Un camping-car possède une installation électrique alimentée en

Terminale STI2D Epreuve de sciences-physiques – Février 2015
Lycée Georges Leygues Page 1 sur 14
Baccalauréat technologique
Épreuve de physique-chimie série STI2D
Durée 3 heures - coefficient 4
A l’exclusion de tout autre matériel électronique, l’usage de la calculatrice est autorisé.
Camping car
Un particulier fait l'acquisition d'un camping-car d'occasion. Afin d'éviter d'éventuels désagréments dus à
son inexpérience, il prépare avec soin son premier séjour. Pour prévoir ces durées et lieux de séjour, il
doit déterminer l'autonomie en énergie de ce camping-car. Peu à l'aise avec ce type de véhicule, il compte
améliorer son confort de conduite, en particulier pour les manœuvres, en installant un radar de recul.
Soucieux de l'environnement et bien entendu de ses dépenses, il souhaite optimiser sa consommation de
carburant.
Son étude se sépare en 3 parties :
Partie A : Durée de séjour en zone isolée
Partie B : Radar de recul
Partie C : Conduite économique
Le sujet comporte 14 pages numérotées de 1 à 14
Les trois parties A, B et C sont indépendantes entre elles.
Respecter la numérotation des questions et rendre le document réponse (pages 14) avec la copie.

Terminale STI2D Epreuve de sciences-physiques – Février 2015
Lycée Georges Leygues Page 2 sur 14
A. Durée de séjour en zone isolée
Le camping-car est équipé de deux batteries : la batterie du porteur ou batterie moteur et la batterie de
la cellule ou batterie auxiliaire.
L’alimentation électrique, suivant l’utilisation du camping-car, est schématisé sur ci-dessous :
Extrait documentation technique
Le propriétaire souhaite pouvoir séjourner dans une zone isolée ne proposant pas de brancher le
véhicule sur une alimentation extérieure. Afin d’organiser son séjour, il s’interroge sur l’autonomie dont
il dispose. Il réalise un bilan d’énergie afin d’évaluer cette autonomie.
Il envisage les conditions défavorables suivantes :
- météo déplorable
- aucun déplacement
La batterie du porteur est découplée du circuit électrique de la cellule qui est alimentée par la batterie
auxiliaire.
Deux types de sources d’énergie sont disponibles pour alimenter les appareils de la cellule : « 12V
continu » et « 230V / 50 Hz, alternatif ».
Afin de déterminer sa consommation journalière, le propriétaire établit le bilan suivant en exploitant les
caractéristiques techniques des différents appareils :
Consommateurs continus :
I (A)
Durée
Q (Ah)
Des leds (12V)
0,2
24 h
4,80
Chauffage gaz à air pulsé (12 V)
1
24 h
24,0
Réfrigérateur (230V)
0,6
24 h
14,4
Consommateurs longue durée :
I (A)
Durée
Q (Ah)
Téléviseur (230 V) :
0,16
5 h
0,8
Démodulateur (12 V)
1,5
5 h
7,5
Eclairage (12 V)
5,0
3 h
15
Notebook (230 V)
0,44
3 h
1,32
Consommateurs courte durée :
I (A)
Durée
Q (Ah)
Pompe de 10 litres/minute (12 V)
3,5
10 min
0,58
Antenne satellite (12 V)
1,7
5 min
0,14
Boiler à gaz (12V):
0,2
40 min
0,13
Chasse d’eau (12V):
0,5
5 min
0,04
I. Autonomie de la cellule
En zone isolée, le schéma fonctionnel de l’alimentation de la cabine du camping car est le suivant :
Le régulateur permet de contrôler la charge de la batterie. Il n’est pas étudié dans ce sujet
Panneaux
solaires
Régulateur
Batterie
Points lumineux +
pompe + …
Onduleur
de tension
TV + Notebook+
réfrigérateur
Schéma du véhicule moteur tournant
Schéma du véhicule à l’arrêt ou en hivernage
Sens de charge
Sens de charge

