Corrigé UdPPC

Baccalauréat STI2D et STL
SPCL
Epreuve de sciences physiques
Corrigé
Session septembre 2014
Polynésie
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Partie A : l’équipement énergétique.
A.1. Étude de la consommation énergétique.
A.1.1. À partir du document 1 ci-dessus, calculer, en W.h, l’énergie électrique We
consommée par les appareils de bord au cours d’une journée.
Appareil
Puissance
en W
Durée
d’utilisation en h
E = P  t en W.h
Feux de navigation
25
8,0
25  8,0 = 200
Appareils
électroniques
5,0
24
24  5,0 = 120
Réfrigérateur
30
24
30  24 = 720
Pilote automatique
20
14
20  14 = 280
Lampes électriques
30
4,0
30  4,0 = 120
Total :
1440 W.h
A.1.2. Montrer que la quantité d’électricité Q stockée dans la batterie 12 V servant à
alimenter l’installation du voilier est alors égale à 120 A.h.
L’énergie E stockée dans une batterie est reliée à la quantité d’électricité
Q par la relation : E = Q  U où U est la tension à vide de la batterie.
Donc
E 1440
Q = =
U 12
= 120 A.h
A.1.3. Une batterie ne pouvant pas se décharger de plus de 80% de sa capacité
maximale sans se détériorer, en déduire la valeur de la capacité maximale Qmax
de la batterie étudiée précédemment.
Q = 120 A.h, calculé dans la question précédente correspond à 80 % de la
charge de la batterie.
Qmax correspond à 100 % de la charge.
Donc Qmax =
120 = 150 A.h
0,8

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A.2. Recharge de la batterie.
A.2.1. Compléter le document réponse 1 page 15/16 schématisant les transferts
énergétiques du panneau photovoltaïque.
A.2.2. Définir le rendement de conversion d’un panneau solaire.
Dans le cas général, le rendement est défini comme étant le rapport de
l’énergie utile sur l’énergie absorbée.
Pour le panneau solaire l’énergie utile est l’énergie électrique et l’énergie
absorbée est l’énergie rayonnante :
η =
Énergie électrique
Énergie rayonnante
=
élec
ray
E
E
A.2.3. À partir du document 2 page 5/16, calculer l’énergie lumineuse minimale que doit
recevoir le panneau solaire pour assurer la production d’électricité correspondant à
une consommation de 1440 W.h à bord du bateau.
Le document 2 indique « La technologie "Back contact" permet d’obtenir un
rendement de conversion exceptionnel de 19,4% ».
Eray =
élec
E
η
=
1440
0,194
= 7423 W.h
A.2.4. Extraire 3 arguments du document 2 page 5/16 que le plaisancier a pu retenir pour
sélectionner ce type de panneau, en fonction de son utilisation.
 Il est « conçu pour des applications marines et pourra donc être utilisé
sur des voiliers. »
 Il a « un rendement de conversion exceptionnel de 19,4%. »
 Il permet « d’avoir un gain de place essentiel pour les petits et moyens
bateaux. » ou « il a un faible encombrement par rapport à d’autres
panneaux »

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 Il dispose « d’un boitier anti-humidité »
A.2.5. Les caractéristiques de trois panneaux solaires sont données dans le tableau du
document 2 page 5/16.
A.2.5.1. La valeur nominale de l’intensité du panneau de puissance maximale 100 W
a été effacée. Retrouver sa valeur par un calcul.
Pmax = Unom  Inom
Donc Inom =
max
nom
P
U
=
100
17,8
= 5,62 A
A.2.5.2. Le plaisancier opte pour 3 panneaux identiques. Son choix s’organise selon
les critères suivants :
- les panneaux solaires fonctionnent 6 heures en une journée,
- la masse doit être minimale,
- les besoins énergétiques doivent être satisfaits.
Donner le type de panneau adéquat. Justifier votre réponse.
Modèle
Puissance
maximale
en W
Tension
nominale
en V
Intensité
nominale
en A
Intensité
de court-
circuit en
A
Dimension
L x l x e
en mm
Masse
en kg
1
50
17,6
2,84
3,05
593x536x3
4,7
2
100
17,8
……
5,97
1093x540x3
9,3
3
120
19,9
6,03
6,40
1200x540x3
11,1
 Avec 3 panneaux du modèle 1, en 6h de fonctionnement, on peut
obtenir une énergie E = 50  3  6 = 900 W.h
Les besoins ne seront pas satisfaits.
 Avec 3 panneaux du modèle 2, en 6h de fonctionnement, on peut
obtenir une énergie E = 100  3  6 = 1800 W.h
Les besoins seront satisfaits.
 Avec 3 panneaux du modèle 3, en 6h de fonctionnement, on peut
obtenir une énergie E = 120  3  6 = 2160 W.h
Les besoins seront satisfaits.
Le modèle n°1 ne convient pas car il ne permet pas de couvrir les besoins.
Les modèles 2 est 3 permettent de couvrir les besoins, mais le modèle n°3 est plus
lourd.
Il faut donc choisir le modèle n°2 pour répondre aux 3 critères.

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Partie B : l’étude de la structure du bateau.
B.1. Étude de la résistance aux chocs d’une coque en acier.
B.1.1. La courbe de traction du document réponse 2 page 15/16 représente la contrainte en
MPa (106 Pa) en fonction de la déformation en valeur relative (par exemple 0,05
équivaut à 5 % d’allongement).
B.1.1.1. Quelle unité a pour symbole Pa ? De quelle grandeur mesurée s’agit-il ?
Pa est le symbole du pascal. C’est l’unité de pression.
B.1.1.2. Sur la courbe de traction du document réponse 2 page 15/16, repasser
en couleur la partie de courbe du domaine élastique. Justifier votre
réponse à l’aide d’une phrase citée dans le document 3 page 6/16.
Dans le document, on peut lire : « La longueur de l’allongement est
proportionnelle à la sollicitation c’est-à-dire à l’effort de traction. »
Il s’agit donc de la partie de la courbe qui est une droite passant par
l’origine.
B.1.1.3. La barre d’acier testée lors de l’essai de traction présenté au document 3
page 6/16 a une longueur initiale de 100 mm.
Quelle est la valeur de la contrainte maximale que peut supporter la barre
pour rester dans le domaine élastique ?
Pour rester dans le domaine élastique, il ne faut pas dépasser 500
MPa (zone en bleu sur la courbe) de la question précédente.
Quelle est la valeur de son allongement à rupture exprimée en mm ?
Sur la courbe précédente, on peut voir que la rupture a lieu pour une
déformation de 0,14 c’est-à-dire 14 % d’allongement.
La barre s’est donc allongée de 100  0,14 = 14 mm à la rupture.