[PDF] ANNALES des sujets – DEFI ENERGETIQUE PARTIE 2 (6 points

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ANNALES des sujets - DEFI ENERGETIQUE PARTIE 2 (6 points)

Amérique du sud 2016

Dans un avenir plus ou moins proche, celles-ci intégreront diverses évolutions techniques qui contribueront à mieux répondre

aux objectifs du développement durable. Les voies de circulation constituent en effet une réserve de surface exploitable pour la

Document 1 : Piste cyclable solaire

Une piste cyclable de 100 m de long et 4 mètres de large en a été équipée en 2014 à Krommenie au Pays-Bas.

D'aprğs ͨ Pour la science nΣ450 Avril 2015 » Document 2 : Nombre de véhicules en circulation dans trois agglomérations (données 2014)

Villes Bordeaux Périgueux St Brieuc

Habitants 240 000 29 900 45 900

Nombre de véhicules 130 100 15 400 25 300

QUESTIONS :

Question 1 :

Recopiez et complétez le schéma énergétique suivant :

Question 2 :

Combien de foyers pourraient ġtre alimentĠs par l'Ġnergie fournie par cette piste cyclable pendant un an ?

Question 3 :

quotidiennement 60 000 kWh. Une voiture électrique consomme en moyenne 3 kWh par jour. Des agglomérations

songent à mettre en place de tels équipements. Discuter de la pertinence de ce choix du point de vue énergétique et

environnemental.

Asie 2016

Les nouveaux défis énergétiques

Document 1 : " Le PlanetSolar »

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

On peut considérer que la puissance moyenne consommée par le bateau correspond à la puissance délivrée par les

cellules photovoltaïques, appelée aussi puissance utile.

D'aprğs http͗ͬͬwww.planetsolar.org

Document 2 : " Le Solar Impulse 2 »

Une surface de 1 m2 de cellules photovoltaïques reçoit du soleil en moyenne sur 24 h une puissance de 250 W.

D'aprğs http͗ͬͬinfo.solarimpulse.com

D'aprğs http͗ͬͬblog.crdp-versailles.fr/

QUESTIONS :

Question 1 :

Recopiez et complétez la chaîne énergétique commune aux deux dispositifs présentés puis indiquez quelle

est l'Ġnergie dĠgradĠe.

Question 2 :

2. Exprimez cette énergie dans deux unités différentes.

Aide aux calculs :

Question 3 :

Si on considère que la puissance solaire fournie est identique pour une même surface de cellules

" Planet Solar ». On rappelle que le rendement ɻ peut être défini par :

Aide aux calculs :

Question 4 :

reprĠsente une ͨ solution d'aǀenir en termes enǀironnementaux ».

Métropole 2016

Document 1 : la pile à combustible

Actuellement, il existe différents types de piles à combustible. Par exemple : téléphone mobile ; - pile capable de produire 1 MW pour fournir de l'ĠlectricitĠ ă un immeuble collectif ; - pile destinée aux applications embarquées, dans le secteur des transports. Principe gĠnĠral de fonctionnement d'une pile ă combustible ͗ Source ͗ d'aprğs http͗ͬͬeduscol.education.frͬ et http͗ͬͬwww.cea.frͬ Document 2 ͗ l'hydrogğne prĠsent partout mais disponible nulle part

émanations de dihydrogène naturel, mais non exploitables en quantités significatives et à des coûts compétitifs.

Production à partir des énergies fossiles

Aujourd'hui, 95 й du dihydrogğne est produit à partir des combustibles fossiles par reformage : cette réaction

l'inconǀĠnient de rejeter du diodžyde de carbone dans l'atmosphğre.

Production par dĠcomposition de l'eau

Production directe à partir de la biomasse

Cette solution est attrayante car la quantité de dioxyde de carbone émise au cours de la conversion de la biomasse

en dihydrogène est à peu près équivalente à celle provenant de la photosynthèse.

Source ͗ d'aprğs http͗ͬͬwww.cea.fr

Document 3 : la voiture électrique

une importante flotte de véhicules utilitaires hybrides.

En effet ces véhicules utiliseront une pile à combustible et par conséquent du dihydrogène (embarqué dans des

à 300 km.

Cette pile à combustible sera constituée de quatre modules de 5 kW chacun.

méthane par reformage, il rejette en moyenne 15 à 18 grammes de dioxyde de carbone par kilomètre. Un véhicule

essence de taille moyenne rejette environ 150 grammes de dioxyde de carbone par kilomètre.

