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 Na⁺ et Cl⁻ (atome, ion, molécule).

Question 1.2

5 pts

T1.4

Décrire la mise en œuvre d'un test simple pour détecter Cl⁻ dans l'eau de mer et indiquer le résultat attendu.

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 de l'alternateur avec entrée 1, alternateur, sortie 2 et énergie thermique dissipée — 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

Nommer les énergies 1 et 2 du diagramme parmi : chimique, électrique, thermique, cinétique.

Question 2.2

3 pts

T3.5

À partir du document 2, indiquer la vitesse minimale de navigation à partir de laquelle l'hydrogénérateur produit de l'énergie.

Question 2.3

5 pts

T3.5

Montrer que l'énergie E₁ consommée par l'éclairage sur 24 h vaut 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.