Les nouveaux défis énergétiques en matière de transport

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Annales corrigées
Classe(s) : 1re ES - 1re L | Thème(s) : Activités humaines et besoins en énergie
Type : Partie 2 | Année : 2016 | Académie : Asie


Asie • Juin 2016

Le défi énergétique • 6 points

Les nouveaux défis énergétiques en matière de transport

document 1 Le PlanetSolar

Le PlanetSolar est le plus grand bateau solaire au monde. Ce catamaran fonctionne uniquement grâce à l’énergie du Soleil, capturée par ses 512 m2 de cellules photovoltaïques.

Plusieurs mois de recherches ont permis de déterminer les dimensions et le design idéal de ce navire destiné en premier lieu à parcourir les mers d’est en ouest. Les ingénieurs ont dû optimiser la collecte et le stockage de l’énergie mais aussi l’aérodynamique, la propulsion du bateau et le choix des matériaux.

sci1_1606_05_00C_01© Florence 8787, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Fiche technique

512 m2 de cellules photovoltaïques

0 litre d’essence

0 émission de CO2

Autonomie illimitée

Puissance moyenne consommée1 : 20 kW

(17 kW pour le moteur et 3 kW pour la vie à bord)

D’après planetsolar.org

1. On peut considérer que la puissance moyenne consommée par le bateau correspond à la puissance délivrée par les cellules photovoltaïques, appelée aussi « puissance utile ».

document 2 Le Solar Impulse 2

D’une envergure gigantesque équivalente à celle d’un Airbus A340, le prototype présente des caractéristiques de construction et d’aérodynamisme jamais rencontrées jusqu’ici qui le placent dans un domaine de vol encore inexploré : voler sans carburant mais avec le rayonnement solaire comme unique source d’énergie de propulsion. Une surface de 1 m2 de cellules photovoltaïques reçoit du Soleil, en moyenne sur 24 heures, une puissance de 250 W.

sci1_1606_05_00C_02

D’après solarimpulse.com

1. Recopiez et complétez la chaîne énergétique commune aux deux dispositifs présentés, puis indiquez quelle est l’énergie dégradée.

sci1_1606_05_00C_03

2. Calculez l’énergie solaire fournie en 24 heures à une surface de 1 m2 de cellules photovoltaïques du Solar Impulse 2. Exprimez cette énergie dans deux unités différentes.

Aide aux calculs

25024 10 • 250 × 24 = 6,0 · 103 • 25024× 3 600 3,7 · 104

250 × 24 × 3 600 2,2 · 107

3. Si l’on considère que la puissance solaire fournie est identique pour une même surface de cellules photovoltaïques installées sur l’avion ou le bateau, évaluez le rendement de la chaîne énergétique du PlanetSolar.

On rappelle que le rendement η peut-être défini par : η=PutilePfournie

Aide aux calculs

512250 2,0 • 250 × 512 1,3 · 105 • 1,320 6,5 · 10–2 ; 201,3 15

4. À partir des documents fournis, développez deux arguments scientifiques en faveur de l’idée qu’un tel défi représente une « solution d’avenir en termes environnementaux ».

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Le document 1 présente le PlanetSolar, un bateau qui fonctionne à l’énergie solaire. La fiche technique contient beaucoup d’informations pemettant de répondre aux questions en effectuant des calculs.

Le document 2 présente le Solar Impulse 2, un avion qui vole sans carburant et utilise le rayonnement solaire comme unique source d’énergie.

Organiser les réponses

1. Il faut donner la chaîne énergétique du dispositif électronique dont les moteurs tirent leur énergie.

2. Utilisez la formule de l’énergie en fonction de la puissance ainsi que l’aide aux calculs.

3. Il faut connaître la puissance utile, donc consommée par le bateau. Il faut aussi calculer la puissance fournie par le Soleil aux 512 m2 de cellules photovoltaïques. Dans un premier temps, pour effectuer le calcul, ne tenez pas compte de l’aide aux calculs, qui pourrait vous induire en erreur. Posez vos propres calculs puis, une fois sûrs de vos opérations, utilisez l’aide proposée.

4. Cette question nécessite une courte rédaction. Il n’est pas difficile d’argumenter en faveur des moyens de transport qui n’utilisent pas d’énergies fossiles polluantes. Les arguments recherchés sont dans les documents.

Corrigé

Corrigé

1. La chaîne énergétique :

sci1_1606_05_00C_04

L’énergie dégradée est l’énergie lumineuse.

2. La puissance reçue est P = 250 W pendant une durée t = 24 h.

L’énergie E est donnée par :

E = P × t = 250 × 24 = 6,0 · 103 Wh

E = 250 × 24 × 3 600 = 2,2 · 107 J

3. Pour calculer le rendement, il faut connaître les deux puissances. La puissance fournie est celle apportée par le Soleil aux 512 m² de cellules photovoltaïques :

Pfournie = 250 × 512 1,3 · 105 W

La puissance utile est celle consommée : Putile = 20 · 103 W

Le rendement sera donc :

η=PutilePfournie=201,3×1020,15

Le rendement est d’environ 15 %.

4. D’après les documents, le PlanetSolar et le Solar Impulse 2 fonctionnent tous deux uniquement grâce à l’énergie solaire ; ils n’utilisent ni carburant ni essence. Ce type de moyen de transport est donc infiniment moins polluant en termes d’émissions de CO2 et d’autres gaz issus de la combustion que ceux qui utilisent les dérivés du pétrole comme énergie de propulsion. Par ailleurs, en cas d’accident, aucune pollution par fuite des hydrocarbures ne sera à craindre pour l’environnement. L’autonomie illimitée de ces moyens de transports est aussi un argument non négligeable. On peut donc conclure que ces derniers représentent une vraie « solution d’avenir en termes environnementaux ».