Partie 5 - Maintien du cap · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - ITEC 2022

PARTIE COMMUNE (12 points)

Energy Observer

Mise en situation

« Energy Observer » est le premier navire à hydrogène visant l'autonomie énergétique. Il ne dégage aucune émission de gaz à effet de serre ni particule fine lors de ses trajets. Cet ancien bateau de course a été reconditionné en navire du futur à propulsion électrique fonctionnant grâce à un mix d'énergies renouvelables (eau, vent, soleil) et un système de production d'hydrogène décarboné à partir de l'eau de mer.

L'étude et la conception des technologies embarquées ont été réalisées par le Centre d'Étude Atomique (CEA) de Grenoble. Le centre CEA de Grenoble consacre l'essentiel de ses recherches au développement des nouvelles technologies, dans les domaines de l'énergie, de la santé, de l'information et de la communication.

Ce navire permet d'éprouver et optimiser les nouvelles technologies à bord de son laboratoire flottant en milieu extrême. Les expériences sur le terrain doivent permettre de concevoir des applications futures et à grande échelle dans le domaine de la navigation maritime.

Les nouveaux enjeux écologiques pour le transport maritime

Le transport maritime achemine plus de 90% des marchandises dans le monde et plusieurs millions de personnes chaque année. Les gaz d'échappement des navires sont une source importante d'émission de gaz à effet de serre et de particules fines.

L'Organisation Maritime Internationale a approuvé en avril 2018 une stratégie de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) produites par les activités du transport maritime. L'objectif est de réduire les émissions annuelles totales de GES d'au moins 50 % d'ici à 2050.

L'hydrogène comme vecteur d'énergie propre ?

Actuellement dans le monde, 95% de l'hydrogène est produit à partir d'énergies fossiles.

Le défi: développer une production d'hydrogène propre, à partir de l'électrolyse de l'eau ou grâce aux énergies renouvelables. On parle alors d'hydrogène « vert ». L'hydrogène permet de stocker à long terme les surplus d'énergies renouvelables pour pouvoir les réutiliser plus tard.

L'hydrogène « vert » peut être un moyen de répondre à un nouvel enjeu environnemental et de santé publique lors des liaisons fluviales et maritimes. Il permet de réduire les émissions de CO 2 et de diminuer le niveau sonore des navires en circulation.

Pour les liaisons fluviales et maritimes, le passage à un mode hybride batterie / hydrogène permet d'accroître les performances et d'assurer la continuité du service public rendu, tout en préservant la réduction sonore et l'absence de polluants atmosphériques.

Partie 5: comment maintenir le cap du bateau malgré les éléments extérieurs ?

Naviguer consiste à déterminer une route pour aller d'un point à un autre, en évitant les dangers et en tenant compte de l'environnement météorologique (les vents) et océanographique (les courants).

5.1

À l'aide du texte précédent, identifier les deux paramètres extérieurs au bateau qui peuvent modifier sa position en navigation.

L'étude suivante porte sur le parcours d'Energy Observer entre Saint Tropez et Minorque.

D'après les lois de l'hydrodynamique, on peut approximer la force due à l'eau qui s'oppose au déplacement du bateau par la formule: $F = k \cdot v^2$

$k$ une constante liée aux caractéristiques du bateau;

$v$ la vitesse du bateau.

5.2

En analysant la formule précédente, expliquer l'intérêt pour Energy Observer de naviguer à une vitesse faible ($10\text{ km}\cdot\text{h}^{-1}$).

Étude de l'influence du courant et du vent sur le déplacement du bateau (voir DT10).

On considère que $\vec{V_{B1}}$ représente le vecteur cap du bateau. Pour simplifier, on considère que les courants et le vent ont la même direction et le même sens, ils sont présentés par le vecteur « dérive »: $\vec{D}$.

On donne, dans le DT10, deux cas de figure représentant deux caps différents suivis par le bateau, et ce pour une dérive identique.

Cas de figure 1

Cas de figure 2

5.3

Justifier dans quel cas le bateau pourrait atteindre Minorque, en tenant compte des représentations des vecteurs $\vec{D}$ et $\vec{V_{B1}}$.

Afin d'assister le skipper dans le contrôle de la navigation, le bateau est équipé d'un pilote automatique. Il permet de diriger automatiquement le bateau afin que ce dernier suive la route (cap) préalablement définie.

Le système est composé de:

un compas: mémorise le cap (direction) souhaité et mesure le cap suivi par le bateau;

une unité de commande électronique: calcule la différence entre le cap suivi et le cap mémorisé afin d'envoyer une consigne à l'actionneur;

un actionneur (vérin): agit sur la barre pour repositionner le bateau sur sa route.

L'unité électronique fonctionne suivant l'algorigramme fourni sur le DR6.

5.4

Compléter l'algorigramme, présent sur le DR6, avec les trois fonctions suivantes:

Actionner le vérin du gouvernail pour tourner dans le sens horaire

Différence = « Cap_souhaité » - « Cap_mesuré »

Différence > 0