Terminale STI2D Epreuve de sciences-physiques – Février 2015
Lycée Georges Leygues Page 3 sur 14
1. Onduleur
Le camping-car est équipé de l’onduleur AJ 401 dont les caractéristiques techniques sont données en
annexe 1a page 9.
1.1. Compléter le schéma fonctionnel relatif à la distribution de l’énergie 230V, 50 Hz du document
réponse DR1 page 14. On indiquera les caractéristiques des tensions d’entrée et de sortie de
l’onduleur. En déduire le rôle de l’onduleur.
1.2. A partir des caractéristiques techniques des différents appareils données page 2, calculer la
puissance totale nécessaire pour une utilisation simultanée des appareils alimentés par
l’onduleur.
On admettra que le facteur de puissance est égal à 1, il n’intervient donc pas dans le calcul des
puissances nécessaires pour l’utilisation des appareils alimentés en alternatif.
1.3. Vérifier si l’onduleur utilisé permet bien une utilisation simultanée des appareils qu’il
alimente. Si non, proposer le modèle à installer.
2. Autonomie de la batterie de la cellule
La batterie utilisée est une batterie à décharge profonde de capacité Cb = 112 Ah.
« Une batterie à décharge profonde ne doit pas être vidée en dessous de 50% de sa capacité théorique
car au-delà de 50% le nombre de cycles possibles charge-décharge diminue drastiquement bien qu'on
puisse occasionnellement descendre jusqu'à 20% sans l'endommager. A titre d'exemple une batterie
capable de 1000 cycles décharge-charge si le DOD (depth of discharge) est limité à 50% tombera à
300 cycles si le DOD est de 80%. »
Rappels théoriques, voir annexe 1b page 10.
2.1. A partir des caractéristiques techniques des différents appareils données page 2, vérifier que
la quantité d’électricité Qt nécessaire chaque jour pour disposer d’une autonomie de 24h
sans recharge de la batterie, est égale à 68,7 Ah.
2.2. Afin de préserver la batterie, on souhaite que sa décharge soit limitée à 50 % de sa capacité
Cb. Déterminer la durée de l’autonomie dans ces conditions.
2.3. Afin d’augmenter la durée sans recharge et ainsi mieux organiser son séjour, le propriétaire
décide de remplacer le réfrigérateur électrique par un réfrigérateur à gaz qui ne consomme
aucune puissance électrique. Quelle sera la nouvelle autonomie ?
3. Panneaux solaires
Le camping car est équipé de panneaux solaires qui vont permettre d’augmenter la durée de
l’autonomie et de limiter la décharge de la batterie de cellule. La puissance maximale Pp des panneaux
installés est égale à 100 W. Pour déterminer l’énergie journalière que pourront fournir ces panneaux
solaires, le propriétaire utilise des informations disponibles sur Internet :
Calculez votre consommation journalière prévisionnelle :
1) La logique de calcul est de prendre les puissances nominales (W) de vos appareils électriques puis de les multiplier par le nombre
d’heures (h) d’utilisation par jour (Wh/j) et d’en faire le cumul.
Résultat en Wh/j E = __________
2) En fonction de votre localisation en France et de la saison, divisez cette énergie quotidienne (en Wh/j) par le coefficient
correspondant ci-dessous, vous obtenez ainsi la puissance nécessaire de votre panneau solaire en (W).
Résultat en W P = ________________ Si vous devez l’utiliser sur plusieurs saisons, choisissez le
coefficient de celle qui sera la moins ensoleillée.

Terminale STI2D Epreuve de sciences-physiques – Février 2015
Lycée Georges Leygues Page 4 sur 14
3.1. Extraire des informations disponibles sur internet page 3, la relation qui relie l’énergie
quotidienne E (en Wh/j), la puissance PP (en W) et le coefficient du tableau que l’on notera k.
3.2. Sachant que le voyage est prévu au printemps dans le sud de la France, calculer Es, l’énergie
que pourront fournir en 24 h les panneaux solaires installés sur le camping car.
3.3. En déduire, que Qfs la quantité d’électricité que pourra recevoir la batterie chaque jour est
égale à environ 21 Ah.
On donne : E = Q U
 Q est la quantité d’électricité (en Ah)
 U est la tension (en V)
 E est l’énergie fournie sous la tension U (en Wh)
3.4. Le propriétaire envisage d’augmenter la surface des panneaux solaires. Le fournisseur
affirme : « La puissance du panneau solaire est proportionnelle à sa surface ». En utilisant le
tableau construit à partir des données techniques des panneaux solaires utilisés (voir document
réponse DR2 page 14), valider ou invalider l’affirmation du constructeur.
B. Radar de recul
Pour faciliter les manœuvres, le propriétaire souhaite équiper le camping-car d’un radar de recul.
I. Types de radar
Deux types de radar de recul existent sur le marché : les radars à ultrason et les radars
électromagnétiques. Leurs principes de fonctionnement sont présentés dans les documents B1 et B2 de
l’annexe 2 page 11.
1. Les ondes utilisées par les deux types de radar sont de nature différente. Citer deux caractéristiques
qui les différencient.
2. Radar à ultrason
2.1. Montrer que la relation qui lie la célérité des ondes ultrasonores c, la distance d entre l’obstacle
et le pare-choc et le retard Δt entre l’émission et la réception des ondes, peut s’écrire :
c
d 2
Δt 
Vous préciserez les unités de chaque terme dans le Système International d’unités.
2.2. Indiquer le signal sonore émis par le buzzer si le retard mesuré est égal à 2,0 ms.
3. Radar électromagnétique
La documentation justifie que le fonctionnement du radar électromagnétique ne peut être basé sur le
même principe de mesure que celui du radar à ultrason : « une centrale électronique courante ne peut
mesurer des retards de quelques nanosecondes ».
Un objet situé à une distance du pare-choc égale à 1,0 m peut-il être détecté par une centrale
électronique courante ?
II. Limites d’utilisation
1. Quel phénomène physique est illustré par le schéma (a) du document B3 de l’annexe 2 page 11 ?
Même question pour le schéma (c).
2. Citer un exemple « d’objet doux » évoqué dans le document B3.
3. Le schéma (b) illustre le phénomène de diffraction qui correspond à « l’éparpillement » d’une onde
lorsqu’elle rencontre un obstacle dont les dimensions sont du même ordre de grandeur que la longueur
d’onde. La longueur d’onde des ondes ultrasonores utilisées par le radar de recul est-elle de l’ordre du
millimètre, du centimètre ou du mètre ? Justifier la réponse sans calcul.

