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PARTIE A : UN PROJET INNOVANT POUR LIMITER LE REJET DE CO2 : LE SYSTEME « HYBRID AIR » ;
Lors du salon de Genève en mars 2013, le constructeur automobile PSA (Peugeot-Citroën) a
présenté au grand public son innovation technologique : le système « Hybrid Air » sur une Citroën
C3 @. Il s’agit d’une solution mariant un moteur thermique essence, un stockeur d’énergie sous la
forme de diazote N2 gazeux comprimé, et un ensemble moteur - pompe hydraulique. Ce système
pourrait être commercialisé à partir de 2016.
Document 1
Le système Hybrid-Air (source PSA)
A.1. Le système « Hybrid-Air »
A.1.1. Analyse du fonctionnement
Le système équipera plutôt les petites cylindrées comme la Citroën C3 @. Il s’agit, dans
ce qui suit, d’apporter quelques informations nécessaires pour justifier le choix.
A.1.1.1. Quelle est la nature de l’énergie qui diminue lorsque la voiture ralentit ?
L’énergie liée à la vitesse est l’énergie cinétique, elle est proportionnelle au carré de
la vitesse, donc elle diminue quand la voiture ralenti.
A.1.1.2. Dans un véhicule classique (sans système hybride) que devient cette énergie si elle
n’est pas stockée ?
Dans un véhicule classique cette énergie est dissipée par les frottements.
A.1.1.3. L’ensemble moteur - pompe hydraulique est un élément essentiel.
A l’aide du document 1 ci-dessus et du document 2 page 12/16, indiquer :
le rôle de la pompe hydraulique lors d’une décélération,
et celui du moteur hydraulique lors d’une accélération.
Lors de la décélération, la pompe absorbe une partie de l’énergie : elle sert de
réservoir d’énergie.
Lors de l’accélération, le moteur hydraulique restitue l’énergie que la pompe a
stockée.
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A.1.1.4. Pour illustrer la mise en réserve et la restitution de l’énergie, un technicien de la
société Bosch® (qui a développé le système) utilise souvent une seringue. En
quelques lignes et schéma(s), expliquer comment vous feriez le même type de
présentation à vos camarades.
Du gaz est enfermé dans la
seringue dans
l’embouchure est fermée.
Ceci représente le dispositif
quand il ne stocke pas
d’énergie.
Lors du freinage, le piston
s’enfonce et comprime le
gaz.
En phase d’accélération, le
gaz qui comprimé se
détend : il restitue l’énergie
qu’il a stocké lors de sa
compression. Et repousse
le piston.
A.1.1.5. Expliquer pourquoi ce système est destiné plus particulièrement aux petites voitures
citadines.
Ce système est adapté aux petites voitures car il est peu puissant, il ne faut donc
pas que la voiture soit trop lourde.
Il est adapté aux citadines, car c’est en ville qu’il y a beaucoup d’arrêts et de
redémarrages (feu rouges, stop,…)
A.1.1.6. Comparaison hybride air / hybride électrique rechargeable.
Vos camarades du lycée ont déjà entendu parler du système hybride électrique
rechargeable (système combinant un moteur thermique et un moteur électrique
alimenté par une batterie rechargeable).
En analysant le document 2 page 12/16, citer deux arguments en faveur du
système « Hybrid-Air » et deux arguments en faveur du système hybride électrique.
système « Hybrid-Air »
système hybride électrique
L’agrément de conduite est
meilleur.
Il est peu couteux, rapide et
puissant.
Il possède une grande capacité
de stockage d’énergie.
Il est rechargeable à domicile.
A.1.2. L’huile du groupe hydraulique
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Vous avez discuté de ce projet avec votre professeur de sciences physiques. Il étudie en
ce moment avec vous la pression et le principe fondamental de l’hydrostatique.
Il vous propose alors une manipulation pour mesurer la masse volumique de l’huile
utilisée dans le groupe hydraulique.
Document 3
Mesure de la masse volumique de l’huile
A.1.2.1. On mesure la pression « p » dans l’huile pour différentes valeurs de la profondeur
« z ». Les valeurs et le graphique sont consignés dans le document 4 page 13 /16.
À quelle profondeur
1
z
correspond une pression
1
p
= 1040 hPa ?
Donnée hPa : hectopascal 1 hPa = 100 Pa
À l’aide du graphique, on peut voir que c’est pour une profondeur z1 = 0,34 m que
P1 = 1040 hPa.
A.1.2.2. La pression p peut se mettre sous la forme : p = ρ.g.z + p0.
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ρ est la masse volumique de l’huile (en kg.m-3), g est l’intensité de la pesanteur
( = 9,81 N.kg–1) et p0 une pression de valeur constante (en Pa).
À l’aide du graphique ou du tableau du document 4 page 13/16, déterminer la valeur
de la pression p0.
Dans le tableau, on peut lire que pour z = 0, p = p0 = 1013 hPa.
Que représente cette pression ?
Cette pression correspond à la valeur de la pression lorsque z = 0, il s’agit donc de
la pression à la surface (pression atmosphérique).
A.1.2.3. À l’aide du graphique du document 4 page 13/16, déterminer la masse volumique ρ
de l’huile.
La représentation graphique du document est une droite d’équation p = ρ.g.z + p0.
Le coefficient directeur de la droite est égal à ρ.g.
On a donc ρ.g =
1061-1013
0,600- 0
= 80 hPa.m–1 soit 8000 Pa m–1. (On converti dans les
unités du système international pour faire le calcul suivant)
Donc ρ =
8000
9,81
= 815 kg.m–3 (le résultat est obtenu dans les unités du système
international, donc le kg.m–3)
A.1.2.4. On se propose d’écrire le résultat d’une mesure de pression p sous la
forme : p = m ± Δp où m est le résultat d’une mesure et Δp l’incertitude sur p.
A.1.2.4.a) Estimer l’incertitude de lecture, a, sur la mesure de la pression 1013 hPa
effectuée avec un pressiomètre de la société Jeulin® compte tenu des
données ci-après.
Document 5
Caractéristiques du pressiomètre INITIO® de la société Jeulin
- Précision : 2% de la mesure ± 4 hPa (dépendance vis-à-vis de la valeur mesurée)
- Résolution : 1 hPa (dépendance vis-à-vis de l’électronique de l’appareil)
D’après les indications ci-dessus : a =
2
100
1013 + 4 + 1 = 26 hPa
A.1.2.4.b) En déduire l’incertitude Δp pour un niveau de confiance de 95 % telle que :
Δp =
a
23
.
Δp =
a
23
=
26
23
= 30 hPa
A.1.2.4.c) Écrire le résultat final de la pression p sous la forme : p = m ± Δp en utilisant
un nombre adapté de chiffres significatifs.
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
/
16
100%