Source ͗ d'aprğs http͗ͬͬwww.usinenouǀelle.comͬ et http͗ͬͬwww.ǀoiture-electrique-populaire.fr/

QUESTIONS :

Question 1 :

Jules Verne a Ġcrit ͨ l'eau est le charbon de l'aǀenir ͩ.

Question 2 :

Jules Verne décrit le " moteur à eau » dans son roman. Préciser comment il enǀisage l'obtention du

dihydrogène.

Question 3 :

Question 4 :

Question 5 :

véhicule effectue un trajet de deux heures.

Question 6 :

Les voitures utilisant les piles à combustible sont considérées comme des véhicules hybrides. Elles utilisent en

effet le dihydrogğne de leur pile ă combustible comme source d'Ġnergie chimique pour alimenter une batterie

et un moteur électrique.

Peut-on pour autant les classer dans la catégorie " des véhicules propres » ? Pour cela, avancer un argument

en leur faveur et un autre en leur défaveur, et conclure quant au qualificatif proposé " propre ».

ANNEXE

À RENDRE AVEC LA COPIE

PARTIE 2 : LE DÉFI ÉNERGÉTIQUE

Question 1 :

Jules Verne a Ġcrit ͨ l'eau est le charbon de l'aǀenir ͩ. Cocher les bonnes cases dans le tableau ci-dessous :

ressource d'Ġnergie non renouǀelable ressource d'Ġnergie renouǀelable ressource d'origine

fossile eau charbon

Question 2 :

La production du dihydrogène envisagée par Jules Verne dans son roman est une :

Cochez uniquement la réponse exacte :

Question 3 :

La chaîne énergétique de la pile à combustible correspond à la :

Cochez uniquement la réponse exacte :

Question 4 :

Cochez uniquement les bonnes cases du tableau :

est utilisé(e) est produit(e) L'eau

Le dioxygène

Le dihydrogène

Polynésie 2016

M et Mme X possèdent un camping-car. Afin d'augmenter leur autonomie en ĠlectricitĠ lors de leurs diffĠrents ǀoyages, ils

www.lemoniteur.fr Document 1 : La toile de store solaire photovoltaïque

Cette toile de store permet de produire de l'ombre tout en gĠnĠrant de l'ĠlectricitĠ. L'idĠe de crĠer un store utilisant une

et une Ġcole d'ingĠnieurs. être revendue à EDF ou stockée dans un accumulateur pour un usage ultérieur.

Cette toile peut aussi bien équiper les maisons individuelles que les camping-cars pour permettre d'augmenter l'autonomie en

électricité.

Caractéristiques techniques de la toile :

Caractéristiques Données du fabricant

Epaisseur Environ 1mm

Masse de 1m² 900 g

Puissance fournie par 1 m² 40 W

Durée de vie des cellules photovoltaïques 20 ans

Document 2 : Besoins énergétiques quotidiens moyens de deux personnes en camping-car en été

Eclairage Pompe à

eau

Electroménager Téléviseur Divers

Energie quotidienne

consommée (en Wh)

1000 50 10 000 500 450

Question 1 :

Recopiez et complétez sur votre copie les chaînes énergétiques correspondant au fonctionnement de la toile solaire

Question 2 :

renouvelable.

Question 3 :

quotidiennement.

Question 4 :

Discutez de l'intĠrġt du dispositif.

Pondichery 2015

Le 27 juin 2014, a eu lieu l'inauguration de la centrale hydre-éolienne de l'île d'EI Hierro, petite île espagnole dans l'archipel des

Canaries. Elle s'apprête à devenir la première île au monde totalement autonome en électricité grâce aux ressources d'énergie

renouvelables.

En effet, la centrale associe des éoliennes ayant chacune une puissance moyenne de 2 MW et une Station de Transfert d'Energie

par Pompage (STEP), constituée de deux bassins, l'un à 700 m au-dessus du niveau de la mer, l'autre 650 m plus bas.

Le parc éolien, d'une puissance moyenne totale de 10 MW, couvrira amplement la demande en électricité des 10 000 habitants de

cette île ainsi que celle des usines de dessalement d'eau de mer.

L'excès d'électricité produite servira à propulser l'eau de mer du bassin inférieur vers le supérieur de la STEP. Et en cas de

nécessité, l'énergie hydraulique prendra le relais, en relâchant l'eau dans un bassin.

