À vendre : l'alpha 1 SRF, voiture électrique ultra-rapide

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1 Voiture électrique : pour aujourd hui ou pour demain? Même si de nombreux constructeurs investissent aujourd hui dans les véhicules électriques il est difficile de dire si ceux-ci seront à même de remplacer demain les véhicules équipés de moteur à combustion. En effet en dépit de progrès et d avantages indéniables plusieurs problèmes persistent malgré le développement de technologies de pointe. PARTIE A : La puissance des voitures électriques : 1) A partir du document fourni en annexe A) est-il justifié de parler de manque de puissance pour les véhicules électriques? L unité usuelle de mesure de la puissance des véhicules est le cheval vapeur (cv) et on rappelle qu un cheval vapeur correspond à 736 W. 2) Quelle est la puissance, exprimée en Watt, de l Alpha 1 SRF? 3) Rappeler la relation liant la puissance P et l énergie E en indiquant les unités de chacune des grandeurs. On rappelle la formule de l énergie cinétique d un véhicule en mouvement Ec = ½.m.v 2. 4) Si on suppose la puissance fournie par le moteur de l Alpha 1 SRF constante et maximale pendant toute cette phase d accélération, calculer, à l aide des performances annoncées, l énergie cinétique Ec acquise par le véhicule au bout de ces 3,9 secondes? 5) En déduire la masse approximative du véhicule? 6) La valeur de la masse trouvée au 5) vous semble-t-elle possible si on observe la carrosserie minimaliste (absence de pare-chocs, de toit, d éléments vitrés) du documente fourni? Qu avons-nous du négliger, à tort, pour faire ce calcul? Annexe A) La puissance des voitures électriques : À vendre : l'alpha 1 SRF, voiture électrique ultra-rapide La société allemande e-wolf, spécialisée dans le développement d'utilitaires électriques, s'est associée à un géant de l'automobile, le constructeur japonais Toyota, pour mettre au point l' «Alpha 1 SRF», un modèle de véhicule sportif électrique, désormais disponible à la vente. Forts de leur expérience en matière de motorisation électrique, les Allemands de e-wolf comptent ainsi dynamiter les clichés entourant la lenteur supposée des modèles électriques. Son moteur électrique de plus de 380 chevaux, développant un couple constant de près de 800 N.m, propulse le bolide jusqu'à 230 km/h, atteignant même les 100km/h en 3,9 secondes, et présentant une autonomie de près de 300 kilomètres. Source : Techniques de l ingénieur M.R

2 PARTIE B : L autonomie des voitures électriques : On se propose de déterminer quelle est l expression correcte de l énergie électrique E en Watt.heure (Wh) stockée dans une batterie en fonction de sa charge électrique Q en Ampère.heure (Ah) et de la tension U à ses bornes. 1) En observant les unités des grandeurs utilisées dans les deux relations proposées ci-dessous justifier quelle est la relation exacte (on pourra s aider de la relation P = U.I). E = Q / U ou E = Q.U 2) Dans quel domaine de la vie courante utilise-t-on aussi cette unité «d usage» (les Watt.heure ) pour évaluer cette grandeur physique? La Bluecar, voiture entièrement électrique présentée en annexe B.1) et B.2) et commercialisée depuis deux ans, utilise des batteries LiPM (Lithium Métal Polymère) de 30 kw.h et de tension nominale U = 410 V. 3) Pourquoi, selon-vous, les batteries LiPM ont-elles été choisies pour équiper ce véhicule? 4) Sachant qu un réservoir de Mégane de volume V = 60 L rempli de gazole constitue une réserve d énergie d environ J, comparer les deux quantités d énergie stockées dans les batteries de la Bluecar et dans le réservoir de la Mégane, conclure. En réalité, cette comparaison ne tient pas compte des rendements des moteurs utilisés (environ 20 % pour le moteur thermique et 90 % pour celui électrique). 5) Rappeler comment est défini un rendement et, en tenant compte de ce nouveau paramètre, calculer les quantités d énergie en Joules réellement disponibles pour les deux véhicules? Cet important écart de quantités d énergie stockée constitue une des principales critiques formulées contre les véhicules électriques (outre son coût encore élevé aujourd hui) puisque cela entraine une faible autonomie. 6) En vous appuyant sur le document fourni en annexe B.3) pensez-vous cette critique, sur le manque d autonomie, justifiée, si on analyse la répartition des trajets par distance en Europe aujourd hui? 7) Quel est pour la BlueCar, le mode de régénération partielle de l énergie chimique stockée dans les batteries? Compléter sur le document B.4) la chaine énergétique de la Bluecar en indiquant les types d énergie représentés par les pointillés. Annexe B) L autonomie des voitures électriques : B.1 ) La batterie LiPM et ses concurrentes : Plomb-acide NiCd NiMH Li ion Li PM Densité d'énergie (Wh/kg) Densité de puissance (W/kg) / Nombre de cycles Coût ( /kwh) < 250 Source : Batscap

3 B.2) La Blue car : panneaux solaires photovoltaiques Source : Bolloré / Pininfarina B.3) Répartition des trajets par distance en Europe : Source : Vert durable.com B.4) Chaine énergétique de la Bluecar : Energie Energie Energie Soleil Panneau solaire photovoltaique Batterie LiPM Réservoir d énergie.. Roues Energie Réseau EDF

4 PARTIE C : L impact sociétal des voitures électriques 1) En quoi les perspectives d évolution de la répartition de la population mondiale (annexe C.1) accentuentelles la nécessité de développer des véhicules autres que ceux à essence? 2) En plus de l accentuation de l urbanisation des populations quelle autre perspective (annexe C.2) doit nous inciter fortement à transformer nos moteurs thermiques pour nos véhicules et à développer l usage des véhicules électriques? Malgré de sérieux atouts le développement des véhicules électriques pourrait poser de nouveaux problèmes à la société mais aussi au particulier. 3) En vous aidant de l annexe C.3, dire à quelles difficultés nous serions confrontés et proposer, pour chacune d elle, une solution pour y remédier. Annexe C) Perspectives en 2030 : C.1) Répartition des populations Source : 75e anniversaire de la Faculté des sciences et de génie (FSG). «Aujourd hui, 50% de la population mondiale vit dans les zones urbaines et en 2030, ce sera 60%. Cela exercera une pression supplémentaire sur l environnement et sur les infrastructures», affirme Christophe Mangin, directeur Stratégie globale chez GM. Étant donné que 19,1% de l énergie dans le monde est consacrée aux transports, les objectifs consistent à améliorer le rendement des moteurs et à diversifier les sources d énergie. «La taille des moteurs a été réduite, les boîtes de vitesses automatiques vont bientôt passer de 6 à 8 vitesses et autour de 2020, l énergie des blocs de batteries sera doublée». C.2) Volume du parc automobile Le parc automobile mondial devrait passer de 800 millions à 1,6 milliard de véhicules à l horizon Ce doublement du parc automobile mondial appelle un changement radical des technologies afin d assurer une mobilité durable à long terme compte tenu de l objectif de décarbonisation (réduction des émissions de carbone dans l atmosphère) du transport. Source : Communication de la Commission européenne, 2010 Source : GEO Data Portal compiled from UNSD 2007

5 C.3) Défis à relever Source : SARL AUBIJOUX Source : Assurances APRIL