Terminale STI2D Epreuve de sciences-physiques – Février 2015
Lycée Georges Leygues Page 5 sur 14
III. Célérité des ondes ultrasonores
La célérité des ultrasons dans l’air peut être mesurée en laboratoire. On réalise l’expérience décrite dans
la fiche expérience donnée en annexe 3 page 12.
1. Résultats
Une mesure unique donne les résultats suivants : d0 = 6,8 cm et d1 = 7,6 cm.
1.1. Sachant que l’incertitude type d’une mesure unique M effectuée avec un appareil analogique
est
12
)( graduation Mu 
ou
3
graduation5,0
)M(u 
, montrer qu’en se limitant à un chiffre significatif,
l’incertitude-type u(d0) sur la mesure de d0 est égale à 0,3 mm. Que peut-on dire de la valeur de
u(d1) ?
1.2. Avec un niveau de confiance de 95 %, l’incertitude élargie U(λ) sur la mesure de λ est donnée
par la relation :
2
1
2
0)d(u2)d(u2)(U 
.
En se limitant à un seul chiffre significatif pour U(λ), montrer que le résultat de mesure de la
longueur d’onde s’écrit λ = 8,0 ± 0,6 mm. Quel est, en pourcentage, la précision relative sur la
mesure de λ ?
1.3. La célérité des ondes ultrasonores est donnée par la relation c = λ  f et la précision relative
sur la mesure de la célérité par la relation :
22 )(U
f)f(U c)c(U 
.
Sachant que la précision relative sur la mesure de f est inférieure à 1 %, montrer qu’en très
bonne approximation,
 )(U c)c(U
1.4. En se limitant à un seul chiffre significatif pour U(c), montrer que le résultat de mesure de la
célérité s’écrit c = (32 ± 3).10 m·s-1.
2. Amélioration du protocole
Proposer, en la justifiant, une modification du protocole permettant d’augmenter la précision sur la
mesure de la célérité des ondes ultrasonores dans l’air.
C. Conduite économique
Le propriétaire du camping-car souhaite consommer et polluer le moins possible, il recherche des
conseils... Le site Internet de l’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (Ademe) estime
qu’il est possible d’économiser jusqu’à 5 pleins par an. Pour cela elle recommande de suivre quelques
conseils simples :
Avant de les appliquer, le propriétaire souhaite mieux comprendre l’intérêt de certains de ces conseils.
Conseil n°1 : Adopter une conduite souple et sans à coup. Oubliez la conduite agressive, préférez
des démarrages en douceur, anticipez les ralentissements et évitez de pousser les vitesses.
Conseil n°2 : Diminuer sa vitesse. Cela permet d’améliorer la sécurité de tous et d’économiser du
carburant (jusqu’à 5 litres pour 500 km parcourus en passant simplement de 130 à 120 km/h)
Conseil n°3 : Entretenir son véhicule. Une voiture en mauvais état de marche peut entraîner jusqu’à
25 % de consommation en plus.
Conseil n°4 : Vérifier régulièrement la pression de ses pneus. En dehors du danger que cela
représente, rouler avec des pneus sous-gonflés augmente la consommation de carburant.
Conseil n°5 : Ne pas abuser de la climatisation
Conseil n°6 : Ne pas trop charger la voiture
Conseil n°7 : Ne pas oublier d’enlever ses galeries. Quand on n’en a plus besoin, il est important de
les retirer car même à vide, elles entraînent une surconsommation.
Conseil n°8 : Couper le moteur. L’arrêt et le redémarrage du véhicule consomment moins que de
laisser tourner le moteur plus de 20 secondes...