Activité documentaire

Transcription

1 TSTi2D TSTL Thème Transport Mise en mouvement Activité documentaire La voiture électrique sauvera-t-elle la planète? Fiche ressource THÈME du programme : Transport Sous thème : Mise en mouvement Type d activité : Activité documentaire pour mettre en évidence les différents modes de transport et les comparer. NOTIONS ET CONTENUS Transformation chimique et transfert d'énergie sous forme thermique. Combustion. COMPÉTENCES ATTENDUES : Utiliser le modèle de la réaction pour prévoir les quantités de matière nécessaires et l'état final d'un système. Pré-requis de la classe de première: - Combustion - Equation bilan - Quantité de matière - Tableau d avancement - Energie (en J et kw.h) Déroulement pédagogique : Les élèves lisent individuellement les documents fournis pour s approprier les informations. Par groupe de 2 ou 4, ils essaient de répondre au questionnement proposé. Mise en commun orale des réponses et rédaction de la trace écrite. idée de parcours Autour du thème TRANSPORT mise en mouvement et longévité et sécurité : Approche thématique Activités documentair es - Activité doc 1 : La voiture électrique sauvera-t-elle la planète? -Activité doc 2 : La voiture électrique roulera-t-elle à l hydrogène? - Exercice réinvestissement : Et vogue mon bateau!annale de bac TS TP -TP 1 : Les piles. -Activité expérimentale : Comment fonctionne un accumulateur? -TP 2 : L accumulateur au plomb - TP3 : Comment empêcher le fer de rouiller? Compétences transversales : Savoir rechercher, traiter et organiser l information. Mobiliser ses connaissances dans une situation nouvelle. Savoir utiliser ses connaissances pour vérifier des données. Matériel nécessaire : Vidéoprojecteur et ordinateur pour visualiser les animations. Document élève : La voiture électrique sauvera-t-elle la planète? Mots clés de recherche : Moteurs ; combustion ; dioxyde de carbone ou émission Provenance :S.Bertin ;C.Berthier ;S.Bigorre ;B.Lafond : académie de Bordeaux Bibliographie : Sciences et avenir septembre Terra éco Octobre 2010 Le site de l ADEME :

2 TSTi2D TSTL Thème Transport Mise en mouvement Activité documentaire La voiture électrique sauvera-t-elle la planète? Doc 1 Le moteur hybride en pole position Véhicule: Toyota Prius Electricité +, la formule gagnante! 1 au classement de L ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie) D après les journaux spécialistes le moteur hybride électrique-thermique de la Toyota Prius est très silencieux particulièrement au démarrage. En conduite urbaine et à faible vitesse, donc, seul fonctionne le moteur électrique grâce aux batteries lithium-métal hydrure dans lesquelles l énergie est puisée. En conduite mixte électrique et thermique la puissance du moteur électrique augmente la puissance disponible délivrée par le moteur à explosion. La contribution en énergie de chacun des moteurs est régulée automatiquement. Cette voiture hybride permet de passer de 0 à 100km.h -1 en moins de 11 secondes ; Pendant les phases de freinage, l énergie cinétique du véhicule est transformée par le moteur électrique devenu générateur, en énergie électrique qui recharge les batteries. Côté environnement, les rejets de polluants de la Prius (monoxyde de carbone, hydrocarbures imbrûlés, oxydes d'azote et surtout le CO2 (le dioxyde de carbone, le gaz à effet de serre, principal accusé du réchauffement de la planète) sont significativement inférieurs à ceux des véhicules classiques ( ou diesel) Voir animation : Récupération d énergie dans la voiture électrique Doc 2 Caractéristiques de quelques voitures 5 places D après documentation Renault Véhicule électrique Renault Fluence Z.E (5pl) Mode de charge standard : 6à 8H pour une recharge complète du véhicule. Puissance Moteur : 70Kw (95ch) Vitesse maximale : 135km.h -1 Nombre de place : 5 Poids à vide : 1543 kg Autonomie : 185 kms Batterie Lithium-ion Capacité énergétique de la batterie 22Kw.h Passage km.h -1 en 13s Zéro émission de C0 2 à l utilisation 12g de C0 2 /km «du puits à la roue» liée à la production d électricité selon les mix énergie France. Etiquette : énergie/co 2

