Exercices corrigés de Physique Terminale S
Un tel document existe aussi en Chimie Terminale S et en Spécialité. Physique-Chimie Terminale S. Résoudre tous les exercices Les exercices sont destinés à être
EXERCICES
1e Spécialité Physique Chimie. CHAPITRE 14 50 s g. La longueur d'onde est. 1. l'amplitude de l'onde ... d. Calculer la célérité de cette houle.
Devoir commun n°1
TS 1 2 et 3 – 16/10/2015. Durée : 1 heure. Devoir commun n°1 énoncé à rendre avec la copie. Exercice n°1 : La houle
Exercice 1
Attention il ne s'agit pas d'un examen mais bien d'un concours qui aboutit à un La houle est constituée de vagues formées par le vent
Devoir surveillé n°2 – Octobre 2012 / 20 pts
2 oct. 2014 Terminale S – Partie a : Observer : Ondes et matière. ... Il est possible de simuler la houle au laboratoire de physique avec une cuve à ...
Exercices corrigés de Physique Terminale S
Un tel document existe aussi en Chimie Terminale S et en Spécialité. Physique-Chimie Terminale S. Résoudre tous les exercices Les exercices sont destinés à être
Corrigé DS no 2 : Ondes mécaniques - Modèle de la lumière
1ère spécialité Physique-Chimie - LMA - Poisson Florian. 28 novembre 2020. Exercice 1 - Éclipse solaire (6 points). Lors de l'éclipse totale du Soleil du 18
Première générale - Les ondes mécaniques - Exercices - Devoirs
propagation v1 de cette houle. En déduire sa période T. 2/6. Les ondes mécaniques – Exercices – Devoirs. Première générale – Spécialité Physique – Chimie
Production dénergie à partir de la houle
Le prêsent document s'inspire de cette êtude ; il est destinê à guider la rêflexion des selon la nature du phénomêne physique utilisé par exemple.
Découvrez plus de documents
accessibles gratuitement dans ArchimerG. Damy, M. Gauthier
CNEXO - COB
Production d'énergie à partir de
la houle 1981AVANT-PROPOS
De idêes ont dêja êtê êmises et beaucoup de travaux d'êtudes et d'essais ontdéjà étê rêalisês dans l'espoir de domestiquer l'ênergie des vagues. En 1978, à la demande de
l a Di recti on Gênêra le du CNEXO, une êtude de synthèse sur les "houl omotri ces" a êtê effectuêe
au Centre Ocêanologique de Bretagne.Le prêsent document s'inspire de cette êtude ; il est destinê à guider la rêflexion des
concurents du concours houle lancê par l 'ANVAR et le CNEXO en janvier 1981.INTRODUCTION
L'énergie des vagues, de même qu'un grand nombre de sources renouvelable, a pourorigine l'énergie solaire. Pour expliquer comment l'énergie solaire se transforme en énergie
mécanique, nous pouvons comparer notre planète a une machine thermodynamique, gigantesque et très complexe qui utilise deux fluides: l'eau des océans et l'élir atmosphérique. Dans certaines régions du globe, le bilan des échanges par rayonnement avec l'univers est positifl'apport d'énergie solaire est en moyenne supérieur aux pertes: c'est le cas des régions inter
tropicales qui jouent donc le rôle de source chaude pour notre machine; inversement, dansd'autres régions le rayonnement émis est supérieur a l'apport en énergie solaire: c'est le cas
des régions polaires qui jouent le rôle de source froide. Ce schéma toutefois se complique puisque pour une région donnée, du fait de la succession des jours et des nuits et a plus long terme des saisons, le bilan peut être tantôt positif, tantôt négatif. Le fonctionnement de notre "machine" se traduit par des nlOuvements importants dans l'atmosphère : c'est le vent, dont une partie de l'énergie mécanique est transmise a la surface de
l'océan pour y créer les vagues ainsi que certains courants dits "de dérive". Toutefois, le rendement de cette machine thermodynamique est nul: elle ne fournit aucuntravail et toute l'énergie mécanique est finalement dissipée dans les frottements turbulents ...
