CONCOURS GENERAL DES LYCEES

SESSION 2007

COMPOSITION DE SCIENCES PHYSIQUES
(Classe de terminale S)

DUREE : 5 heures

Calculatrice autorisée

QUAND VOITURE RIME AVEC NATURE
POUR UNE M EILLEURE GESTION DE L’ENERGIE EN VOITURE

Ce problème est composé de trois parties indépendantes. Une lecture attentive est nécessaire afin d’effectuer une bonne synthèse des données fournies dansl’énoncé. La longueur de l’épreuve ne doit pas dérouter le candidat. La diversité des questions posées doit lui permettre, au contraire, de tirer le meilleur profit de ses connaissances et de sa capacité d’analyse. Si un résultat donné par l’énoncé est non démontré, il peut néanmoins être admis pour les questions suivantes. Si, au cours de l’épreuve, le candidat repère ce qui lui semble être une erreurd’énoncé, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en indiquant les raisons des initiatives qu’il est amené à prendre. La plus grande importance sera donnée à la qualité de la rédaction et de la présentation des résultats obtenus. Il est rappelé en particulier qu’une application numérique sans unité est sans valeur et que le nombre de chiffres significatifs doit être cohérent avecles données de l’énoncé.

QUAND VOITURE RIME AVEC NATURE
POUR UNE M EILLEURE GESTION DE L’ENERGIE EN VOITURE La voiture est le moyen de transport le plus utilisé dans les pays industrialisés. Afin de protéger l’environnement et d’utiliser au mieux l’énergie propulsive en évitant toute émission polluante, il convient de repenser le mode de fonctionnement d’une voiture. Comment sera faite lavoiture de demain ? Les chercheurs, les ingénieurs et les constructeurs automobiles travaillent ensemble dans cette voie et testent des prototypes avec de nouvelles motorisations, de nouveaux carburants et même de nouvelles sources d’énergie qui permettront bientôt de voyager plus proprement et avec des rendements meilleurs qu’aujourd’hui. Ce problème propose une étude de quelques innovationstechnologiques qui équiperont les futures voitures dans un avenir plus ou moins proche. Le sujet se compose de trois parties indépendantes :

PARTIE A : LES ENERGIES DE LA P ROP ULSION
Les biocarburants sont des carburants issus de cultures végétales (colza, tournesol, canne à sucre…) et sont une alternative aux énergies fossiles actuellement utilisées (pétrole essentiellement). Leurs pouvoirscalorifiques importants en font des candidats potentiels pour remplacer efficacement l’essence traditionnelle. Nous traiterons dans cette partie l’exemple de l’éthanol. La pile à combustible est une source d’énergie qui intéresse particulièrement les constructeurs puisqu’elle ne rejette … que de l’eau ! Basée sur le principe inverse de l’électrolyse de l’eau, la pile à combustible promet d’être riche enphénomènes physico-chimiques et nécessitera des infrastructures bien spécifiques pour être utilisée à grande échelle dans les voitures de demain.

PARTIE B : UN MOTEUR ELECTRIQUE P OUR SE METTRE AU COURANT
Les constructeurs automobiles équipent de plus en plus leurs modèles avec un moteur électrique, selon des technologies hybrides par exemple (moteur thermique couplé à un moteur électrique).Comment fonctionne un moteur électrique ? Nous verrons en particulier que le moteur électrique permet de récupérer de l’énergie habituellement perdue sous forme thermique ! La mesure du rendement d’un moteur électrique expérimental sera également une part essentielle de notre étude.

PARTIE C : UNE VOITURE EN FORME…
La forme aérodynamique d’un véhicule détermine considérablement la force defrottement de l’air qui s’oppose au déplacement. Afin de minimiser cette force de frottement et donc la consommation d’énergie, il faut concevoir, comme pour les avions, des véhicules aux formes adaptées pour une meilleure pénétration dans l’air. Quel est donc le profil idéal ? L’expression de la force de frottement dépend-t-elle du régime d’écoulement de l’air autour de la voiture et quelle est…