Correction Dnb Polynésie 2018
PHYSIQUE – CHIMIE
Durée de l’épreuve : 30 min – 25 points
Les essais et les démarches engagés, même non aboutis, seront pris en compte
Choisir sa voiture
On trouve désormais sur le marché des véhicules de type électrique, thermique ou hybride. Les véhicules hybrides associent deux types d’énergie.
On s’intéresse à quelques caractéristiques techniques afin de pouvoir choisir le véhicule approprié en fonction de ses besoins.
1. Les véhicules à moteur thermique (15 points)
Les moteurs thermiques rejettent dans l’environnement différents gaz dont certains sont des gaz à effet de serre qui contribuent au réchauffement climatique.
Lors de la combustion du carburant de formule chimique $\mathrm{C_{7}H_{16}}$ en présence de dioxygène, un mélange de produits se forme, constitué d’eau et de dioxyde de carbone. Cette transformation chimique est modélisée par une réaction chimique d’équation :
$$\mathrm{C_{7}H_{16} + 11 ~ O_{2} \longrightarrow 8 ~ H_{2}O + 7 ~ CO_{2} }$$
1.1.1. Recopier les formules chimiques des réactifs intervenant dans la réaction.
Dans l’équation de la réaction chimique, les réactifs se trouvent à gauche de la flèche. Les formules chimiques des réactifs sont donc : $\mathrm{C_{7}H_{16}}$ et $\mathrm{O_{2}}$.
Le carburant de formule chimique $\mathrm{C_{7}H_{16}}$ est composé de 7 atomes de carbone (symbole C) et 16 atomes d’hydrogène (symbole H).
Le dioxygène de formule chimique $\mathrm{O_{2}}$ est composé de 2 atomes d’oxygène (symbole O).
Les atomes de carbone initialement présents dans le carburant de formule chimique $\mathrm{C_{7}H_{16}}$ se retrouvent, après la combustion, dans le dioxyde de carbone $\mathrm{CO_{2}}$.
Les atomes d’hydrogène initialement présents dans $\mathrm{C_{7}H_{16}}$ se retrouvent dans la vapeur d’eau $\mathrm{H_{2}O}$.
Les moteurs thermiques rejettent dans l’environnement du dioxyde de carbone (gaz à effet de serre) qui contribue au réchauffement climatique.
En France, tous les deux ans, un véhicule doit être soumis à un test de conformité appelé contrôle technique. À l’aide d’une sonde, on mesure la quantité de dioxygène entrant dans le moteur, la quantité de carburant consommée, la quantité de vapeur d’eau à la sortie du pot d’échappement et la quantité de dioxyde de carbone émis.
Les résultats d’un test sont consignés dans le tableau ci-dessous :
1.3. A partir des résultats du test et de la réaction chimique, déterminer la masse théorique m de dioxyde de carbone que devrait recueillir l’appareil de mesure. Expliquer la démarche.
Lors d’une transformation chimique, il y a conservation de la masse : la masse des produits formés est égale à la masse des réactifs consommés. On a donc :
$m_{1}+m_{2} = m’+m$ soit $m = m_{1}+m_{2}-m’$
$m = 50~ g+176~g-72~g=154~g$
La masse théorique m de dioxyde de carbone que devrait recueillir l’appareil de mesure est de 154 g.
2. Les véhicules à moteur électrique (4 points)
Le moteur d’un véhicule électrique fonctionne grâce à une batterie électrique.
Nommer les formes d’énergies E1 et E2 du diagramme de conversion d’énergie ci-dessous en choisissant parmi les termes suivants : thermique, électrique, nucléaire, lumineuse, cinétique (Il n’est pas demandé de reproduire le diagramme sur la copie).
La batterie fournit de l’énergie électrique (E1) au moteur.
Le moteur fournit de l’énergie cinétique (E2) aux roues.
3. Choisir un véhicule en fonction de ses besoins (6 points)
Un concessionnaire automobile reçoit un client qui désire acheter une nouvelle voiture. Le client a besoin d’une voiture pouvant effectuer sans interruption un trajet sur une distance au moins égale à 500 km, il est sensible aux questions environnementales et son budget maximal est de 25 000 euros.
Expliquer de façon argumentée quel serait le choix de véhicule le plus judicieux pour ce client parmi les cinq présentés dans le tableau ci-dessous.
Donnée : Les oxydes d’azote sont émis par les moteurs thermiques (essence ou diesel). Ils ont des effets nocifs sur la santé et sur l’environnement.
Le client a besoin d’une voiture pouvant effectuer sans interruption un trajet sur une distance au moins égale à 500 km et son budget maximal est de 25 000 euros. On peut donc éliminer les véhicules 4 (autonomie de 360 km) et 5 (hors budget : 34500 €).
Les véhicules 1, 2 et 3 respectent les deux critères : autonomie et budget.
Le client est sensible aux questions environnementales. Le véhicule 3 est le moins polluant (émission de CO2 et d’oxydes d’azote NOx les plus faibles des 3 véhicules).
Le véhicule 3 est donc le modèle le plus adapté au client.