Pile �
combustible, piste cyclable solaire, avion et bateau solaire, bac L ES
2016.
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Pile � combustible. M�tropole
Question 1 :
Jules Verne a �crit � l’eau est le charbon de l’avenir � ;
Cocher les bonnes cases
dans le tableau ci-dessous.
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Ressource
d'�nergie
non renouvelable
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Ressource
d'�nergie
renouvelable
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Ressource
d'origine fossile
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eau
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X
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Charbon
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X
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X
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Question 2 :
Jules Verne d�crit le � moteur � eau � dans son roman. Pr�ciser comment
il envisage l’obtention
du dihydrog�ne.
Production gr�ce � l'�lectrolyse de l'eau.
Question 3 :
On s’int�resse � la cha�ne �nerg�tique de la pile � combustible.
La pile � combustible
convertit de
l'�nergie chimique majoritairement en �nergie �lectrique et
minoritairement en �nergie thermique.
Question 4 :
On s’int�resse � la pile � combustible utilis�e en r�gion Rh�ne-Alpes.
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est
utilis�(e)
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est
produit(e)
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L'eau
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X
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Le
dioxyg�ne
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X
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Le dihydrog�ne
|
X
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Gr�ce
au couplage batterie �lectrique et pile � combustible, l’autonomie des
voitures �lectriques,
usuellement comprise entre 120 km et 140 km est alors port�e � 300 km.
Cette pile � combustible sera constitu�e de quatre modules de 5 kW
chacun.
Question 5 :
Calculer en kWh l’�nergie produite par les quatre modules de la pile �
combustible
si le v�hicule effectue un trajet de deux heures.
4 x5 x2 =40 kWh.
Question 6 :
Les voitures utilisant les piles � combustible sont consid�r�es comme
des v�hicules hybrides. Elles
utilisent en effet le dihydrog�ne de leur pile � combustible comme
source d’�nergie chimique pour
alimenter une batterie et un moteur �lectrique.
Peut-on pour autant les classer dans la cat�gorie � des v�hicules
propres � ? Pour cela, avancer
un argument en leur faveur et un autre en leur d�faveur, et conclure
quant au qualificatif propos�
� propre �.
Le v�hicule � pile � combustible ne rejette que de l’eau.
Le
dihydrog�ne issu du m�thane par reformage ; en prenant en compte ce
fait, ce v�hicule rejette en moyenne 15 � 18 grammes de dioxyde
de carbone par kilom�tre alors q'un v�hicule essence de taille moyenne
en rejette environ 150 grammes par kilom�tre.
Argument favorable : moins de rejet de
dioxyde de carbone.
Argument d�favorable : la production de dihydrog�ne � partir d'�nergie
fossile rejette du dioxyde de carbone.
C'est n�anmoins une �nergie "propre" : elle rejette de l'eau et peu de
dioxyde de carbone.
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Piste cyclable solaire. Am�rique du
Sud
Piste cyclable solaire
Les futures routes pourront collecter de l'�nergie pour leur propre
usage (r�gulation
thermique, signalisation, �clairage …) et pour les v�hicules
�lectriques � partir de
dispositifs d'alimentation continue route-v�hicules.
Dans le cadre du projet SolaRoad, le TNO (l'organisation n�erlandaise
pour la recherche
scientifique appliqu�e) a ainsi con�u des panneaux de cellules
photovolta�ques recouverts
d'une couche de verre tremp� rugueux. Une surface d’un m�tre carr� d’un
tel panneau
produit en un an 50 kWh (soit environ 1 % de la consommation �lectrique
annuelle
moyenne d’un foyer).
Une piste cyclable de 100 m de long et 4 m�tres de large en a �t�
�quip�e en 2014 �
Krommenie au Pays-Bas.
Question 1 :
Recopiez et compl�tez le sch�ma �nerg�tique suivant :
Question 2 :
Combien de foyers pourraient �tre aliment�s par l’�nergie fournie par
cette piste cyclable
pendant un an ?
Surface de la piste : 100 x 4 = 400 m2.
Energie �lectrique produite : 400 x50 =2 104 kWh.
Nombre de foyers : 2 104 x0,01 = 200.
Question 3 :
Une portion de voie rapide � 4 voies d’environ trente kilom�tres
�quip�e de ce syst�me
produirait en moyenne quotidiennement 60 000 kWh. Une voiture
�lectrique consomme en
moyenne 3 kWh par jour. Des agglom�rations songent � mettre en place de
tels
�quipements. Discuter de la pertinence de ce choix du point de vue
�nerg�tique et
environnemental.
Nombre de voitures �lectriques pouvant �tre recharg�es chaque jour :
60 000 / 3 =20 000.
Nombre de v�hicules circulant chaque jour dans une ville de 240
00 habitants : 130 000.
Cette �nergie permettrait la recharge d'une voiture sur 6 environ.
Avantages d'une route solaire :
Se pose sur la chauss�e existante, sans reconstruction de la route.
Id�al pour l'�lectrification de zone isol�e.
Utilisation d'une surface d�ja utilis�e pour le transport, un atout par
rapport aux centrales solaires.
