Partie 3 - Bilan énergétique de l'éclairage · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - AC 2026

Partie 3: comment réduire l’énergie consommée par l’éclairage d’un train ?

L’éclairage des trains modernes joue un rôle crucial non seulement pour assurer la visibilité et le confort des passagers, mais aussi pour renforcer la sécurité à bord. Grâce à l’intégration de technologies LED avancées, ces systèmes offrent une efficacité énergétique élevée et permettent une gestion intelligente de la lumière s’adaptant aux conditions extérieures et aux besoins spécifiques des utilisateurs.

Chaque voiture comporte 3 éclairages centraux, 2 éclairages latéraux de 18 mètres et 6 éclairages de seuils de porte.

L’éclairage latéral est la source principale de lumière qui éclaire uniformément l’intérieur de la voiture sur toute sa longueur. Il assure une bonne visibilité pour les passagers tout en contribuant à créer un environnement agréable.

L’éclairage central, conçu pour améliorer le confort visuel et l’esthétique de l’intérieur du train, est généralement plus doux et peut être utilisé pour créer une atmosphère relaxante.

L’éclairage des seuils de porte illumine les zones de passage uniquement lorsque les portes sont ouvertes, aidant les passagers à repérer les sorties et à prévenir les accidents, en particulier dans des conditions de faible luminosité.

La puissance des éclairages des seuils de porte est négligeable.

Les éclairages latéraux et centraux du train fonctionnent en permanence de 5h30 à 1h15 du matin soit 19 heures et 45 minutes par jour et 365 jours par an.

Ils absorbent une puissance totale de 2 150 W.

DT5: caractéristiques des trains

Les trains circulant sur la ligne 15 Sud sont composés de 6 voitures. Les voitures situées aux extrémités disposent d'une cabine entièrement ouverte sur la partie voyageurs.

Caractéristiques principales

Exploitation · Mode automatique intégral

Roulement · Fer

Motorisation · 4 voitures sur 6 motorisées

Vitesse maximale d'exploitation · 110 km·h⁻¹

Accélération · 1,1 m·s⁻²

Freinage · 1,2 m·s⁻²

Longueur · 108 m

Largeur · 2 800 mm

Capacité nominale et confort · 1 000 voyageurs (20 % de places assises)

Masse · 200 à 350 t

Portes · 3 portes par face et par voiture (1,65 m)

Services à bord · Information voyageur embarquée, vidéosurveillance, interphonie, connectivité

Éclairages

Puissance d’un éclairage latéral par mètre linéaire · 8 W·m⁻¹

Puissance d’un éclairage central · 25 W

Puissance d’un éclairage de seuil de porte · 5 W

Afin de réduire la consommation d'énergie, le train exploite le principe du cycle circadien pour optimiser l'éclairage à bord, adaptant automatiquement l'intensité lumineuse en fonction du moment de la journée.

L’éclairage fonctionnel des voitures est réalisé avec différents niveaux de luminosité:

les éclairages latéraux et centraux sont dotés de trois niveaux (gérés en fonction du cycle circadien). De plus, lorsque l’une des portes de la plate-forme est ouverte, une augmentation au niveau 3 de luminosité est commandée;

l’éclairage des seuils de portes s’allume uniquement lorsque les portes sont ouvertes (niveau 3: portes ouvertes, niveau 0: portes fermées).

Pour les calculs de consommation électrique, on considère que la puissance d'éclairage totale du train est de 2 150 W et que la puissance des éclairages des seuils de portes est négligeable.

Chaque voiture comporte 3 éclairages centraux, 2 éclairages latéraux de 18 mètres et 6 éclairages de seuils de porte.

Les caractéristiques des éclairages sont fournies dans le document technique DT5:

Éclairages

Puissance unitaire

Puissance d'un éclairage latéral par mètre linéaire

$8\text{ W}\cdot\text{m}^{-1}$

Puissance d'un éclairage central

$25\text{ W}$

Puissance d'un éclairage de seuil de porte

$5\text{ W}$

3.1

Question 3.1: Compléter la ligne « Puissance de l'éclairage en Watt pour 1 voiture » du document-réponse DR2.

3.2

La puissance des éclairages des seuils de porte est négligeable.

Question 3.2: Compléter la ligne « Puissance consommée par l'éclairage du train » du document-réponse DR2 en négligeant la puissance de l'éclairage des seuils de porte (le train est composé de 6 voitures).

DR2: calcul des énergies lumineuses

Éclairages latéraux

Éclairages centraux

Éclairages seuils de porte

Puissance de l'éclairage en Watt pour 1 voiture

W

W

W

Puissance consommée par l'éclairage du train

W

W

—

3.3

Les éclairages latéraux et centraux du train fonctionnent en permanence de 5h30 à 1h15 du matin soit 19 heures et 45 minutes par jour et 365 jours par an. Ils absorbent une puissance totale de 2 150 W.

Question 3.3: Calculer l'énergie totale consommée en $\text{kW}\cdot\text{h}$ par les éclairages latéraux et centraux du train pour une journée.

3.5

Afin de réduire la consommation d'énergie, le train exploite le principe du cycle circadien.

Pour les calculs de consommation électrique, on considère que la puissance d'éclairage totale du train est de 2 150 W et que la puissance des éclairages des seuils de portes est négligeable.

Question 3.5: Pour chacun des trois niveaux d'éclairage du cycle circadien:

déterminer les durées correspondantes;

en déduire l'énergie consommée par les éclairages.

Compléter le tableau fourni sur le document-réponse DR4 avec les résultats obtenus.

DR4: consommation des éclairages en fonction du cycle circadien

Niveau 1

Niveau 2

Niveau 3

Pourcentage de la puissance

$57\ \%$

$76\ \%$

$100\ \%$

Puissance absorbée par les éclairages

$1\ 225{,}5\text{ W}$

$1\ 634\text{ W}$

$2\ 150\text{ W}$

Durée

$4{,}75\text{ heures}$

h

h

Énergie consommée par les éclairages

3.6

Question 3.6: Calculer l'énergie totale consommée en $\text{kW}\cdot\text{h}$ par les éclairages du train en fonction du cycle circadien pour une journée.

3.7

Question 3.7: Conclure sur l'utilisation du cycle circadien pour réduire l'énergie consommée par les éclairages du train.