Partie 3 - Questions 3.1 à 3.7 · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - EE 2021

Mise en situation

Le Zoo Safari de Thoiry est un parc zoologique proche de Paris accueillant plus de 1500 animaux sur environ 150 hectares du domaine du château de Thoiry. Ceci en fait le deuxième parc le plus étendu en France et le douzième en nombre de visiteurs avec plus de 400 000 entrées chaque année.

Il se décompose, de façon originale, en 3 sections spécifiques:

le château et ses jardins botaniques (classés et labellisés « jardin remarquable » par le Ministère de la Culture);

le Safari;

le zoo classique abritant 750 animaux pour la plupart appartenant à des espèces protégées.

Le parc organise de nombreuses visites et ateliers pédagogiques, notamment pour les enfants de tous âges, encadrés par des animateurs et des soigneurs. Environ 13 000 élèves de primaire et de collège bénéficient de ces stages visant à la compréhension de la nature et des animaux chaque année.

L'Arche des petites bêtes

Inauguré en 2012 dans la section zoo, ce nouveau bâtiment a été imaginé afin de servir de refuge à des animaux moins impressionnants que ceux de la jungle, mal connus, mais parfois bien plus importants pour la biodiversité mondiale. Les « petites bêtes » ont été sélectionnées parmi une soixantaine d'espèces originales ( grenouille mousse, mygale à genoux rouges du Mexique, caméléon panthère, lézard à casque, méduse lune…).

L'Arche des petites bêtes a été conçue pour répondre à 3 objectifs.

- Être un centre d'élevage et de conservation pour les espèces d'invertébrés et d'amphibiens menacées

Le bâtiment sert de refuge, de nurserie et de lieu de reproduction pour des animaux rares et en voie d'extinction. Symboliquement, la structure choisie est celle d'un immense vaisseau de bois de 500 m².

- Être une structure pédagogique et ludique permettant de sensibiliser le public à la conservation de la biodiversité et au développement durable

« Le visiteur […] est invité à suivre un cheminement traversant cinq zones différentes qui le mènent de l'ombre à la lumière, tant physiquement que sur le plan de la réflexion scientifique et philosophique. Durant sa visite, il passe ainsi successivement par une étape de constat (menaces pesant sur la nature), par le temps de la découverte (merveilles de la nature), par le stade de l'obscurantisme (peur de la nature), par une phase d'observation (connaissance de la nature) pour enfin parvenir aux solutions (préservation de la biodiversité). » Extrait du dossier de presse.

L'ensemble de la structure est, de plus, conçue pour un accès intégral aux personnes à mobilité réduite dans un esprit et un design totalement innovant pouvant attirer un public en grand nombre.

- Être une éco-construction minimisant son impact sur l'environnement

« Edifiée avec des matériaux renouvelables et/ou recyclables, l'infrastructure répond au cahier des charges des bâtiments bioclimatiques: isolation très performante et inertie thermique, orientation et récupération des eaux de pluie, filtration de l'eau… De plus, l'Arche des petites bêtes a été bâtie avec des matériaux locaux. Ceux-ci présentent l'avantage d'avoir nécessité peu ou pas de transport (terre de la toiture), ou d'être d'un faible coût énergétique à la production (bois de la charpente), ou encore d'être en grande partie recyclables (béton de chanvre des murs) […].

Le toit végétalisé favorise l'intégration paysagère* mais rend aussi à la faune et à la flore locales la surface au sol affectée au bâtiment». Extrait du dossier de presse.

* Ne pas gêner les perspectives depuis le parc classé par un bâtiment trop visible.

Partie 3: Comment couvrir de manière renouvelable une partie des besoins énergétiques de l'arche ?

Selon le diagramme de Sankey, les besoins thermiques nets sont de 21 679 kWh. On estime que ceux-ci représentent environ 70 % des besoins énergétiques globaux du bâtiment. Ces besoins sont donc évalués à 30 000 kWh par an. Afin de respecter les contraintes environnementales de l'Arche, on souhaite mettre en place des panneaux solaires photovoltaïques pour couvrir une partie des besoins énergétiques.

3.1

Indiquer le pourcentage d'énergie renouvelable à injecter dans le système, à partir du diagramme SysML des exigences (DT1).

En déduire l'énergie que doivent produire les panneaux solaires.

DT1: diagramme des exigences

%

3.2

Justifier le choix d'une inclinaison des panneaux solaires à 45°, à partir de l'irradiation globale présentée sur le document technique DT11.

DT11: irradiation solaire pour la commune de Thoiry pour différents plans inclinés

mois

Irradiation globale journalière (kW·h·m⁻²)

- Inclinaison 0°

Irradiation globale journalière (kW·h·m⁻²)

- Inclinaison 45°

Irradiation globale journalière (kW·h·m⁻²)

- Inclinaison 90°

janvier · 0,87 · 1,3 · 1,19

février · 1,52 · 2,01 · 1,72

mars · 2,88 · 3,52 · 2,74

avril · 3,92 · 4,05 · 2,71

mai · 5,01 · 4,7 · 2,82

juin · 5,59 · 5,01 · 2,85

juillet · 5,33 · 4,86 · 2,82

août · 4,44 · 4,39 · 2,78

septembre · 3,38 · 3,86 · 2,81

octobre · 1,98 · 2,61 · 2,18

novembre · 0,99 · 1,4 · 1,25

décembre · 0,72 · 1,11 · 1,04

Moyenne · 3,0525 · 3,235 · 2,2425

3.3

Indiquer la valeur de la quantité d'énergie récupérable sur une année, par m² de panneaux, à partir du DT12 (valeurs irradiation solaire).

DT12: irradiation solaire pour la commune de Thoiry sur un plan incliné à 45°

mois

Irradiation globale cumulée mensuelle (kW·h·m⁻²) - Inclinaison 45°

janvier · 27

février · 43

mars · 89

avril · 118

mai · 155

juin · 168

juillet · 165

août · 138

septembre · 101

octobre · 61

novembre · 30

décembre · 22

On choisit d'installer des panneaux solaires « Systovi » de puissance 300Wc. Fabriqués en France, ils permettent de réduire l'impact environnemental dû au transport des matériaux.

Extrait DT13: fiche technique panneau solaire Systovi 300Wc

Technologie monocristalline PERC. Modules full black 60 cellules d'une puissance de 300 Wc avec un rendement surfacique de 18,6 %.

Cellules solaires: Monocristallines PERC 156 x 156 mm

Disposition des cellules: 60 cellules (6 x 10)

Dimension du module (avec le cadre): 1 648 x 988 x 35 mm

Poids: 17,8 kg

3.4

Relever les dimensions d'une cellule, d'après le DT13 (fiche technique panneau solaire). En déduire la surface totale de cellules composant un panneau.

3.5

Calculer la quantité d'énergie solaire qu'un panneau peut capter sur une année (en kW·h) s'ils sont inclinés à 45°.

3.6

Relever, sur le DT13, la valeur du rendement du panneau choisi (fiche technique panneau solaire). En déduire la quantité d'énergie électrique récupérable sur une année par un panneau solaire.

%

3.7

L'installateur propose de mettre en place 15 panneaux solaires.

Conclure en justifiant sur le respect du cahier des charges.