ont pas du tout le même effet.

3. Croire qu'une source renouvelable l'est en toutes circonstances

1 à 2 points de raisonnement

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le bois est renouvelable, donc on peut en couper autant qu'on veut. »

Ce qu'il faut écrire

« Le bois est renouvelable À CONDITION qu'on n'en coupe pas plus que ce qui repousse. »

Pourquoi : Le mot renouvelable décrit une GESTION autant qu'une matière : une forêt coupée plus vite qu'elle ne repousse s'épuise comme un gisement.

4. Juger l'autonomie d'une réserve sur sa taille

toute la question

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La batterie d'une trottinette est plus grosse que celle d'un téléphone, donc elle dure plus longtemps. »

Ce qu'il faut écrire

« Elle contient plus d'énergie, mais un moteur y puise beaucoup plus vite qu'un écran : son autonomie est de $2\ \mathrm{h}$ contre $30\ \mathrm{h}$ . »

La réserve de droite est bien plus grosse et dure quinze fois moins longtemps : c'est le débit, pas la taille, qui décide de l'autonomie.

Pourquoi : L'autonomie dépend de DEUX choses, la taille de la réserve et la vitesse à laquelle on la vide. Ne regarder que la première est l'erreur systématique.

5. Porter l'effort d'économie sur le poste le plus visible

toute la question de raisonnement, souvent 4 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Pour consommer moins, il faut d'abord éteindre les lumières et débrancher les veilles. »

Ce qu'il faut écrire

« Le chauffage pèse $6000\ \mathrm{kWh}$ sur $9500\ \mathrm{kWh}$ , contre $300$ pour l'éclairage : c'est là qu'il faut agir d'abord. »

Pourquoi : On gagne là où l'on consomme. L'éclairage et les veilles sont les postes les plus visibles et les moins lourds, et c'est exactement ce que le problème teste.

6. Croire qu'un appareil éteint mais branché ne consomme rien

1 point

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La télévision est éteinte, donc elle ne consomme rien. »

Ce qu'il faut écrire

« Un appareil laissé branché reste en VEILLE et consomme une petite quantité d'énergie en permanence. »

Pourquoi : Un voyant, une horloge ou une antenne continuent de fonctionner, et un chargeur branché sans téléphone consomme encore. Cela reste un petit poste, mais la question tombe souvent.

7. Confondre la lettre de l'étiquette et la quantité consommée

2 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le modèle est classé C, donc il consomme trois fois plus que le modèle A. »

Ce qu'il faut écrire

« La lettre donne l'ORDRE, le nombre en kilowattheures donne l'AMPLEUR : il faut lire les deux. »

La barre de A vaut

120\ \mathrm{kWh}

par an et celle de G

410

: l'écart entre deux lettres voisines n'est pas constant, seule la valeur chiffrée permet de comparer.

Pourquoi : Les lettres ne sont pas proportionnelles entre elles. Comparer deux appareils demande de diviser leurs consommations annoncées, pas de compter les lettres qui les séparent.

8. Écrire un nombre de kilowattheures sans son unité de temps

0,5 point par question

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Ce réfrigérateur consomme $120\ \mathrm{kWh}$ . »

Ce qu'il faut écrire

« Ce réfrigérateur consomme $120\ \mathrm{kWh}$ PAR AN. »

Pourquoi : Une consommation n'a de sens que rapportée à une durée : l'étiquette d'un four annonce d'ailleurs des kilowattheures par CYCLE, pas par an, et confondre les deux fausse toute comparaison.

Quelle méthode choisir

Source, transport ou usage ?

Regardez ce que l'énoncé nomme et posez-vous la question « cela existe-t-il dans la nature ? ».

Si cela existe dans la nature et on y puise → c'est une SOURCE

Exemple : le vent, l'eau d'une rivière, le charbon, le Soleil, les aliments
Si cela relie une centrale à une maison → c'est un moyen de TRANSPORT, jamais une source

Exemple : l'électricité, et aussi le camion qui livre le fioul
Si cela garde l'énergie en attendant qu'on s'en serve → c'est un STOCKAGE

Exemple : une pile, une batterie, un réservoir, un lac de barrage, un aliment
Si c'est ce que l'on veut obtenir au bout → c'est l'USAGE

Exemple : se chauffer, s'éclairer, se déplacer, cuire

Si la réponse est « l'électricité », la question n'est pas finie : il reste à dire d'où vient cette électricité.

Renouvelable ou non ?

Demandez-vous en combien de temps le stock se reconstitue.

