Annale corrigée Exercice

Sécurité dans l'habitat

Asie • Juin 2017

Sécurité dans l'habitat

30 min

25 points

Intérêt du sujet • Se familiariser avec les alarmes électriques dans les maisons permet de mieux comprendre les détecteurs de fumée, obligatoires dans les habitats depuis mars 2015.

 

Pour prévenir les intoxications domestiques, l'État encourage l'installation de détecteurs dans les habitations.

1. détection de fumée

Les détecteurs de fumée à principe optique (document 1) sont très utilisés. Un signal d'alarme s'enclenche lorsque la photodiode présente dans la chambre optique reçoit de la lumière. Une photodiode est un composant électrique ayant la capacité de détecter une lumière et de la convertir en courant électrique.

document 1 Schéma en coupe et principe de fonctionnement d'un détecteur de fumée à principe optique

Tableau de 3 lignes, 2 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : En l'absence de fumée;En présence de fumée;Corps du tableau de 2 lignes ;Ligne 1 :  ;  ; Ligne 2 : 1. Chambre optique2. Photodiode3. Diode électroluminescente (LED); 4. Cache opaque5. Rayon de lumière6. Particules de fumée;

1. Nommer la source primaire de lumière contenue dans un détecteur de fumée optique.

2. Expliquer pourquoi la photodiode détecte de la lumière en présence de fumée.

2. détection de monoxyde de carbone

Les chaudières à gaz des habitations fonctionnent grâce à la combustion du gaz de ville, composé essentiellement de méthane de formule chimique CH4. Au cours de leur fonctionnement, ces chaudières peuvent s'encrasser. Cela provoque une combustion incomplète du méthane. Des fumées et des gaz nocifs sont alors produits, notamment le monoxyde de carbone. Ce gaz transparent, inodore et toxique est responsable chaque année d'une centaine de décès en France.

1. Parmi les propositions suivantes, entourer celle qui modélise la transformation chimique à l'origine de la formation de monoxyde de carbone dans une chaudière à gaz :

Proposition 1 : CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

Proposition 2 : 2 C + O2 → 2 CO

Proposition 3 : 2 CH4 + 3 O2 → 4 H2O + 2 CO

2. Pour prévenir le risque d'intoxication au monoxyde de carbone, on peut utiliser un détecteur spécifique. Il comporte un disque recouvert d'un gel. En présence de monoxyde de carbone, le gel s'assombrit et limite alors le passage de la lumière. L'alarme s'enclenche du fait de la diminution de l'éclairement.

On souhaite modéliser le fonctionnement d'un tel détecteur, en réalisant un dispositif expérimental. Trois montages expérimentaux différents sont proposés :

Tableau de 2 lignes, 3 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : Montage no 1;Montage no 2;Montage no 3;Corps du tableau de 1 lignes ;Ligne 1 :  ;  ;  ;

L'alarme s'active lorsque le « circuit de contrôle » C détecte une diminution importante de l'intensité électrique dans le circuit.

Choisir parmi les trois montages expérimentaux celui qui correspond le mieux au fonctionnement d'un détecteur à monoxyde de carbone à disque.

Argumenter la réponse en exploitant les documents 2, 3 et 4.

document 2 Symbole des composants

Tableau de 2 lignes, 5 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : Lampe;Photodiode;Thermistance;Photo­résistance;Disque recouvert de gel;Corps du tableau de 1 lignes ;Ligne 1 :  ;  ;  ;  ;  ;

document 3Évolution de la résistance de la thermistance en fonction de la température

sci3_1706_05_00C_11

document 4Évolution de la résistance d'une photorésistance en fonction de l'éclairement

sci3_1706_05_00C_12

 

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Tableau de 4 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 4 lignes ;Ligne 1 : Document 1 •Principe de fonctionnement d'un détecteur optique de fumée; Ce document est constitué de deux schémas montrant l'intérieur d'un détecteur, en l'absence ou en présence de fumée.Regarde et compare ces deux schémas pour comprendre le fonctionnement du détecteur car aucune explication n'est donnée.; Ligne 2 : Document 2 •Symboles des composants; Ce document présente les schémas normalisés (ou symboles) de quatre dipôles et d'un disque.Utilise les composants de ce tableau pour comprendre le fonctionnement des trois circuits représentant le détecteur de fumée et donnés dans la question 2.; Ligne 3 : Document 3 •Évolution de la résistance de la thermistance en fonction de la température; C'est le graphique des variations de la résistance d'une thermistance, lorsque la température augmente.Il montre qu'une thermistance est sensible à la température et à ses variations. Note dans le document 1 si la température varie.Utilise-le pour répondre à la question 2.; Ligne 4 : Document 4 •Évolution de la résistance d'une photorésistance en fonction de l'éclairement; C'est un graphique montrant les variations de la résistance d'une photorésistance lorsque l'éclairement augmente.Note cette fois que la résistance diminue très fortement si on l'éclaire.;

Attention : les introductions des questions contiennent beaucoup d'infor­ma­tions qu'il faut utiliser en plus des documents.

Répondre aux questions

Partie 1

2. Utilise les deux schémas du document 1 et soigne la rédaction.

Partie 2

1. Lis attentivement l'introduction de la partie 2 et regarde bien ce que la question te demande exactement.

2. Suis les étapes du schéma ci-après pour répondre à la question 2 de la partie 2.

sci3_1706_05_00C_16

1. Détection de fumée

1. La source primaire de lumière dans le détecteur de fumée est la LED.

2. D'après les schémas du document 1, lorsqu'il n'y a pas de fumée, la lumière émise par la LED se propage en ligne droite et, à cause du cache opaque, elle n'atteint pas la photodiode. Or en présence de la fumée, les particules dévient la lumière de la LED vers la photodiode qui la détecte et la convertit en courant électrique pour déclencher l'alarme.

2. Détection de monoxyde de carbone

info +

Utilise l'introduction du document 1 pour donner une réponse complète.

1. La transformation chimique à l'origine de la formation de CO à partir de la combustion de CH4 est la proposition 3 :

2 CH4 + 3 O2 → 4 H2O + 2 CO.

2. C'est le montage 3 qui correspond le mieux au fonctionnement du détecteur de CO. En effet le processus s'effectue en quatre étapes :

conseil

Souligne dans l'énoncé de la question tout ce qui est important : avant et après les montages.

lorsque le monoxyde de carbone apparaît, il assombrit le gel du disque placé devant la lampe ;

la luminosité diminue ;

d'après le graphique du document 4, lorsque l'éclairement diminue, la résistance de la photorésistance augmente ;

d'après la loi d'Ohm (U = R × I), si R augmente, l'intensité I du courant diminue dans le circuit de contrôle C et l'alarme s'active.

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