A moins qu'au moyen d'hydrauliennes dans les veines de courants forts, d'éoliennes et de houlo motricesdans les zones bien exposées, une partie de cette énergie puisse être récupérée ...
5 chapitre 1 qu'est-ce que la houle? 7Fetch au pOint A = distance d
fi g. 1 la notion de fetch 2r E 1 f- Q) j s- n 'r- Q) u IJ (1j Il 4- 0 s- 00ZOO r30CII. 1\ If 00
::l il temps (s) V1 /'1 l' (1j Q) -0 ::l - 1 1- (1j (j) 'r- e -2,- fig. 2 un enregistrement de houle 81 - 1 LA PHYSIQUE DES VAGUES (voir annexe 1)
Sous ce titre assez ambitieux, il n'est pas question de présenter ici de longs développements théoriques sur la modélisation mathématique des vagues et de leur formation mais simple
ment de rappeler certains aspects fondamentaux qu'il est bon de garder à l'esprit pour conce voir une houlomotrice. Les vagues sont des perturbations de la surface de l'eau dont les causes peuvent être variées : un navire crée un champ de vagues qui l'accompagne, un courant passant sur un haut-fond
ou un obstacle donne naissance'à un train d'ondes stationnaires, mais généralement, c'est le
vent qui est à l'origine des vagues.Lorsque
le vent commence à souffler au dessus d'une étendue marine calme, il se forme unecouche turbulente dans l'air au dessus de la surface. La pression atmosphérique, à cet interface
eau-air, n'est plus uniforme mais présente des fluctuations, dans le temps et dans l'espace. Lasurface de l'eau, comme si elle était soumise à l'action d'une multitude de petits pistons indé
pendants, commence à se déformer: elle devient plus "rugueuse". La turbulence de l'air en est augmentée et donc aussi, le couplage entre atmosphère et océan. Si le vent reste constant suffisamment longtemps, le phénomène se stabilise au bout de plusieurs heures: les vagues atteignent en un point une hauteur limite qui dépend de la force du vent et du fetch, c'est à dire la distance sur laquelle le vent exerce son action en amont dece point, dans la"direction d'où il souffle. On parle alors d'un état de mer complétement déve
loppé.Ce phénomène complexe de transfert de l'énergie de l'atmosphère vers l'océan a donné lieu
à dé nombreux travaux théoriques et à des modèles de prévisions.La "rugosité" ainsi créée localement est la mer du vent. L'enregistrement d'un tel état de
mer en un point (fig. 2) »résente une succession de vagues de hauteurs, de périodes différentes.
Il est commode pour étudier ces états de mer, de les considérer comme une superposition d'ondes élémentaires sinusoïdales monochromatiques de faible hauteur. Ce sont les caractéristi ques d'une de ces ondes simples et qu'on peut reproduire en laboratoire que nous allons mainte nantétudier.
Ces ondes élémentaires sont bidimensionnelles: les crêtes et les creux sont des droites.Elles se déplacent perpendiculairement aux lignes de crêtes à la célérité c et la longueur d'on
de L est reliée à la période T parL c T (1)
En profondeur infinie, la célérité se calcule simplement en fonction de la période par c g T/2 TI (2) g = accélération de la pesanteur et en conséquence L = g T2 /2 TI (3) Si l'onde se déplace, les particules d'eau, en revanche, suivent des trajectoires fermées 93 a) houle de faible amplitude
en profondeur infinie 3 b) houle de faible amplitude en faible profondeur p limite 120 03c) houle de forte, amplitude
en profondeur Infinie 10circulaires dont le diamètre est égal en surface à la hauteur des vagues et qui décroit exponen
tiellement avec la profondeur: à une profondeur égale à le mouvement des d'eauest déjà si faible, qu'on peut considérer que la houle ne se fait plus sentir à cette profondeur.
