DNB 2025Métropole (rattrapage)Corrigé complet

Hydrogène coloré : production, transferts d'énergie, stockage

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences9 questions

Notions BO couvertes

T1.1·Espèces/mélanges/solubilité/masse volumique/changements d'état T1.2·Transformations chimiques (combustions, équations bilan, conservation)T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T3.5·Énergie électrique E=Pt (kWh, conversions)

PDF du sujet officiel

Un gisement de dihydrogène naturel a été découvert en Lorraine. On lui attribue des « couleurs » selon son mode de production : blanc (naturel), vert (renouvelables), gris (gaz naturel), noir (charbon).

1.Partie 1, Production polluante (3 pts)

Question 1

3 pts

T1.2

Donner 2 inconvénients de la production de H₂ qualifié de « noir » ou « gris ».

2.Partie 2, Chaîne énergétique du véhicule (5 pts)

Chaîne énergétique d'un véhicule à hydrogène : pile à combustible → moteur électrique → roues, avec numéros 1 et 2 pour les transferts — Schéma, Chaîne énergétique d'un véhicule à H₂.

Question 2a

2 pts

T3.5

Choisir la forme d'énergie stockée dans la pile à combustible parmi : cinétique, chimique, thermique, nucléaire, potentielle.

Question 2b

3 pts

T3.5

Associer les transferts (1) et (2) aux types : thermique / rayonnement / mécanique / électrique.

3.Partie 3, Équations de production (9 pts)

Équations de production :

« noir » : C + 2 H₂O → 2 H₂ + CO₂
« gris » : CH₄ + 2 H₂O → 4 H₂ + CO₂
« vert » : 2 H₂O → 2 H₂ + O₂

Question 3a

2 pts

T1.3

Nommer les produits formés par la production « gris » (CH₄ + 2 H₂O → 4 H₂ + CO₂).

Question 3b

3 pts

T1.2

Justifier l'avantage environnemental du H₂ « vert » sur le « noir » ou « gris ».

Question 3c

4 pts

T1.2

L'équation « noir » peut s'écrire 2 C + 4 H₂O → 4 H₂ + 2 CO₂. Expliquer pourquoi la production de la même quantité de H₂ émet 2 fois plus de CO₂ en « noir » qu'en « gris ».

4.Partie 4, Stockage du dihydrogène (8 pts)

Données

Réservoir haute pression : V = 0,15 m³ à 700 bars.
ρ(H₂ à 700 bars) = 42 kg/m³.
À 1 bar : 1 kg de H₂ occupe 11 m³.
Coffre voiture : V_coffre = 0,32 m³.

Question 4a

3 pts

T1.1

Montrer que la masse de H₂ stockée dans le réservoir vaut 6,3 kg.

Question 4b

2 pts

T1.1

Calculer le volume que cette masse occuperait à 1 bar.

Question 4c

3 pts

T1.1

Expliquer l'intérêt de comprimer le H₂ (coffre = 0,32 m³).

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.