Schéma de la STEP :

QUESTIONS :

1) Calculez le nombre d'éoliennes installées sur le parc. 2) Complétez les chaînes énergétiques sur la feuille annexe correspondant au fonctionnement d'une éolienne et de la STEP lors de la phase de pompage en identifiant la forme d'énergie dans chaque rectangle. 3) En supposant que le parc éolien fonctionne 12 h par jour et 300 jours par an, calculez l'énergie électrique produite annuellement. 4) En intégrant le fonctionnement de toutes les infrastructures de l'île, on suppose que la consommation annuelle d'électricité s'élève à environ 2500 kWh/habitant. Montrez alors que l'énergie produite par le parc éolien est suffisante pour couvrir les besoins de l'île. 5) Expliquez en quoi l'association du parc éolien et de la STEP va permettre à l'île de devenir " totalement autonome en électricité grâce aux ressources d'énergie renouvelables ».

Métropole 2015

fort développement des pays en voie de développement va se traduire par une augmentation de la consommation

d'Ġnergie mondiale (estimĠe au double de la consommation actuelle). Face ă la demande, chercheurs et ingĠnieurs

Les cellules solaires traditionnelles convertissent la lumière en électricité en exploitant l'effet photovoltaïque.

en a fait des objets de décoration.

Une cellule solaire nommĠe ͨ Annabelle ͩ, du nom d'une ǀariĠtĠ d'hortensia, ressemble ă un tableau (cf illustration

ci-dessous) représentant cette fleur dont les pétales bleuissent au soleil. Au-delà de ce changement de couleur, cette

cellule est également capable de stocker de l'Ġnergie, et permet de recharger deudž fois un tĠlĠphone portable. Une

fois que la cellule est vidée de son énergie, les pétales bleus des motifs floraux de la cellule-tableau deviennent

blancs. Capture d'écran d'un reportage vidéo de l'AFP sur la cellule solaire japonaise "hortensia" Document 2 : le thorium, futur nucléaire vert ?

Tout comme l'uranium 238 ( ) dont il est la seule alternative, le thorium est parfois considéré comme l'avenir du

nucléaire. À Grenoble, les chercheurs du LPSC (Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie) travaillent

sur un réacteur à sels fondus fonctionnant au thorium, le " molten salt fast reactor ».

Infiniment plus abondant dans la nature que l'uranium 235 fissile usuellement utilisé, le thorium peut être

transformé par une suite de réactions nucléaires, en uranium 233 également fissile. D'où l'idée de développer des

réacteurs surgénérateurs fonctionnant au thorium, " ce qui résoudrait tous les problèmes de ressources

énergétiques pour les 10 siècles à venir » indique Elsa Merle-Lucotte, enseignante à Grenoble et chercheuse au LPSC.

" Enfin, les réacteurs au thorium réduiraient naturellement la production de déchets à vie longue. Les déchets

produits par les réacteurs au thorium sont radioactifs pendant 10 à 15 ans seulement dans leur grande majorité, et

seule une fraction de 0,01 % est radioactive durant des milliers d'années.» Source ͗ d'aprğs Grenoble INΖPress - Institut polytechnique de Grenoble

QUESTIONS :

Question 1 :

1.1. Indiquer si la ressource énergétique utilisée par les cellules solaires est renouvelable ou non-renouvelable.

Justifier brièvement la réponse.

1.2. Recopier sur votre copie la chaîne énergétique ci-dessous correspondant ă la production d'ĠlectricitĠ par une

cellule photovoltaïque classique. La compléter en précisant dans les rectangles la nature des énergies mises en jeu.

1.3. L'Ġnergie moyenne stockĠe par un tĠlĠphone portable chargĠ ă 100 % est de 20 Wh. Certaines applications

gourmandes en Ġnergie nĠcessitent une puissance de 2 W. Calculer la durĠe d'utilisation du portable dans ces

conditions. Justifier.

Question 2 :

2.1. L'uranium 238, l'uranium 235, l'uranium 233 sont des isotopes. DĠfinir le terme isotope.

2.2. Une suite de réactions nucléaires élémentaires permet de faire passer du thorium 232 à une forme fissile de

est le symbole du neutron.

Déterminer les valeurs de A et Z. Justifier.

Métropole septembre 2015

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