EXERCICE III Spécialité Utilisation d'une installation couplant ...

Bac S 2013 Nouvelle Calédonie Spécialité Correction ©
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EXERCICE III - UTILISATION D'UNE INSTALLATION COUPLANT VOITURE À
HYDROGÈNE ET PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES (5 points)
Madame D.,
vous désiriez savoir si une surface de 70 m2 de panneaux solaires
fournirait assez d'électricité pour recharger les batteries d'une voiture à
hydrogène pendant un an.
J'ai effectué des calculs, fournis ci-après, afin de vous répondre.

Compte-tenu du rendement faible, et de la puissance moyenne reçue, on
disposerait en un an d'une énergie égale à 8,8×1010 J.
Pour faire fonctionner la voiture durant 20 000km il faut effectuer 100
« pleins », ce qui nécessite une énergie de 7,5×1010 J.
Ainsi il semble que l'on dispose d'une énergie suffisante.
J'attire cependant votre attention sur un inconvénient de l'énergie
électrique d'origine solaire.
Le stockage de cette énergie, accumulée par beau temps, pose quelques
problèmes.
Il faut étudier le coût de l'achat de batteries pour la stocker, et étudier
parallèlement le rachat de votre électricité produite par EDF.
Au regard de ces éléments manquants, vous pourrez juger de la suite à
donner à votre projet. Je me tiens à votre disposition pour toute
information complémentaire.

Calculs nécessaires au rapport :
. Énergie nécessaire pour faire fonctionner la voiture pendant 20 000 km
Le réservoir donne une autonomie de 200 km, or la voiture doit parcourir
20 000 km/an, il faut réaliser 100 « pleins ».
Pour 200 km :
- Quantité de dihydrogène nécessaire : [pic] avec Vm = 0,070 L.mol-1
et VH2 = 110 L
- Énergie chimique nécessaire :
Pour produire une mole de dihydrogène, il faut une énergie E = 286 × 103
J.mol(1.
Pour parcourir 200 km, il faudra : Echimique = [pic].E = [pic].E
- Énergie électrique nécessaire :
Le rendement r = [pic] vaut r = 60%, donc [pic] soit Eélectrique = [pic] =
[pic]
Pour 20 000 km : il faut effectuer N recharges, avec N = [pic]soit
Enécessaire = N.Eélectrique = N.[pic]
A.N. Enécessaire = [pic] = 7,5×1010 J

. Énergie électrique fournie par les panneaux solaires :
- Puissance solaire reçue : P = Pm.S avec Pm : puissance moyenne Pm
= 200 W.m-2
S surface des panneaux, soit S = 70 m²
- Énergie solaire reçue pendant (t = 1 an : Esolaire = P.(t
- Énergie utile : le rendement des cellules photovoltaïques r' = 20%
Eutile = Esolaire.r' = r'. P.(t = r'. Pm.(t.S
En considérant une durée (t = 24 h :
A.N. Eutile = 0,20×200×365,25×24×3600×70 = 8,8×1010 J


Remarque : la puissance moyenne des panneaux solaires est une moyenne
annualisée qui tient compte des durées variables des jours et des nuits.
Ainsi on considère une durée de 24 h qui tient compte de ces variations
(Ex : prendre 24 h avec Pm = 200 W.m-2 est identique à prendre 12 h avec Pm
= 400 W.m-2).

| | |Indicateurs de réussite |


Rapport |Q1 |Le rapport est correctement rédigé et argumenté de manière
compréhensible ou originale .... |A |B |C |D | | |Q2 |Énergie nécessaire à
la recharge du véhicule (sur 1 an ou 200 km)
Énergie fournie par l'installation solaire une conclusion cohérente avec
les calculs réalisés
On peut mettre A même si calculs faux |A |B |C |D | | |Q3 |Regard critique
sur l'énergie solaire (Puissance solaire variable, durée exposition
inégale, stockage énergie électrique) |A |B |C |D | |Calculs |Q4 |Des
calculs engagés sur l'énergie chimique nécessaire (volume molaire,
J.mol-1 ( J, rendement, N recharges) |A |B |C |D | | |Q5 |Des calculs
engagés sur l'énergie fournie par les panneaux (E = P.?t, P= P.S,
rendement) |A |B |C |D | | |Q6 |Les calculs numériques des grandeurs
physiques (puissance, énergie ...) sont corrects. |A |B |C |D | |
Méthode générale pour une résolution de problème :
Identifier la problématique. Si elle n'est pas évidente, analyser les
documents et revenir ensuite à la problématique.

Il est impératif d'utiliser un brouillon.

Pour chaque document, extraire les données :
Attribuer une notation à chaque grandeur, noter sa valeur avec ses unités.
Noter chaque relation et la transformer en expression littérale si
nécessaire.
Placer toutes ces informations sur votre brouillon, comme une carte
mentale. (voir https://bubbl.us ).
Tenter de relier les informations.

Faire les calculs qui semblent accessibles. Stocker ces résultats en
mémoire de la calculatrice et bien noter la lettre de la mémoire utilisée
(STO( A ou B, etc.). Noter une valeur arrondie sur le brouillon.
Indiquer l'objectif de chaque calcul.
Travailler au maximum avec des expressions littérales, plus faciles à
manier que des nombres forcément arrondis.

Si la problématique est résolue, répondre de façon ordonnée sur la copie.
Regard critique : Si le résultat obtenu semble faux, il faut reprendre les
étapes suivies sur le brouillon et tenter d'identifier la cause.
Si l'erreur n'est toujours pas visible, il faut signaler que votre résultat
semble faux et pourquoi.
Si la problématique n'est pas résolue. Ce n'est pas dramatique !
Reporter tous les raisonnements même incomplets sur la copie. Faire part de
vos difficultés par écrit.
Tous les calculs doivent être écrits, il ne faut pas se contenter de donner
des résultats.