3 D après 2 voitures 5pl classées au palmarès des voitures de plus faible émission de CO 2 par l ADEME : Vehicule hybride- prix indicatif euros vitesse maximale 180km.h -1 Véhicule - prix indicatif à partir de euros vitesse maximale 170km.h -1 Doc 3 Composition de l'. Dans un moteur thermique, la combustion de l dans le dioxygène est complète. Elle libère beaucoup d énergie, de l eau et du dioxyde de carbone L consommée est un mélange d hydrocarbures et d additifs qui est correctement représenté par l octane C 8 H 18. masse volumique moyenne de l est ρ = 750 Kg.m -3, Doc 4 Emission de dioxyde de carbone D après la revue Terra Eco Octobre 2010 Taux d émission de CO 2 des voitures électriques dans le monde L'impact de la voiture électrique sur les émissions de gaz à effet de serre dépend avant tout du cocktail d'énergies utilisées pour produire l'électricité. Rechargée la nuit en France, une petite voiture électrique n'émet que 10 g/km, car aux heures creuses, la quasi-totalité de l'électricité française vient du nucléaire et une petite partie du parc éolien. Mais attention, le chauffage, la radio et les vitres électriques vident les batteries, sans compter la climatisation. D'après les chiffres de l'agence internationale de l'énergie pour 2008, une petite voiture rechargée avec de l'électricité européenne émet 112 g/km autant qu'une petite voiture à de même catégorie en Europe.(176 g/km aux Etats Unis). Et si l'électricité est tirée du charbon, les rejets dépassent les 255 g/km (249 g/km pour l'électricité chinoise, qui provient à plus de 70% de centrales à charbon), autant qu'une grosse berline à. Principe de l effet de serre

4 1. Pour cette question vous vous aiderez des documents 1 et 2 et des prix indiqués ci-dessous : Le prix d un litre d SP 95 est de 1,58 euro en mars 2012 Le prix du Kw.h électrique est donné ci-dessous en Mars 2012 : Compléter le tableau ci-dessous de manière à comparer certaines caractéristiques pour les trois types de véhicules mentionnés : Autonomie en km Bruyante ou pas? Consommation pour 100km électrique à Hybride Vitesse maximale km/h Source d énergie utilisée Emission de CO2 en g/km Coût aux 100 km (en ne tenant compte que de la consommation énergétique) Quels arguments un vendeur automobile peut-il avancer pour vendre une voiture électrique ou une voiture hybride? 2. On cherche à vérifier la valeur de la quantité de CO2 en g/100 km émise par la Nissan Micra en consommation mixte. A l aide des documents 2 et 3 et en utilisant l équation de la combustion complète de l (on pourra compléter le tableau d avancement ci-dessous), calculer la masse de dioxyde de carbone produite par un conducteur de la Nissan Micra en consommation mixte. Avancement X (mol) O X initial Etat intermédiaire X max final 3. Cette valeur est-elle cohérente par rapport à celle affichée dans le palmarès de l ADEME? 4. Quels paradoxes soulèvent le document 4? Commentez le titre «la voiture électrique sauvera-t-elle la planète?»

