BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR. Travaux Publics. Session 2015

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1 BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR Session 2015 Durée : 1h40 mn Recommandations aux candidats : - La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront dans l appréciation des copies ; - Les calculs demandés devront être détaillés afin d obtenir l intégralité des points ; - Sont autorisées toutes les calculatrices y compris les calculatrices programmables, alphanumériques ou à écran graphique à condition que leur fonctionnement soit autonome et qu il ne soit pas fait usage d imprimante; - L usage des téléphones portables est interdit ; Ce sujet est composé de 6pages : Les questions à traiter sont pages : 2/6 à 5/6 (ne pas dégrafer) Le formulaire de mathématique est fourni en annexe Page : 1/ 5

2 Exercice 1 : Lutte contre la corrosion (7 points) Un moyen de protéger les canalisations souterraines en fer consiste à raccorder celles-ci à des blocs de zinc qu on sacrifie et qu on remplace régulièrement. La réalisation de cette protection peut être schématisée par la figure ci-dessous : La rouille qui se forme sur la canalisation est formée en partie avec des ions fer II (Fe 2+ ). Le but de la protection est de reformer du fer sous sa forme métal. Le zinc sacrifié se transforme lors de la réaction en ion zinc II (Zn² + ). A- Etude du principe On réalise une pile en associant une demi-pile formée d une lame de fer plongeant dans une solution de sulfate de fer (II) (1 mol.l -1 ), et une demi-pile formée d une lame de zinc plongeant dans une solution de sulfate de zinc (1 mol.l -1 ). Ces 2 compartiments sont reliés par un pont salin. Cette pile débite dans un circuit extérieur. 1- Les couples mis en jeu ont les potentiels électrochimiques standards ci-contre : Quel est l oxydant le plus fort? Justifier votre réponse. Oxydant/Réducteur Zn 2+/ Zn Fe 2+ /Fe Potentiels standards -0,76V -0,44V 2- a) Compléter les demi-équations électroniques proposées ci-dessous sur votre feuille de réponse. Fe² + Fe Zn² + Zn b) Ecrire l équation bilan de cette réaction. Page : 2/ 5

3 3- a) Déterminer la polarité de cette pile. b) Donner la valeur de sa f.e.m. B- Applications à la protection des canalisations Données : M(Zn) = 65,4 g.mol -1 ; La charge portée par une mole d électrons est Q mol = 96500C La quantité d électricité transportée par un courant d intensité I pendant une durée Δt est donnée par l expression suivante : Q = I Δt 1- Reproduisez le schéma ci-dessous sur votre copie et indiquer le sens de déplacement des électrons dans la jonction fer-zinc. Indiquer le pôle positif et le pôle négatif de la pile en court-circuit ainsi réalisée. Zinc Canalisation en fer 2- On souhaite protéger une canalisation, dont la nature sera assimilée à du fer, par des plots en zinc. Cette protection est prévue pour 5 ans, avant renouvellement. L intensité du courant résultat de la formation de cette pile a une valeur moyenne de 50 ma. a) Quelle quantité d électricité ce courant transporte-t-il par jour? b) Quelle masse de zinc est sacrifiée par jour? Page : 3/ 5

4 c) Calculer la masse d un plot de zinc à prévoir pour une protection sur 5 ans. 3- Citer un autre moyen de lutte contre la corrosion. Exercice 2 : Maintien hors gel d'un pont (13 points) Un pont a une longueur de 90 m et comporte 2 voies de circulation, chacune ayant une largeur de 8 m. Chaque voie est composée de plaques de béton armé de 30 cm d'épaisseur et d'un revêtement bitumé de 5 cm d'épaisseur. Afin d éviter la formation de verglas et de couches de neige, on maintient la température de surface supérieure du pont à s = +3 C à l'aide de câbles chauffants électriques noyés dans le béton à 2 cm sous la surface de contact béton-revêtement bitumé. Les conductivités thermiques sont données : - Béton : 1 = 1,4 W.m -1.K -1 - Revêtement bitumé : 2 = 0,58 W.m -1.K -1 Conditions climatiques : 2 cas à envisager et à étudier pour toutes les questions de l exercice. Cas 1 : air ambiant à la température de a = - 2 C et chute de neige Cas 2 : air ambiant à la température de a = - 2 C et temps couvert, sans précipitation, vent faible. Page : 4/ 5

5 1- Les coefficients d échange superficiels sont donnés dans le tableau ci-dessous : Commenter et interpréter ces données numériques en fonction des conditions climatiques. Faites des phrases pour donner votre réponse. 2- Déterminer les résistances thermiques R s (partie supérieure du pont) et R i (partie inférieure). 3- Donner l expression de la densité de flux thermique au niveau de la surface supérieure φ s et celle au niveau de la surface inférieure φ i du pont. 4- Calculer la température des câbles chauffants θ c. 5- Déterminer la densité de flux totale φ T, c est-à-dire la puissance totale que doit développer la nappe de câbles chauffants par m² de surface du pont. 6- Calculer la puissance électrique nécessaire P au fonctionnement de l installation. Page : 5/ 5