DNB 2017PolynésieCorrigé complet

Voilier écologique : dessalinisateur, hydrogénérateur, autonomie

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences6 questions

Notions BO couvertes

T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T1.4·pH, acides-bases, tests d'ions T3.1·Sources, conversions, formes d'énergie, chaîne énergétique T3.2·Bilan énergétique, rendement T3.5·Énergie électrique E=Pt (kWh, conversions)

PDF du sujet officiel

Le propriétaire d'un voilier écologique a fait le choix d'utiliser un hydrogénérateur pour alimenter son bateau en électricité. Cet hydrogénérateur alimente le dessalinisateur, le système de navigation et l'ensemble des éclairages du bateau.

1.Partie 1, Le dessalinisateur (7,5 pts)

Le dessalinisateur transforme l'eau de mer en eau douce. L'eau de mer contient les espèces chimiques Na⁺ et Cl⁻.

Tableau de tests caractéristiques : Cu²⁺ + NaOH → précipité bleu ; Fe²⁺ + NaOH → précipité verdâtre ; Zn²⁺ + NaOH → précipité blanc ; Cl⁻ + AgNO₃ → précipité blanc qui noircit — Document 1, Tests de reconnaissance de quelques espèces chimiques.

Question 1.1

2.5 pts

T1.3

Indiquer la nature des espèces chimiques de formule Na⁺ et Cl⁻, en choisissant parmi les termes suivants : atome, ion, molécule.

Question 1.2

5 pts

T1.4

À l'aide du document 1, décrire la mise en œuvre d'un test simple permettant de détecter la présence de l'espèce chimique Cl⁻ dans l'eau de mer et indiquer le résultat attendu. Il est possible de faire un schéma.

2.Partie 2, L'hydrogénérateur (10 pts)

L'hydrogénérateur est constitué d'une hélice reliée à un alternateur. L'hélice est mise en mouvement par le déplacement d'eau et entraîne l'alternateur qui alimente les circuits électriques du voilier.

Diagramme de conversion d'énergie : une flèche entrante numérotée 1 arrive sur un ovale nommé Alternateur, une flèche sortante numérotée 2 en part vers la droite, et une troisième flèche numérotée 3 descend vers le bas sous le mot Pertes — Diagramme de conversion d'énergie de l'alternateur.

Graphique de la production d'énergie électrique de l'hydrogénérateur sur 24 h (Wh) en fonction de la vitesse du voilier (nœuds) — Document 2, Production d'énergie sur 24 h en fonction de la vitesse de navigation (1 nœud = 1852 m/h).

Tableau des appareils électriques : système de navigation (110 W, 20 h, 2200 Wh) ; dessalinisateur (60 W, 1 h, 60 Wh) ; éclairage (20 W, 12 h, E₁) — Document 3, Puissances et durées d'utilisation des appareils sur 24 h.

Question 2.1

2 pts

T3.1T3.2

Le diagramme de conversion d'énergie ci-dessus concerne l'alternateur. Sans recopier le diagramme sur la copie, nommer les différentes formes d'énergie correspondant aux numéros 1 et 2 en choisissant parmi les suivantes : chimique, électrique, thermique, cinétique.

Question 2.2

3 pts

T3.5

À l'aide du document 2, indiquer à partir de quelle vitesse de navigation du voilier, en nœuds, l'hydrogénérateur produit de l'énergie électrique.

Question 2.3

5 pts

T3.5

Montrer que l'énergie E₁ consommée par l'éclairage du bateau sur une plage horaire de 24 h est de 240 Wh.

3.Partie 3, Autonomie énergétique (5 pts)

Question 3

5 pts

T3.5

À l'aide des documents 2 et 3 et du résultat 2.3, déterminer la vitesse minimum (en nœuds) à partir de laquelle le voilier doit naviguer pour produire l'énergie totale consommée par le bateau sur 24 h.

Méthodologie

Chaque corrigé suit une méthodologie de rédaction rigoureuse, avec formule littérale annoncée, étapes de calcul détaillées et phrase de conclusion explicite. Idéal pour s'entraîner à rédiger comme attendu au DNB.