Réciproquement,
on peut en conclure que la houle n'est pas perturbée par le fond, et que les modèles de houle en profondeur infinie, sont valables dès que la profondeur est supérieure à L/2.
Lorsque le vent
souffle sur une région, il créé des vagues: c'est la mer du vent, mais ces vagues peuvent ensuite se propager dans des zones voisines 00 peut être le vent ne se fait passentir. On montre que le front des vagues se propage avec une vitesse moitié de la célérité:
c'est la vitesse de transport de l'énergie en vitesse de groupe (ainsi nommée parce qu'un groupe
de vagues se déplace à cette vitesse) Cg g T/4 TT (4) ou Cg = C/2 (5)La vitesse de groupe est proportionnelle à la période ou à la racine carrée de la longueur
d'onde. Ceci va nous permettre d'accéder au flux d'énergie. Dans la houle, l'énergie est également répartie entre l'énergie cinétique, liée au mouvement des particules d'eau, et l'énergie
potentielle. L'énergie totale contenue dans une longueur d'onde par mètre de largeur de crête
2 est E =pg H L/8 (6) P masse volumique de l'eauH hauteur de vague (crête à creux)
On en déduit la densité d'énergie par mètre de longueur et 'par mètre de largeur de crête, et en
combinant avec (4) on obtient le flux d'énergie ou puissance fournie par mètre de largeur de crête P = P g2 H 2 rp2 TT (7) soit en calculant le coefficient constantP (kW/m) = 0.96 H2 T (8)
Ce modèle de houle sinusoïdale n'est toutefois correct que si la hauteur est faible par rapport à la longueur d'onde. Les houles plus cambrées ont une forme légèrement différente, illus
trée par la figure 3b. Il existe une limite au delà de laquelle la houle déferle: la crête pré
sente alors un angle de 120 0 et la cambrure (=H/L) est de 14 %. période longueur d'onde (s) m 3 14,055 39,03
7 76,5
9 126,5
II 189
hauteur m 0,56 l,56 3,06 5,067,56 puissance
kW/m 0,91 ll,7 63221
603
TABLEAU l puissance des houles de
3 à Il s pour une cam
brure de 4 % L'énergie de vagues ne peut toutefois être absorbée par une houlomotrice qu'au prix d'une force exercée sur celui-ci. Pour un dispositif qui absorberait toute l'énergie disponible, la force moyenne exercée serait F = f g H2/16 (9) ainsi, une houle de 3 m de hauteur exercerait en moyenne une force de 5,6 tonnes par mètre de front de vagues. Il ne s'agit toute fois que d'une estimation assez théorique. L'impact de vagues déferlantes peut en effet atteindre des valeurs plus considérables mais sur une courte durée. Inversement des systèmes qui met-
11 - - -Ligne de niveau ___ Ligne de crête des vaguesOrt.hogo~ales aux li gnes. de crête
= dl rection de propa gatlOnFig 4: Influence du fond sur la propagation
----' ___ . __ . ____ 2 -------0,(1)3 H;;: 4N' W1t1
fig. 5 spectre de Pierson-Moskowitz 12 tent en jeu le déferlement subissent une force plus faible car une grande partie de l'énergieest détruite sous forme de turbulence au lieu d'être véritablement absorbée par le dispositif.
