Correction Dnb Argentine 2018
PHYSIQUE – CHIMIE
Durée de l’épreuve : 30 min – 25 points
Les essais et les démarches engagés, même non aboutis, seront pris en compte
Véhicule hybride
Le véhicule hybride est l’une des solutions développées par certains constructeurs automobiles pour réduire l’émission de gaz à effet de serre, dans le cadre de leur contribution à la protection de l’environnement.
Document 1 : principe de fonctionnement d’un véhicule hybride
Le véhicule hybride est équipé de deux moteurs :
• Un moteur à combustion consommant du carburant (essence ou fuel) ;
• Un moteur électrique alimenté par une batterie rechargeable.
Quand la batterie est suffisamment chargée, le moteur électrique peut assurer seul la propulsion du véhicule (avec une autonomie de plusieurs dizaines de kilomètres).
Dans le cas contraire, les deux moteurs fonctionnent simultanément. Le moteur électrique accompagne le moteur thermique pour lui permettre de consommer moins de carburant.
Question 1
Identifier la source d’énergie utilisée par le moteur à combustion.
La source d’énergie utilisée par le moteur à combustion est le carburant (essence ou fuel).
Question 2 (3 points)
Les diagrammes énergétiques simplifiés permettant de schématiser les transformations d’énergie dans le moteur à combustion et dans le moteur électrique sont les suivants :
Nommer les énergies A, B, C et D.
Les énergies A, B, C et D sont respectivement l’énergie cinétique, l’énergie électrique, l’énergie cinétique, l’énergie thermique .
Le moteur électrique reçoit de l’énergie électrique qu’il convertit en énergie cinétique (de mouvement) transmise aux roues et en énergie thermique perdue dans l’environnement.
Question 3
Grâce à un système régénératif, la batterie du véhicule hybride se recharge lors des phases de freinage. Une partie de l’énergie cinétique du véhicule est alors récupérée et transformée en énergie électrique.
On considère la situation de freinage schématisée sur le document 2.
Document 2 : véhicule hybride roulant en agglomération
Un véhicule hybride de 1 300 kg se déplace en ville à la vitesse de 50 km/h et freine pour s’arrêter au stop.
3.1. Vérifier que l’énergie cinétique du véhicule avant freinage vaut 125 kJ.
L’énergie cinétique est donnée par la relation :
$ E_{C} = \frac{1}{2} \times{m}\times{v}^{2} $
avec
$E_{C}$ : énergie cinétique en Joules (J),
$m$ : masse du véhicule en kilogramme ($kilogramme$)
$v$ : vitesse du véhicule en mètre par seconde (m/s)
D’après les données : $m = 1300\ kg$ et la vitesse est de $v=50\ km/h$ avant freinage
soit $$v = 50\ km/h =\frac{50\ km}{1\ h}=\frac{50 000 \ m}{3600\ s}=\frac{50\ km}{1\ h} \approx 13,9\ m/s $$
($1\ h = 60\ min$ et $1\ min = 60\ s$ donc $1\ h ={60} \times{60} = 3600\ s$)
$$ E_{C} = \frac{1}{2} \times{1300\ kg}\times \left( {\frac{50 000\ m}{3600\ s}} \right)^{2} $$
$$ E_{C} \approx 125386\ J $$
L’énergie cinétique du véhicule est donc bien de 125 kJ (1kJ = 1000 J).
3.2. Au cours de ce freinage, 60 % de l’énergie cinétique récupérée est transformée en énergie électrique.
Déterminer le nombre de freinages (supposés tous identiques à la situation du document 2) qui sont nécessaires pour recharger totalement une batterie dont la capacité énergétique est de 1,3 kWh, soit 4 680 kJ.
Au cours de ce freinage, 60 % de l’énergie cinétique récupérée est transformée en énergie électrique.
Soit $$\frac {60}{100} \times {125386} \approx 75232\ J$$
La batterie a une capacité énergétique de 4680 kJ = 4680000 J
$$\mathrm{nombre\ de\ freinages} = \mathrm{\frac{énergie\ stockée\ dans\ la\ batterie\ lorsqu’elle\ est\ pleine} {énergie\ récupérée\ lors\ d’un\ freinage}}$$
$$\mathrm{nombre\ de\ freinages} = \frac{4680000} {75232} \approx 62\ freinages$$
Il faut 62 freinages pour recharger la batterie.
Question 4
En déduire pourquoi un véhicule hybride est davantage destiné à la circulation urbaine qu’à la circulation sur autoroute ou voie rapide.
Le nombre de freinage plus important en ville fait qu’un véhicule hybride est davantage destiné à la circulation urbaine qu’à la circulation sur autoroute ou voie rapide. Les nombreux freinages permettent de recharger la batterie.