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Technologie • L'informatique et la programmation
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France métropolitaine • Septembre 2017
Relevage d'eau et irrigation en zone aride
Intérêt du sujet • Ce sujet étudie la programmation d'un système de relevage d'eau muni d'une pompe alimentée par un panneau photovoltaïque et d'un système de distribution par irrigation.
document 1
L'accès à l'eau en Afrique occidentale est difficile car elle est en sous-sol et l'énergie pour la puiser est peu disponible.
L'étude porte sur les solutions techniques qui permettent d'optimiser un système de captage d'eau et sa distribution. L'eau est acheminée du puits à la surface par l'intermédiaire d'une pompe immergée. Cette dernière est alimentée en électricité par un panneau photovoltaïque. Celui-ci est fixé au sol dans une zone bien exposée au soleil.
document 2
La quantité d'énergie électrique produite par un panneau photovoltaïque varie essentiellement en fonction de deux paramètres :
la luminosité ambiante au cours de la journée ;
l'orientation du panneau par rapport au sol, qui se traduit par l'angle d'inclinaison (figure 2).
Des relevés de production électrique d'une installation de panneaux photovoltaïques située à Abidjan en Côte-d'Ivoire montrent l'influence de ces deux paramètres (figure 1). Cette installation a une surface de panneaux de 15 m2 orientés plein sud.
Figure 1
Figure 2
▶ 1. Afin d'optimiser la production d'énergie électrique du panneau photovoltaïque, déterminer à l'aide du document 2 l'angle d'inclinaison du panneau photovoltaïque permettant de produire une énergie électrique maximale.
▶ 2. Les ingénieurs agronomes recommandent d'irriguer les cultures lorsque le soleil est couché afin d'éviter une évaporation trop importante de l'eau. Proposer une solution technique à ajouter au système (document 1) qui permet de stocker l'énergie électrique produite pendant la journée afin de faire fonctionner la pompe pendant la nuit.
document 3
Plusieurs solutions techniques permettent de garantir une meilleure disponibilité de l'eau, de jour comme de nuit.
L'une d'elles consiste à ajouter un réservoir accompagné d'un système de régulation automatisé. Ce dernier évite que le réservoir soit vide ou déborde lors du remplissage à l'aide de deux capteurs (niveau haut et niveau bas) installés sur le réservoir.
Lorsque le niveau de l'eau dans le réservoir atteint le capteur haut, l'ordre est donné d'arrêter la pompe.
Lorsque le niveau de l'eau atteint le capteur bas, l'ordre est donné de démarrer la pompe pour remplir le réservoir.
▶ 3. À l'aide des informations (document 3), compléter l'algorithme de régulation du niveau du réservoir avec les indications suivantes :
capteur haut atteint ;
capteur bas atteint ;
désactiver la pompe.
▶ 4. Pour optimiser la gestion de l'eau d'irrigation, les ingénieurs agronomes préconisent également d'irriguer au plus près des racines des plantes. Une irrigation de nuit en goutte à goutte, fractionnée en petites périodes de temps d'arrosage permet d'économiser l'eau.
À l'aide de la description du fonctionnement (document 4), compléter la modélisation du pilotage de cette installation :
document 4
Un système d'irrigation goutte à goutte est constitué de tuyaux micropercés disposés au pied des plantes.
L'eau est distribuée par gouttelettes pendant des périodes courtes et répétitives afin de permettre sa meilleure infiltration dans le sol.
Un programme horaire d'irrigation peut être décrit selon le principe suivant :
le cycle démarre à 21 heures et s'arrête à 23 heures ;
irrigation des plantes pendant 10 minutes ;
puis interruption durant 15 minutes.
Les clés du sujet
Question 1
Comprendre le document 2
Le graphique du document 2 donne l'efficacité du panneau photovoltaïque en fonction de son inclinaison.
Répondre à la question
Repère le pic de production annuelle d'électricité.
Question 2
Propose une solution permettant de stocker de l'énergie électrique.
Tu peux t'inspirer de la vie de tous les jours.
Question 3
Comprendre le document 3
Le document 3 explique le fonctionnement du système de relevage d'eau équipé d'un réservoir accompagné d'un système de régulation.
Répondre à la question
Commence par repérer l'élément du document 3 qui est prérempli sur l'algorigramme.
Puis repère l'autre action à effecteur sur la pompe, pour compléter la deuxième partie de l'algorigramme.
Pour remplir la troisième partie, repère dans le document les conditions qui permettent de changer d'action.
Question 4
Comprendre le document 4
Le document 4 explique le fonctionnement du système d'irrigation.
Répondre à la question
Commence par repérer les mots présents à la fois dans le texte du document et dans le programme.
Fais bien attention : dans le texte, les durées sont en minutes. Ces durées seront à convertir en secondes dans le programme (multiplie les valeurs du texte par 60).
▶ 1. Le panneau photovoltaïque produit une énergie électrique maximale quand son inclinaison est de 10°.
▶ 2. Il faudrait avoir de l'énergie électrique la nuit. Mais le panneau photovoltaïque ne produira pas d'électricité. On pourrait ajouter une batterie afin de stocker l'énergie électrique pendant la journée. La nuit, on utiliserait l'énergie stockée afin d'alimenter la pompe.
▶ 3.
▶ 4.