Si le stock se refait en quelques années au plus → RENOUVELABLE

Exemple : le Soleil, le vent, l'eau des rivières, la chaleur du sol, les marées
Si le stock a mis des millions d'années à se former → NON RENOUVELABLE

Exemple : le charbon, le pétrole, le gaz naturel

l'uranium est non renouvelable aussi, mais pour une autre raison : c'est un minerai en quantité finie
Si cela dépend de la façon dont on l'exploite → renouvelable SOUS CONDITION, à dire explicitement

Exemple : le bois, si l'on replante autant qu'on coupe
Si l'énoncé parle d'électricité → la question n'a pas de réponse tant qu'on n'a pas dit COMMENT elle a été produite

Exemple : au Québec elle vient surtout de barrages, ailleurs elle peut venir du charbon

« Propre » et « renouvelable » ne sont pas synonymes : le nucléaire n'émet presque pas de gaz à effet de serre et n'est pas renouvelable pour autant.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Comparer deux appareils sur leur étiquette énergie

Quand l'utiliser : L'énoncé donne deux ou trois appareils avec leur classe et leur consommation annuelle.

1 Relever les consommations annoncées, avec l'unité complète, kilowattheures PAR AN.
2 Calculer l'écart par une soustraction, ou le rapport par une division, selon ce que demande la question.
3 Multiplier par la durée de vie annoncée si la question porte sur toute la vie de l'appareil.
4 Conclure par une phrase qui nomme l'appareil retenu ET le critère utilisé.

Phrase de conclusion

« Le modèle 1 consomme $120\ \mathrm{kWh}$ par an contre $410$ pour le modèle 3, soit $290\ \mathrm{kWh}$ de moins chaque année; sur $12$ ans, l'écart atteint $3480\ \mathrm{kWh}$ . »

Le piège : Répondre « le modèle A est le meilleur » sans aucun chiffre : la lettre seule ne vaut pas justification.

Barème : 1 point pour les valeurs relevées avec leur unité, 1 point pour le calcul, 1 point pour la phrase de conclusion.

Remonter la chaîne d'un appareil jusqu'à sa source

Quand l'utiliser : L'énoncé demande « d'où vient l'énergie de... ».

1 Nommer ce qui alimente l'appareil directement : une pile, une prise, un réservoir, un repas.
2 Si c'est une prise, dire d'où vient l'électricité : d'une centrale, en nommant le type.
3 Nommer la SOURCE de cette centrale : l'eau d'un barrage, le vent, le charbon, l'uranium.
4 Dire si cette source est renouvelable ou non, et pourquoi.

Phrase de conclusion

« Le réfrigérateur est branché sur une prise; cette électricité vient d'une centrale hydroélectrique, dont la source est l'eau retenue par un barrage, une source renouvelable puisqu'elle est réalimentée par la pluie. »

Le piège : S'arrêter à la prise. La chaîne n'est complète que lorsqu'on a nommé une source qui existe dans la nature.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

Chaque source citée existe-t-elle vraiment dans la nature ?

Relire la liste des sources écrite sur la copie et rayer mentalement tout ce qui est un moyen de transport ou un stockage.

« L'électricité » et « la pile » n'ont rien à faire dans une liste de sources : la première transporte, la seconde stocke.
Les kilowattheures portent-ils leur durée ?

Chercher les nombres suivis de $\mathrm{kWh}$ et vérifier qu'ils sont suivis de « par an » ou « par cycle ».

$120\ \mathrm{kWh}$ tout court ne permet aucune comparaison.
L'ordre de grandeur du poste est-il croyable ?

Se rappeler les repères d'un logement : chauffage quelques milliers de kilowattheures par an, éclairage quelques centaines, veilles quelques dizaines à quelques centaines.

Un éclairage annoncé à $5000\ \mathrm{kWh}$ par an dépasserait le chauffage : le calcul est faux.
Le gain annoncé dépasse-t-il le poste qu'il concerne ?

Comparer chaque économie promise à la consommation du poste correspondant. Un gain ne peut jamais dépasser ce que le poste consomme.

Gagner $400\ \mathrm{kWh}$ sur un éclairage qui n'en consomme que $300$ est impossible.

L'exercice type décortiqué

Faire baisser la consommation d'un logement

Une famille relève sa consommation de l'année : chauffage $6000\ \mathrm{kWh}$ , eau chaude $1800\ \mathrm{kWh}$ , appareils $1200\ \mathrm{kWh}$ , éclairage $300\ \mathrm{kWh}$ , veilles $200\ \mathrm{kWh}$ .

Elle envisage cinq gestes : baisser le chauffage d'un degré ( $420\ \mathrm{kWh}$ gagnés), passer aux lampes à diodes ( $200$ ), débrancher les veilles ( $150$ ), raccourcir les douches ( $360$ ), laver à froid ( $180$ ).

Questions : quelle est la consommation totale ? Quel poste pèse le plus, et pour quelle part ? De quel pourcentage la consommation baisse-t-elle si les cinq gestes sont appliqués ?

Les cinq postes de l'énoncé, à l'échelle : c'est cette image, et non l'intuition, qui dicte l'ordre des gestes.

Étape 1

Total : $6000+1800+1200+300+200 = 9500\ \mathrm{kWh}$ pour l'année.

Pourquoi

On additionne avant tout le reste : sans le total, aucune part et aucun pourcentage ne peuvent être calculés. C'est aussi le nombre qui servira de contrôle à la fin.

Étape 2

Part du chauffage : $6000\div 9500 \approx 0{,}63$ , soit environ $63\ \%$ .

