RDP : Gestion de l'énergie électrique à bord d'un satellite - Sciences ...

|1S |RDP : Gestion de l'énergie électrique à bord d'un satellite |
|Thème : AGIR | |

DESCRIPTIF DE SUJET DESTINE AU PROFESSEUR

|Objectif |Initier les élèves de première S à la démarche de résolution de|
| |problème telle qu'elle peut être proposée en terminale S. |
|Compétences |Exploiter le principe de conservation de l'énergie dans des |
|exigibles du |situations mettant en jeu différentes formes d'énergie |
|B.O. |(compétence de la fin du thème COMPRENDRE mais mise en jeu |
| |ici). |
| |Distinguer puissance et énergie. |
| |Connaître et utiliser la relation liant puissance et énergie. |
| |Schématiser une chaîne énergétique pour interpréter les |
| |conversions d'énergie en termes de conservation, de |
| |dégradation. |
|Déroulement |Cette activité peut être proposée comme exercice de devoir |
| |surveillé pour préparer les élèves à ce type d'exercice. |
| |Durée : 45 minutes maximum. |
| |Cet exercice est prévu pour être évalué sur 5 pts, 10 pts ou |
| |autre (la feuille de calcul permettant de choisir le nombre de |
| |points retenu), selon le format du devoir proposé. |
|Compétences |S'approprier (APP) : coefficient 2 |
|évaluées |Analyser (ANA) : coefficient 4 |
| |Réaliser (REA) : coefficient 2 |
| |Valider (VAL) : coefficient 1 |
| |Communiquer (COM) : coefficient 1 |
|Remarques |Les connaissances nouvelles qui ne sont pas au programme sont |
| |apportées par le biais des documents. |
| |Sources : |
| |( « Satellite METOP® » |
| |http://www.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/as|
| |tronautique-metop-serie-satellites-meteorologiques-orbite-polai|
| |re-35082/ |
| |( « Satellite SPOT® » |
| |http://spot4.cnes.fr/spot4_fr/alim.htm |
| |( « Alimentation électrique des satellites » |
| |http://www.je-comprends-enfin.fr/index.php?/Technologies-des-sa|
| |tellites/alimentation-electrique-des-satellites/id-menu-53.html|
| | |
| |( « Le photovoltaïque pour satellite » |
| |http://fr.solarpedia.net/wiki/index.php?title=Le_photovolta%C3%|
| |AFque_pour_satellite |
| | |
| |Cette activité pourra être également proposée comme exercice de|
| |devoir maison, ou bien en séance d'AP pour préparer les élèves |
| |à ce type d'exercice (durée : 55 minutes). Dans ce cas, pour |
| |complexifier l'activité, on remplacera la question préalable |
| |n°1 par : |
| |Schématiser une chaîne énergétique traduisant les échanges |
| |énergétiques décrits dans le contexte et dans le |
| |porte-documents quand : |
| |Le satellite se situe dans l'ombre de la Terre (phase n°1) ; |
| |Le satellite se situe dans la lumière du Soleil (phase n°2). |
| |On acceptera alors toutes schématisations scientifiquement |
| |correctes et moins simplifiées que les chaînes B et C figurant |
| |dans les pages suivantes ; ces schématisations proposées par |
| |les élèves pourront prendre en compte par exemple les énergies |
| |dissipées vers l'environnement. |
|Auteur |Arnaud SOULAS - Lycée Benjamin Franklin - Orléans (45) |

ENONCE DESTINE AUX ELEVES

CONTEXTE

[...] L'alimentation est au c?ur du bon fonctionnement du satellite. Sans
électricité, le satellite n'est plus qu'un objet immobile, incapable de
communiquer, de se positionner, de déterminer et de modifier son attitude,
etc. [...] Avec une durée de vie espérée du satellite d'une quinzaine
d'années, le processus d'alimentation électrique doit permettre de fournir
la puissance nécessaire durant toute cette période. La première solution
est d'utiliser une source interne. L'énergie peut être fournie par une
source d'énergie fonctionnant sur le long terme comme des piles nucléaires.
Cette solution est viable pour des sondes lancées loin du Soleil car le
rayonnement solaire est trop faible et ne permet pas d'utiliser des
panneaux solaires. Elle est par contre risquée pour les satellites autour
de la Terre, car ils finissent toujours par retomber sur notre planète et
pourraient être sources de pollution. La seconde solution est de profiter
d'énergie externe arrivant en permanence sur le satellite comme le Soleil
qui est une source d'énergie inépuisable, du moins sur la durée de vie du
satellite. [...]

D'après Fusées, satellites et vols spatiaux non habités de Jean-Daniel
TOULY, www.je-comprends-enfin.fr

[pic]

L'objectif de cet exercice est d'évaluer, à l'aide des documents ci-après :
- le nombre de batteries d'accumulateurs que doit comporter un satellite
pour assurer son bon fonctionnement dans la phase de son orbite où la
lumière du Soleil est éclipsée par la Terre (phase n°1) ;
- la surface de panneaux photovoltaïques que doit comporter ce satellite
pour assurer son bon fonctionnement et la recharge de ses batteries
d'accumulateurs dans la phase de son orbite où la lumière du
Soleil n'est pas éclipsée par la Terre (phase n°2).

VOTRE PORTE DOCUMENTS

|Doc. 1 : Le fonctionnement d'un panneau photovoltaïque installé sur le satellite|
|considéré |
|Un panneau photovoltaïque est recouvert de cellules qui convertissent l'énergie |
|solaire reçue en énergie électrique. Il existe différentes gammes de cellules |
|photovoltaïques ; celles installées sur les satellites sont actuellement en |
|arséniure de gallium et permettent en moyenne de générer une puissance de 220 W |
|pour une surface de 1 m2 de panneaux. |

|Doc. 2 : Quelques caractéristiques du satellite considéré |
|A l'instar des satellites issus des programmes scientifiques METOP® ou SPOT®, |
|le satellite considéré est dédié à la prévision météorologique et à la |
|surveillance du climat. Les instruments de mesure embarqués dans ce satellite |
|nécessitent constamment une puissance électrique de 1 800 W. |
|Ce satellite décrit une orbite polaire - c'est-à-dire une orbite passant |
|au-dessus des pôles - et hors atmosphère. Sa période de révolution autour de la |
|Terre est de 2 h, il est 40 % du temps dans l'ombre de la Terre. |
|Son alimentation électrique est assurée : |
|d'une part par ses panneaux photovoltaïques quand il se situe dans la lumière du|
|Soleil ; |
|d'autre part par ses batteries d'accumulateurs quand il se situe dans l'ombre de|
|la Terre. |
|[pic] |

|Doc. 3 : Les batteries d'accumulateurs embarquées dans le satellite considéré |
|Rechargées systématiquement dans la phase n°2 décrite dans le contexte, les |
|batteries d'accumulateurs se déchargent, dans une certaine limite, dans la phase|
|n°1. Deux représentations graphiques relatives à la décharge et la charge de ces|
|batteries d'accumulateurs sont données ci-dessous. |
| |
|[pic] |
| |
|[pic] |


RESOLUTION DE PROBLEME

Question(s) préalable(s) :

1. Parmi les quatre chaînes énergétiques A, B, C, D représentées ci-
dessous, identifier :
> celle qui traduit les échanges énergétiques décrits dans le contexte
et dans le porte-documents quand le satellite se situe dans l'ombre
de la Terre (phase n°1) ;
> celle qui traduit les échanges énergétiques décrits dans le contexte
et dans le porte-documents quand le satellite se situe dans la
lumière du Soleil (phase n°2).


|Chaîne énergétique A : |
|