Problèmes à résoudre

Le 26 juillet 2016, l’avion Solar Impulse a accompli le premier tour du monde sans escale et sans une seule goutte de carburant.

L’expérience Solar Impulse est une prouesse à la fois scientifique et technologique.

1. Quel est l’obstacle majeur au défi Solar Impulse ?


2. Calculer l’énergie maximale pouvant être stockée dans les accumulateurs.


3. Utiliser vos connaissances et les documents à votre disposition pour déterminer si l’avion Solar Impulse 2 dispose de suffisamment d’autonomie pour relever son défi de tour du monde sans une seule goutte de carburant.

Données

• Densité énergétique des accumulateurs : 260 W·h·kg^‑1 ;
• Masse totale des accumulateurs : 400 kg ;
• Moteurs électriques : 4 moteurs de 17,5 cv (cv : cheval).
• Conversion : 1 cv $=$ 0,736 kW ;
• Surface de panneaux solaires : 269,5 m² ;
• Entre Le Caire et Abou Dhabi la puissance solaire moyenne en juillet est de 380 W·m^-2. Le soleil brille en moyenne 14 h par jour ;
• L’avion vole à une vitesse de 90 km·h^-1 de jour, et 60 km·h^-1 de nuit.

Doc. 1

Le premier tour du monde aérien sans carburant

Ce n’était ni l’étape la plus longue, ni la plus difficile, encore moins la plus spectaculaire. Pourtant, c’est bien ce dix-septième et dernier vol qui restera dans l’histoire, celui dont le monde se souviendra. Mardi 26 juillet, l’avion solaire Solar Impulse 2 a bouclé le premier tour du monde aérien, près de 40 000 kilomètres, sans la moindre goutte de carburant.

Doc. 2

Chaîne énergétique simplifiée de Solar Impulse 2

Doc. 3

Profil de vol de Solar Impulse durant 24 h

Peut-on montrer que la mise en veille des appareils électriques du quotidien a un coût énergétique réel et un impact écologique non négligeable ? En faisant l’hypothèse que chaque appareil électrique mis en veille a une puissance de 1 W, calculer :

1. la puissance électrique totale de l’ensemble des appareils mis en veille en France ;


2. la consommation électrique totale mensuelle, exprimée en TW·h ;


3. le nombre de réacteurs nucléaires devant rester en fonctionnement pour produire l’énergie nécessaire à la mise en veille de tous ces appareils ;


4. le résultat numérique obtenu à la question 3. est-il en accord avec l’affirmation suivante : « Les appareils en veille consomment très peu d’énergie ? »

• 15 à 50 appareils en veille par logement (source ADEME) ;
• Nombre de logements en France : 35,7 millions de logements (source INSEE, janvier 2017) ;
• Un réacteur nucléaire de puissance $P =$ 900 MW produit en moyenne chaque mois 500 000 MW·h, ce qui correspond à la consommation de 400 000 ménages environ (source edf.fr).