Faire la lumière sur les ampoules

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Annales corrigées
Classe(s) : 1re ES - 1re L | Thème(s) : Utilisation de l'énergie et optimisation de sa gestion
Type : Partie 2 | Année : 2012 | Académie : Amérique du Sud
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Faire la lumière sur les ampoules
 
 

Le défi énergétique

Corrigé

20

Physique-chimie

sci1_1211_03_01C

 

Amérique du Sud • Novembre 2012

Le défi énergétique • 6 points


 

Entre efficacité, durée de vie, prix d’achat et conditions d’utilisation, il est difficile de faire des choix quand il s’agit d’ampoules à économie d’énergie.

Et pour faciliter les choses, la réglementation change et évoluera encore jusqu’à fin 2013 !

Document 1

Des ampoules basse consommation

Encore récemment, les ampoules d’utilisation domestique convertissaient la plupart de l’électricité en énergie thermique plutôt qu’en énergie lumineuse. Dans un contexte d’économie d’énergie, les constructeurs ont donc cherché à augmenter la part de l’énergie convertie en lumière : aujourd’hui, une ampoule basse consommation (ABC), aussi appelée fluocompacte, de puissance 15 W éclaire autant pour une consommation d’électricité moindre qu’une ampoule à incandescence de 60 W.

Les ampoules à incandescence et les ampoules halogènes sont progressivement interdites à la vente en France. Par exemple, depuis le 1er septembre 2010, c’est le cas des ampoules de plus de 75 W (60 W pour les halogènes). Les tubes fluorescents (dits « néons ») et les diodes électroluminescentes (DEL) restent autorisées.

Le constructeur doit apposer une étiquette qui indique la classe d’efficacité énergétique qui correspond à une plage d’indices d’efficacité (tableau 1). Chaque indice correspond au rapport entre la puissance consommée (en mW) et le flux lumineux (en lumen, symbole lm). Cela revient à classer les ampoules selon leur rendement (tableaux 1 et 2).

Le remplacement des ampoules ne suffira pas, seul, à réduire de façon conséquente la consommation énergétique : en France, l’éclairage représente 10 % de la consommation électrique, soit 3 % de l’énergie totale consommée.

Tableau 1 – Indication approximative pour les classes d’indice d’efficacité énergétique des ampoules

 

Classe

Plage d’indices (en mW.lm-1)

Type d’ampoule

< 20

Fluorescente

De 20 à 40

Fluorescente

De 40 à 60

Halogène

De 60 à 80

Halogène

De 80 à 95

À incandescence

De 95 à 160

À incandescence

> 160

À incandescence

 

Tableau 2 – Valeurs moyennes pour des lampes « grand public »

 

Type de lampe

Lampe à filament classique

Lampe fluocompacte

Puissance en watt (W)

60 W

15 W

Flux lumineux en lumen (lm)

750 lm

750 lm

Rendu des couleurs

Très bon

Mauvais à bon

Échauffement de la lampe

Très élevé

70 °C

Résistance

Fragile

Assez résistante

Prix moyen (€)

1 €

5 €

Durée de vie en heures (h)

1 000 h

8 000 h

 
Document 2

Consommation énergétique pour 8 000 h de fonctionnement des deux lampes du tableau 2

Prix du kWh : 0,11 €


 

>1. Précisez le point commun entre les deux lampes du tableau 2 du document 1.

>2. Pour le même flux de lumière, compléter ci-dessous la chaîne énergétique associée à chacune des lampes (à incandescence et fluocompacte) :

  • en utilisant les mots : électrique, lumineuse et thermique ;
  • en calculant le bilan des transferts d’énergie durant une seconde.

 

>3. À l’aide du tableau 1 du document 1, montrez que la lampe fluocompacte du tableau 2 entre dans la catégorie de l’une des classes A.

>4. On s’intéresse à la consommation des ampoules du salon et de la chambre dans une habitation.

La chambre est éclairée avec une lampe à filament de 60 W pendant 1 heure. Le salon est éclairé avec une lampe fluocompacte de 15 W pendant 4 heures.

La lampe du salon a consommé :

quatre fois plus d’énergie que la lampe de la chambre.

autant d’énergie que la lampe de la chambre.

quatre fois moins d’énergie que la lampe de la chambre.

huit fois plus d’énergie que la lampe de la chambre.

>5.a) À l’aide du document 2, calculez le coût de revient (achat et fonctionnement pendant 8 000 h) pour la lampe fluocompacte du tableau 2 du document 1.
b) Sachant que le coût de revient (achat et fonctionnement pendant 8 000 h) pour les lampes à filament classiques est de 60,80 €, calculez l’économie financière réalisée pour 8 000 h de fonctionnement.

Interpréter les questions

  • Il y a plusieurs questions dans ce sujet et elles peuvent vous demander du temps. Pensez à gérer votre temps de recherche dans les documents car ils donnent beaucoup d’informations.
  • Toutes les questions de cette partie envoient aux documents et trouvent donc leurs réponses dans ces derniers. Dans les deux premières questions, il s’agit de comparer les deux types de lampes du tableau 1.
  • Les questions 3, 4 et 5 portent sur la consommation et le coût de consommation de ces lampes.

Comprendre les documents

  • Le document 1 montre deux tableaux, l’un contenant les indices d’efficacité énergétique des ampoules pour représenter leur rendement et l’autre comparant deux types de lampes, l’une à filament et l’autre fluocompacte.
  • Le document 2 compare la consommation énergétique des deux lampes du tableau 1.

Organiser les réponses

Répondez à chaque question de manière courte et concise et expliquez les calculs en utilisant les informations données dans les documents. Il faut les avoir sans cesse devant les yeux pour répondre aux questions. Utilisez la formule E = P × t, vue en classe, pour la question 4.