Diminution de l'�mission de dioxyde de carbone par l'utilisation de
nombreuses voitures �lectriques.
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Avion et bateau solaires. Asie.
Le PlanetSolar �
Le � PlanetSolar � est le plus grand bateau solaire au monde. Ce
catamaran fonctionne uniquement gr�ce �
l’�nergie du soleil captur�e par ses 512 m� de cellules
photovolta�ques.
Plusieurs mois de recherches ont permis de d�terminer les dimensions et
le design id�al de ce navire destin� en
premier lieu � parcourir les mers d’Est en Ouest. Les ing�nieurs ont d�
optimiser la collecte et le stockage de
l’�nergie mais aussi l’a�rodynamique, la propulsion du bateau et le
choix des mat�riaux.
Puissance moyenne consomm�e : 20 kW.
� Le Solar Impulse 2 �
D’une envergure gigantesque �quivalente � celle d’un Airbus A340, le
prototype pr�sente des caract�ristiques de
construction et d’a�rodynamisme jamais rencontr�es jusqu’ici qui le
placent dans un domaine de vol encore
inexplor� : voler sans carburant mais avec le rayonnement solaire comme
unique source d’�nergie de propulsion.
Une surface de 1 m2 de cellules photovolta�ques re�oit du soleil en
moyenne sur 24 h une puissance de 250 W.
Question 1 :
Recopiez et compl�tez la cha�ne �nerg�tique commune aux deux dispositifs pr�sent�s puis indiquez
quelle est l’�nergie d�grad�e.
L'�nergie thermique est l'�nergie d�grad�e.
Question 2 :
Calculez l’�nergie solaire fournie en 24 h � une surface de 1 m� de cellules photovolta�ques de Solar
Impulse 2. Exprimez cette �nergie dans deux unit�s diff�rentes.
250 x24 =6,0 103 Wh = 6 kWh ou 6 x3,6 103 =2,16 104 kJ.
Question 3 :
Si on consid�re que la puissance solaire fournie est identique pour une m�me surface de cellules
photovolta�ques install�es sur l’avion ou le bateau, �valuez le rendement de la cha�ne �nerg�tique de
� Planet Solar �.
Le rendement h est d�fini par : Putile / Pre�ue .
Pre�ue : 250 x750 = 1,875 105 W = 187,5 kW.
P utile : 20 kW ; rendement : 20 / 187,5 ~0,11.
Question 4 : D�veloppez deux arguments scientifiques en faveur de l’id�e qu’un tel
d�fi repr�sente une � solution d’avenir en termes environnementaux �.
Pas de consommation d'�nergies fossiles et pas d'�mission de dioxyde de carbone.
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Toile solaire photovolta�que. Polyn�sie
M et Mme X poss�dent un camping-car.
Afin d’augmenter leur autonomie en �lectricit� lors de leurs diff�rents
voyages, ils d�cident d’�quiper leur v�hicule d’une toile de store solaire
photovolta�que de surface S = 3 m�.
Cette toile de store permet de
produire de l’ombre tout en g�n�rant de l’�lectricit�. L’id�e de cr�er un store
utilisant une ressource d’�nergie renouvelable est n�e du partenariat entre une
soci�t� sp�cialis�e dans la fabrication de textiles techniques et une �cole
d’ing�nieurs.
La toile de store, r�sistante mais souple, int�gre des cellules photovolta�ques
souples et ultrafines. L’�lectricit� g�n�r�e peut �tre revendue � EDF ou
stock�e dans un accumulateur pour un usage ult�rieur.
Cette toile peut aussi bien �quiper les maisons individuelles que les camping-cars
pour permettre d’augmenter l’autonomie en �lectricit�.
Caract�ristiques techniques de la
toile :
�paisseur : ~ 1 mm ; masse de 1 m2 : 900 g ; puissance fournie 40 W m-2.
Question 1. Recopiez
et compl�tez sur votre copie les cha�nes �nerg�tiques correspondant au
fonctionnement de la toile solaire photovolta�que et de l’accumulateur en phase
de stockage
Question 2. Expliquer en quoi la ressource utilis�e par la toile est renouvelable.
L'utilisation de capteurs photovolta�ques n'entamme pas les r�serves �nerg�tiques du soleil.
Question 3. En supposant que la toile est d�pli�e et ensoleill�e 4 h par jour, calculer l'�nergie produite quotidiennement.
3 x4 x 40 = 480 Wh.
Question 4. Discuter de l'int�r�t du dispositif.
Besoins �nerg�tique quotidien de deux personnes en camping-car : 12 000 Wh..
La toile solaire couvre 4 % des besoins �nerg�tiques et les capteurs ont une dur�e de vie de 20 ans.
L'�conomie d'�nergie ne permet sans doute pas de couvrir les frais d'achat de cette toile.
Par contre dans une r�gion plus ensoleiill�e ( 6 h par jour) et avec une toile de 10 m2, on �conomiserait 6 x10x40=2400 Wh ( 20 %) d'�nergie.
Cela devient plus interressant financi�rement ; de plus on diminuerait d'autant les �missions de CO2.
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