Energie et transports

Document 1: Cycle de vie d’un véhicule, déchets et émission de GES

Question 1: un véhicule propre, à zéro émission de gaz à effet de serre (comme les véhicules électriques par exemple), est-il réellement propre ? Expliquez.

Document 2: Les biocarburants

Les biocarburants sont obtenus à partir de plantes possédant une haute valeur énergétique. Il y a ceux qui se substituent à l’essence, au gasoil, et ceux à base de gaz naturel. Ils sont issus de plantes riches en sucre (glucose et saccharose dans la betterave, canne à sucre) ou en amidon (blé, maïs, pomme de terre). Ces plantes génèrent des alcools par fermentation.

• pour les substituants de l’essence : on utilise l’alcool (éthanol) produit, que l’on peut utiliser mélangé à l’essence ou même pur (mais dans ce dernier cas il faut un moteur spécial modifié)….

• Pour les substituants du gasoil : un nouveau produit doit être synthétisé (fabriqué) à partir de l’éthanol (le diester méthylique), et qui se substitue au diesel.

• Enfin, il existe les GNV (gaz naturel pour véhicules). Pour la France, ce gaz naturel provient principalement de l’étranger (Norvège, Russie, Algérie, Pays-Bas). Le GNV est généralement stocké sous pression (200 bars) dans des réservoirs spécifiques à l’intérieur du véhicule. Mais il est aussi possible d’utiliser du biométhane produit par des installations de méthanisation (usines de traitement des ordures ménagères, stations d’épuration, digesteurs agricoles), ce qui en fait une troisième filière de biocarburants. Questions :

Question 2: L’utilisation de biocarburant, ajoute t elle du C atmosphérique supplémentaire par rapport à celui absorbé par la plante lors de sa croissance?

Question 3: Quel est l’intérêt d’utiliser un biocarburant pour son véhicule ?

Question 4: Véhicules à bioéthanol : Calculer le volume d’éthanol nécessaire pour produire une énergie de 100 000 kJ, nécessaire pour parcourir 100 km avec un véhicule adapté. Donnée: pouvoir calorifique de l’éthanol : 21 000 kJ/L (21 000 000 Joules par Litre d’éthanol)

Question 5: Calculer la quantité de matière correspondante (en mol) Donnée: masse molaire de l’éthanol : $M(C_2 H_6 O) = 46 g/mol$

On donne l’équation de combustion de l’éthanol:

$$C_2 H_6 O + 3O_2 = 2CO_2 + 3H_2O$$

Question 6: Quelle est la masse de dioxyde de carbone produite par la combustion d’éthanol calculée à la question 4? Donnée: masse molaire du dioxyde de carbone : $M(CO_2) = 44 g/mol$

Document 3: véhicules hybrides (électricité/essence)

Il existe aujourd’hui une certaine variété de véhicules à la consommation hybride (utilisant plusieurs sources d’énergie).

Selon les sources de professionnels de l’automobile, et l’offre de plus en plus attractive, le véhicule de demain devrait fonctionner avec un système hybride de batterie rechargeable/essence.

Les efforts du véhicule viennent à la fois des moteurs thermique et électrique. La voiture hybride classique permet de ne pas consommer de carburant en-dessous de 30 à 50 km/h la plupart du temps. Dans un embouteillage, dans une « Zone 30 », en manœuvre dans un parking, le moteur thermique n’est alors plus alimenté en carburant mais entraîne les roues grâce au moteur électrique intégré. La batterie est rechargée lors des périodes de freinage du véhicule :

Question: Sur l’hybride essence/batterie. Rappeler quelle (quels) est (sont) la (les) source(s) d’énergie utilisée(s) dans ce véhicule ?

Question: à quels moments fait on l’économie du moteur ? Et la recharge de la batterie, peut elle se faire en branchant le vehicule sur une borne électrique ?

Document 4: Vehicules à pile à combustible.

Principe

Les véhicules à pile à combustible sont d’autres types de véhicules hybrides. Ceux-ci fonctionnent avec un système hybride constitué:

• d’une pile à combustible, exploitant la réaction très énergétique du dihydrogène avec le dioxygène.
• d’une batterie, qui se charge à partir de l’énergie produite par la combustion de l’hydrogène, mais aussi lors des cycles de charge, comme pour l’hybride à essence (voir plus haut)

La Toyota Mirai : la première voiture avec pile à hydrogène.

Pour faire le plein, le gaz H2 est stocké dans deux réservoirs en fibres de carbone [4]. L’oxygène de l’air ambiant pénètre dans le véhicule via les entrée d’air à l’avant du véhicule [1] L’hydrogène et l’air arrivent séparément dans la pile à combustible [3], où l’électricité est générée par le biais d’une réaction chimique. Cette réaction chimique produit de l’eau en plus de l’énergie électrique. L’eau est alors le seul et unique rejet de la voiture. Cette électricité est dirigée vers la batterie [5] pour y être stockée, et vers le moteur. C’est une unité de contrôle[2], un ordinateur, qui en assure la gestion. Le moteur génère alors le mouvement à partir de cette électricité lorsque l’on appuie sur l’accélérateur. La batterie [5] est également chargée lorsque l’on décélère. Elle récupère alors une partie de l’énergie grâce à un dispositif magnétique qui convertit l’énergie mécanique en électrique. Cette batterie sert aussi d’assistance à la pile à combustible lors de l’accélération.

Question: Quel type d’énergie primaire permet la fabrication de dihydrogène H2 ? Ce vehicule, permet-il d’économiser les énergie fossiles?

Sources :

• Automobile propre: Dossier sur les voitures hybrides : https://www.automobile-propre.com/dossiers/voiture-hybride-fonctionnement-avantages-inconvenients/
• Dossier sur les GNV : https://www.automobile-propre.com/electrique-hydrogene-gnv-syndicats-energie-ateurs-mobilite-multi-energies/