En profondeur limitée, toutes ces expressions sont modifiées. En particulier, pour une pé riode donnée la célérité de l'onde dépend de la profondeur dC = gT
2 tanh 2
TI d (10)
2 n L Les lignes de crêtes se déforment donc en fonction de la topographie du fond, comme l'il lustre la figure 4. Ceci explique que les vagues ont tendance a arriver sur les plages, crêtes parallèles au rivage, et a converger sur les caps.Certains ont même pensé a utiliser ce phénomène de réfraction en plaçant sous la surface
des plaques jouant le rôle de lentille, de manière a focaliser l'énergie vers les systèmes hou lomoteurs et a en limiter le nombre (réf. 3). Par faible profondeur, les trajectoires des particules d'eau sont également modifiées. El les ne sont plus circulaires mais elliptiques, l'ellipse étant d'autant plus aplatie qu'on s'ap proche du fond (figure 3b). Dans notre optique houlomoteur, nous pouvons retenir que par petits fonds, les mouvements horizontaux sont plus importants et s'amortissent moins vite que les mou vements verticaux.Dans les états de mer réelle, l'énergie n'est pas concentrée sur une seule houle monochro
matique tel que nous venons de le décrire, elle est répartie sur différentes fréquences. Cetterépartition de la puissance est représentée par le spectre d'énergie calculé a partir d'un enre
gistrement (tel celui donné fig. 2) en utilisant la transformée de Fourier. Ce spectre peut prendre des formes bien différentes selon la manière dont le vent a souffléau cours des heures précédentes, localement et éventuellement sur les zones voisines, le spectre
de Pierson-Moskowitz, par est le plus utilisé pour décrire les états de mer complètement développée, créée par le vent local (fig. 5). A partir de la zone de génération, la houle va se propager selon une direction initiale liée a celle du vent en suivant un arc de grand cercle. Les houles courtes s'amortissent plus vite que les longues de sorte que le spectre devientde plus en plus étroit a mesure qu'on s'éloigne de la zone génératrice. Parfois le vent commence
a souffler sur une zone qui reçoit déja une houle venue de plus loin, le spectre peut alors pré
senter deux pics. Cette représentation spectrale ne décrit toutefois qu'imparfaitement les états de mer car elle ignore la direction des vagues. Or, d'une part, les vagues créées par le vent ne se propa gent pas strictement dans une direction mais autour d'une direction moyenne; d'autre part, lors que le vent est lié au passage d'une perturbation, sa direction change. Enfin, si la zone concernée reçoit de la houle d'une région voisine, sa direction peut aussi ·être différente de celle du
13 TypeTHERMAL GRADIENTS (OTEC)
SALINITY
GRADIENTS
HARINE BIOCONVERSION
HARINE
CURRENTS
TIDESOCEAN WAVES
OFFSHORE WINDS
Theoretical
Possible
powers conunonly technical found in the literature dates40,000 x 106t1W 1990
1,400 x 2000
10 x 1985-1990
5 x 10
611\1 1990
3 x 10
6 t1\1 19772.5 x 10
6 t1W 1985 > 20 x 106MW 1985TABLEAU II
(dlaprès CONSTANS, ref. 2) 14 possible social dates 20lG 20502000
2020
1990
1995
1995
vent. Des spectres d'ènergie très semblables peuvent finalement correspondre d des ètats de mer
très diffèrents, il est donc prèfèrable d'utiliser (quand l'information de direction est acces
sible) le spectre directionnel (ou rèpartition spectro-angulaire de puissance).Inversement,
il est souvent commode de n'utiliser qu'un ou deux paramètres pour caractèri ser un ètat de mer, de manière simplifièe. Le plus utilisè est la hauteur significative Hs dèfinie parHs=4Viïl
o etmo=fS(f)df ou f est la frèquence etS(f) la densitè spectrale de puissance.