Pourquoi

On divise le poste par le TOTAL, jamais par un autre poste. Le résultat dépasse la moitié, ce qui répond déjà à la question suivante sans autre calcul.

Étape 3

Gain total des cinq gestes : $420+200+150+360+180 = 1310\ \mathrm{kWh}$ .

Pourquoi

On additionne les gains parce qu'ils portent sur des postes différents et ne se recouvrent pas. Si deux gestes touchaient le même poste, il faudrait vérifier que leur somme ne le dépasse pas.

Étape 4

Nouvelle consommation : $9500-1310 = 8190\ \mathrm{kWh}$ . Baisse : $1310\div 9500 \approx 0{,}138$ , soit environ $14\ \%$ .

Pourquoi

Le pourcentage de baisse se calcule sur le total de DÉPART, pas sur le nouveau total. C'est l'erreur la plus fréquente de la question, et elle donne $16\ \%$ au lieu de $14$ .

Étape 5

Vérification : le gain sur l'éclairage vaut $200\ \mathrm{kWh}$ pour un poste de $300\ \mathrm{kWh}$ , donc il est possible. Le gain sur le chauffage, $420$ , est bien inférieur à $6000$ .

Pourquoi

Chaque gain doit rester inférieur à son poste. Ce contrôle prend cinq secondes et attrape les énoncés mal recopiés autant que les calculs faux.

Conclusion rédigée

La consommation totale vaut $9500\ \mathrm{kWh}$ par an. Le chauffage en représente environ $63\ \%$ , plus que tous les autres postes réunis. Les cinq gestes font gagner $1310\ \mathrm{kWh}$ , soit une baisse d'environ $14\ \%$ .

L'erreur classique sur cet exercice : Classer les gestes par ordre de visibilité et conclure qu'il faut d'abord débrancher les veilles : c'est le geste le moins rentable des cinq, $150\ \mathrm{kWh}$ contre $420$ pour un degré de chauffage en moins.

À savoir par cœur

• SOURCE, TRANSPORT, USAGE : trois mots différents. L'électricité est un transport, jamais une source.
• Renouvelable = le stock se reconstitue à l'échelle d'une vie humaine.
• Presque toutes les sources remontent au Soleil, sauf la chaleur du sol, les marées et l'uranium.
• Dans presque toutes les centrales, une TURBINE entraîne un ALTERNATEUR. Seul le panneau solaire s'en passe.
• L'autonomie d'une réserve dépend de sa taille ET de la vitesse à laquelle on y puise.
• Étiquette énergie : de A, le plus sobre, à G, avec la consommation en $\mathrm{kWh}$ PAR AN.
• Dans un logement, le CHAUFFAGE est le premier poste, très loin devant l'éclairage et les veilles.
• Un gain d'économie ne peut jamais dépasser la consommation du poste qu'il concerne.

Questions fréquentes

L'électricité est-elle une source d'énergie ?

Non. L'électricité ne se trouve pas dans la nature sous une forme utilisable : elle est produite dans une centrale à partir d'une vraie source, l'eau d'un barrage, le vent, le Soleil, le gaz, le charbon ou l'uranium, puis transportée par des lignes jusqu'à la prise. C'est un moyen de transporter l'énergie, pas une source.

Quelle est la différence entre une énergie renouvelable et non renouvelable ?

Une source renouvelable se reconstitue à l'échelle d'une vie humaine, et l'utiliser ne la fait pas diminuer : le vent souffle demain comme aujourd'hui. Une source non renouvelable existe en quantité fixe et a mis des millions d'années à se former : chaque tonne de charbon brûlée est une tonne en moins pour toujours.

Comment lire une étiquette énergie ?

On lit deux informations, jamais une seule. La lettre, de A pour le plus sobre à G pour le plus gourmand, donne l'ordre. Le nombre en kilowattheures par an donne l'ampleur : c'est lui qu'on divise ou qu'on soustrait pour comparer deux appareils. Un appareil classé C ne consomme pas trois fois plus qu'un appareil classé A.

Pourquoi faut-il baisser le chauffage avant d'éteindre les lumières ?

Parce qu'on gagne là où l'on consomme. Dans un logement type, le chauffage pèse environ six mille kilowattheures par an contre trois cents pour l'éclairage : baisser le chauffage d'un seul degré fait gagner plus que le remplacement de toutes les lampes. Les postes les plus visibles ne sont pas les plus lourds.

Pourquoi la batterie d'une trottinette dure-t-elle moins qu'un téléphone ?

Parce que l'autonomie ne dépend pas seulement de la taille de la réserve, mais aussi de la vitesse à laquelle on y puise. Un moteur qui déplace une personne consomme des centaines de fois plus vite qu'un écran de téléphone. Une grande réserve vidée vite dure moins longtemps qu'une petite réserve vidée lentement.

Passer à la pratique

Exercices corrigés : L'énergie au quotidien

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

15 exercices corrigés
150 points
175 minutes

Faire les exercices

Fiche précédente Mouvement et vitesse Fiche suivante Lumière, ombres et système solaire

Ce chapitre resservira dans

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