5 Eléments de réponses à l Activité 1 La voiture électrique sauvera-t-elle la planète? 1. Compléter le tableau ci-dessous de manière à comparer certaines caractéristiques pour les trois types de véhicules mentionnés : Autonomie en km Vitesse maximale km.h -1 Bruyante ou silencieuse? Consommation pour 100km Source d énergie utilisée Emission de CO2 en g/km Coût aux 100 km (en ne tenant compte que de la consommation énergétique) électrique silencieuse 12 kw.h Environ 700 km (22 kw.h pour 185 km) 170 bruyante Entre 5,2 et 3,7 Mixte : 4,3 L Batterie lithium-ion Moteur thermique à l utilisation 0 Du puits à la roue 12 1,0 euros 99 6,8 euros Hybride Environ 1000 km 180 silencieuse Entre 3,9 et 3,7 Mixte : 3,9 L -Batterie lithiummétal hydrure 89 6,2 euros - Moteur thermique le prix des 100kms effectués avec la Nissan Micra pour une consommation de 4,3L d SP95 : Prix=1,58*4,3=6,8 euros le prix des 100kms effectués la fluence Z.E pour une consommation de 12,2 KW.h en heure creuse: Prix=0,0833*12,2=1,02 euros Mais c est sans tenir compte du prix d achat de la voiture électrique souvent près de 3 fois plus chère que son équivalente thermique. Arguments qu un vendeur automobile peut avancer pour vendre une voiture électrique ou une voiture hybride : La faible consommation d énergie La faible émission de dioxyde de carbone La faible pollution sonore 2. Masse de dioxyde de carbone produite par un conducteur de la Nissan Micra en ville. équation de la combustion complète de l. C 8 H /2 O 2(g) 8 CO 2(g) + 9 H 2 O (g) volume d consommé par un conducteur de la Nissan Micra en ville pour 100km : V=4, 3 l pour 100kms masse de dioxyde de carbone produite pour 100km : Avec M = 8*12+18= 114 g.mol -1 m = ρ*v= 4,3 *750= 3225g soit n = m / M = 3225/ 114=28,3 mol d après tableau d avancement ou équation bilan : n CO2 = 8 n

6 soit m CO2 = n CO2 * M co2 = 8*28,3*44=9958 g pour 100km d après tableau d avancement ou équation bilan : n CO2 = 8 n soit m CO2 = n CO2 * M co2 = 8*28,3*44=9958 g pour 100km Avancement Etat C 8 H /2 O 2(g) 8 CO 2(g) 9 H 2 O (g) X (mol) O initial n = 28,3 mol excès 0 0 X intermédiaire n -X excès 8 X 9 X Xmax final n X max =0 car réactif limitant excès 8 X max 9 X max 3. Cette valeur est cohérente par rapport à celle affichée dans le palmarès de l ADEME? Soit 99,58g de CO2 émis pour 1km parcouru : valeur conforme à 2 chiffres significatifs à la donnée constructeur 99g/km mais dans l ordre de grandeur. 4. Quels paradoxes soulèvent les docs 4 et 5? Commentez le titre «la voiture électrique sauvera-t-elle la planète?» Le doc 4 montre que certes la voiture électrique peut permettre de réduire les émissions de dioxyde de carbone à condition que l énergie électrique utilisée soit d origine nucléaire et non pas issue des centrales à charbon par exemple utilisant les énergies fossiles. Dans ce cas la voiture électrique se trouve alors plus polluante qu une voiture équivalente. Des articles par ailleurs montrent également que la fabrication des batteries nécessite l utilisation de matières rares qui risquent de s épuiser également sur la planète; Le paradoxe est que le développement de la voiture électrique conçue dans la finalité de préserver la planète, pourrait avoir l effet inverse s il n est pas raisonné. D après la revue Terra Eco Octobre 2010 En juin, un rapport de la Commission européenne listait lesmatières dont l'approvisionnement était critique pour l'industrie de l'union. Certaines d'entre elles sont vitales pour le développement de!a voiture électrique. C'est le cas du cobalt - utilisé dans les batteries -, dont les cours s'envolent, et aussi des «terres rares», un groupe de 17 éléments chimiques. Parmi eux, le néodyme, la Rolls des aimants pour moteurs électriques et éoliennes. L'an dernier, la Chine contrôlait 47% de la production mondiale de«terres rares» : elle en a restreint les exportations pour répondre à sa demande intérieure galopante.