Lorsque
le spectre est ètroit, Hs est quasiment ègal au paramètre H 1/3 dont la dèfinition est plus intuitive: dans un enregistrement de N vagues, H 1/3 est la hauteur moyenne des N/3 vagues les plus fortes.On dèfinit ègalement une pèriode Tz appelèe pèriode des passages d zèro : intervalle moyen
entre deux passages successifs ascendants de la surface libre par le niveau moyen.A partir de ces
puissance disponible deux paramètres, une formule permet de calculer de manière approchèe la
par mètre de longueur de crête :P(kW/m) = 0.55 H
s 2 Tz Cette formule est l 'èquivalent pour une mer rèelle de la formule (8). Un calcul plus prècis peut cependant être effectuè lorsqu'on dispose de l'information complète. 1 - 2LA HOULE SOURCE D'ENERGIE
Dans le tableau II, figure un ordre de grandeur des puissances dissipèes dans les ocèans sous diffèrentes formes, incluant le vent au large. (Dans cet inventaire, seule l 'ènergie des marèes n'est pas d'origine solaire)Mais, plutôt que l'importance de la ressource mondiale, c'est sa densitè qui fait l'intèrêt
d'une source d'ènergie. Le tableau III donne les ordres.de grandeur des flux ènergètiques rècupèrables pour uneèolienne, une houlomotrice, une hydraulienne (ènergie des courants) et d titre de rèfèrence une
nl"icro-centrale basse chute. Pour la centrale basse chute, la puissance est rapportèe d la section au niveau de la tur- bine. 15Pour l'éolienne et l'hydraulienne, la surface de référence est celle du disque balayée par
l'hélice. Dans le cas de la houlomotrice, nous avons calculé le spectre de mer complétement développée pour un vent donné, puis la puissance selon la formule (8) et nous avons estimé que toute
la puissance était concentrée sous la surface, dans une épaisseur égale a la demi-longueur
d'onde correspondant a la période moyenne. Mais pour une houlomotrice, il n'existe pas de proportionnalité entre la surface exposée a l'action des vagues et la quantité d'énergie récupéra
ble car le flux d'énergie ne correspond pas comme c'est le cas pour l'éolienne ou l 'hydraulien ne, a un flux de matiêre a travers une section définie. La densité de puissance disponible cal culée n'est donc qu'un ordre de grandeur.Dens ité de puissance kW/M
2Eolienne
vent de 10 N 0,04620 N 0,37
TABLEAU III
30 N 1,27
40 N 2,96
Houlomotrice
Hs Tz Puissance total e
Mer levée par mètres secondes kH/m
vent de 10 N 0,08 0,532,6 0,41
20 N 0,65
2,13 5,2 13
30 N 2,2 4,8 7,8 98,6
40 N 5,2 8,5
10,4 415,4
Hydraulienne
courant 5 N 4,6Microcentrale
2m de chute 125
Il ressort de ce tableau que la génération des vagues par le vent se traduit par une assezfaible concentration de l'énergie (approximativement, dans un rapport 2). Mais toutes considéra
tions technologiques mises à part, la houle peut présenter, en outre, pour certains sites,l'avantage d'une plus grande régularité. En effet, les houles longues et très énergétiques se
propagent avec peu d'amortissement. Certaines côtes disposant d'un fetch important dans la di rection des vents dominants reçoivent presque constamment de fortes houles alors que les condi tions météorologiques sont localement irrégulières. C'est le cas de côtes ouvertes vers l'Estdans les régions d'Alizés et des côtes exposées a l'Ouest entre les latitudes 40 et 60°.
C'est ainsi que certains Départements et Territoires français d'outre-mer semblent à prioquotesdbs_dbs1.pdfusesText_1[PDF] exercice pile daniell corrigé
[PDF] exercice pile oxydoreduction 1ere s
[PDF] exercice placer des points sur un cercle trigonométrique
[PDF] exercice poésie lyrique 4ème
[PDF] exercice pour ouverture du troisième oeil pdf
[PDF] exercice pourcentage 1ere es
[PDF] exercice pourcentage 1ere es pdf
[PDF] exercice pourcentage 3eme
[PDF] exercice pourcentage 4ème
[PDF] exercice pourcentage 5ème
[PDF] exercice pourcentage pdf
[PDF] exercice pourcentage seconde
[PDF] exercice powerpoint 2013
[PDF] exercice powerpoint 2013 pdf