Exercice Sous-partie 1 - Énergie, puissance et autonomie · Bac Sciences de l'Ingénieur Métropole Candidat libre 2021 (sujet 1)

Sous-partie 1 - À traiter obligatoirement

Partie 1 - Sciences de l'ingénieur

Mise en situation

Baptisés NEMO en l’honneur de Jules Verne, illustre habitant d’Amiens, les nouveaux bus connecteront efficacement le centre-ville, les pôles d’emploi, les lieux de loisirs et les grands équipements métropolitains.

Ces bus circuleront de 5 h du matin à 1 h le soir avec une fréquence de 8 à 10 minutes.

Les 43 bus électriques représentent la plus importante acquisition de matériel de ce type en Europe. N’émettant aucun polluant atmosphérique et permettant de réduire le bruit et les vibrations, NEMO améliorera la qualité de vie des voyageurs et des riverains.

Les nouveaux véhicules, fournis par la société Irizar (de modèle ie-tram), confortables et esthétiques, offriront de nouvelles possibilités aux usagers.

Par ailleurs, les services innovants en station feront de ce « Bus à Haut Niveau de Service » (BHNS) une vitrine des ambitions d’Amiens, en matière de transports en commun, de développement durable et culturel.

L’objectif de l’étude est de valider la faisabilité de la création d’une ligne de bus électrique qui respecte les ouvrages existants et protège les usagers et habitants d’Amiens.

L'objectif de cette sous-partie est de valider le critère de l'exigence 1.2.1 « Assurer un niveau d'énergie suffisant dans les batteries ».

Une charge lente de la batterie principale de 4 heures est organisée en dépôt durant la nuit et repose sur des chargeurs externes. Des charges rapides de la batterie additionnelle sont assurées en 5 minutes à chaque terminus grâce à un système de pantographe.

L'autonomie du bus NEMO annoncée par le constructeur est de 60 km. Cette autonomie est évaluée sur un cycle normalisé NORME EURO 4 Cycle ECE 47; Réglementation 168/2013/UE.

Question 1.2

À partir de la figure 4, calculer en Wh l'énergie électrique maximale que le bus peut stocker dans ses batteries.

Dans la suite de l'étude, toutes les pertes dues au milieu extérieur sont négligées.

Question 1.4

À partir de la puissance nominale du moteur donnée en figure 4, calculer la puissance électrique fournie par la batterie en régime nominal.

Le tracé sur le document réponse DR2 représente la vitesse du bus NEMO en fonction du temps sur un trajet type de 850 m.

Question 1.5 et 1.6

Dans le tableau du document réponse DR2:

Question 1.5: identifier les différentes phases du mouvement du trajet type.

Question 1.6: pour chaque phase, compléter la colonne « Puissance » en calculant la puissance consommée par le moteur de propulsion pour chaque phase.

Numéro de phase

Identification de la phase

% de la puissance nominale installée

Puissance

1

0

kW

2

80

kW

3

40

kW

4

- 30

kW

5

0

kW

Les hypothèses de l'étude sont:

les équipements internes du bus consomment une puissance constante $P_{\text{équipements}} = 65\text{ kW}$ sur l'ensemble du trajet;

le trajet complet est composé de tronçons successifs de 850 m et d'une durée de 100 s identiques au trajet type;

sur la ligne N2, un aller de « la Paix » au terminus « IUT » dure 24 min.

Question 1.7

Calculer l'énergie consommée pour le trajet complet de la ligne N2.

Chaque matin, le bus part avec les batteries chargées à 100 %.

Durant la journée, le bus NEMO effectue 20 trajets aller/retour soit 39 charges rapides aux terminus et une charge lente en fin de journée.

Comme précisé figure 4, chaque charge rapide dure 5 minutes avec une puissance de 650 kW.

Question 1.8

Déterminer l'énergie restante dans les batteries en fin de journée avant la charge lente.

Valider les solutions choisies pour le critère 1.2 du diagramme des exigences figure 3 « Assurer une autonomie en énergie ».