Concours Technoscope 2/11

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Technoscope 2/09

Concours Technoscope 1/11

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Que sais-tu de la mobilité?

Que sais-tu de la mobilité?

Concours Technoscope 2/09

Nous nous déplaçons chaque jour : nous allons à l’école, en boîte, à la piscine, chez des amis, à l’épicerie, au club de sport, en course d’école, etc. Que faut-il pour pouvoir se rendre rapidement et facilement d’un point à l’autre ? Connais-tu bien le thème de la mobilité ? Teste tes connaissances et remporte un chouette prix de mobilité ! Tous les cadeaux sont offerts par Aare Seeland mobil. Le concours est ouvert jusqu’au 15 novembre 2009.

Question 1 *
La mobilité des personnes est assurée par le transport public et individuel sur rails ou sur route. Quelle est la proportion des transports publics en Suisse (= le partage modal) ?
Question 2 *
La mobilité individuelle repose presque à 100 % sur le pétrole. Le pétrole se forme sur des millions d’années à partir d’organismes marins morts comme des algues. Il s’agit donc d’une forme d’énergie solaire stockée à très long terme. Pourquoi l’utilisation du pétrole cause-t-elle un problème global de CO2 ?
Question 3 *
Nous remplissons le réservoir d’une voiture de 50 litres d’essence en une minute. Un litre d’essence contient environ 32 mégajoules d’énergie chimique. A quelle puissance chimique cela correspond-il ?
Question 4 *
Les émissions de CO2 des voitures seront probablement limitées à l’avenir. L’UE aimerait imposer un plafond de 130 g de CO2 par km. Avec quoi cette limitation des émissions de CO2 ira-t-elle de pair ?
Question 5 *
Les cellules photovoltaïques typiques atteignent un rendement d'environ 15 %. Lorsque le ciel est dégagé en été, le soleil fournit une intensité d’env. 1000 W/m2. Le bateau solaire « MobiCat » possède 180 m2 de panneaux solaires. Quelle est la puissance électrique dégagée par ses panneaux solaires en été lorsque le ciel est dégagé ?
Question 6 *
Le biogaz est un bon biocarburant. D’une part, il peut être produit efficacement à partir de déchets comme le lisier, les déchets verts et le bois (et non à partir d'aliments, ce qui pose problème sur le plan éthique) et, d’autre part, il peut atteindre la qualité du gaz naturel et être mélangé au gaz fossile. Pourquoi le biogaz est-il intéressant ?
Question 7 *
Les moteurs électriques sont une alternative aux moteurs à combustion ; ils affichent un bien meilleur rendement. A supposer qu’il y a suffisamment de batteries performantes, sûres et de longue durée, pourrait-on dire de façon générale que les véhicules électriques sont meilleurs que les véhicules actionnés par des moteurs à combustion ?
Question 8 *
L’hydrogène est souvent cité comme l’énergie de l’avenir. Quelle est la différence entre l’hydrogène et nos sources d’énergie primaires actuelles (pétrole, gaz naturel, charbon et uranium) ?
Question 9 *
Les moteurs à combustions sont considérés généralement comme des machines inefficaces. Quel est le rendement atteint par les meilleurs moteurs à combustion ?
Question 10 *
Le transport motorisé augmente constamment dans le monde. Mais la qualité de l’air est nettement meilleure aujourd’hui que dans les années 1980. Pourquoi ?
Question 11 *
En Suisse, nous nous déplaçons beaucoup. Si on ajoute les voyages à l’étranger, nous parcourons près de 19’000 km par an, ce qui correspond à la moitié du périmètre de la terre. Pour quel domaine nous déplaçons-nous le plus ?
Question 12 *
Le tunnel de base du Gothard NEAT de 57 km est le plus long tunnel ferroviaire du monde. Une caractéristique que possédait aussi lors de sa mise en service en 1882 son « prédécesseur », le tunnel ferroviaire existant. Quel pionnier du chemin de fer suisse est considéré comme le moteur de la construction du chemin de fer du Gothard ?
les casiers avec un "*" doivent forcément être remplis

Solutions

Question 1

Bonne réponse : A)
La part des transports publics par rapport à l’ensemble du transport de personnes sur la route et le rail a diminué dans les années 1970 et au début des années 1980. Alors qu’en 1970 le transport public de personnes représentait encore 21 % du trafic, ce taux n’était plus que de 16 % en 1984. Depuis lors, la proportion repart à la hausse. En 2006, 20 % des passagers-kilomètres (rail et route) étaient assurés par les transports publics.

Question 2

Bonne réponse : C)
Lors de la combustion des hydrocarbures, le carbone libéré s’oxyde avec l’air ambiant pour former du CO2 tandis que l’hydrogène se transforme en eau (H2O). Le problème de la combustion des combustibles fossiles (pétrole mais aussi naturellement le charbon) est que le carbone longtemps contenu dans la terre arrive dans l’atmosphère et, en tant que gaz à effet de serre, réchauffe le climat. Aucun catalyseur ne permet de réduire les émissions de CO2.

Question 3

Bonne réponse : A)
Une belle quantité d’énergie. Nous versons 50 l de 32 MJ/l, soit un total de 1600 MJ en 60 s. Cela correspond à une puissance chimique de 1600 MJ / 60 s = 26,7 MW. La centrale atomique de Gösgen a une puissance d’environ 1000 MW. 37 voitures qui font le plein absorbent donc environ 1000 MW de puissance chimique. Cela montre de façon impressionnante l’énorme densité énergétique des combustibles fossiles liquides.

Question 4

Bonne réponse : B)
Le CO2 et la consommation de carburant dépendent directement l’un de l’autre. Une consommation accrue d’hydrocarbures signifie plus d’émissions de CO2. Fixer un plafond pour les émissions de CO2 limitera donc la consommation. Si le rendement des moteurs restait identique à aujourd’hui, nous aurions naturellement soit des véhicules moins performants soit des voitures plus petites. Mais la recherche et le développement aboutissent à des améliorations de rendement de sorte que la réduction de la consommation de carburant n’entraînera pas de perte de confort.

Question 5

Bonne réponse : A)
Avec un rendement de 15 % et 1000 W/m2 de puissance de rayonnement, chaque m2 de panneau solaire produit 150 W de puissance électrique. Pour une superficie de panneaux solaires de 180 m2, cela donne un total de 27 kW de puissance électrique. Si des nuages apparaissent brutalement, la puissance de rayonnement peut rapidement tomber à un tiers, ce qui entraînerait une interruption de la production électrique. C’est pourquoi les véhicules solaires (comme les bateaux solaires) sont équipés de batteries qui peuvent être chargées par les panneaux solaires lorsque le bateau utilise peu ou pas de courant. Ces batteries fournissent le courant dans des situations où il faut beaucoup de puissance ou lorsqu’un nuage passe devant le soleil.

Question 6

Bonne réponse : C)
L’apport d’engrais et l’arrosage des cultures végétales demandent beaucoup d’énergie. Si on additionne toutes les pollutions, on constate que certains biocarburants (ex. éthanol produit à partir du maïs américain) nécessitent au final plus d’énergie pour les produire que ce qu’ils fourniront ensuite. Le biogaz issu des déchets présente le meilleur bilan énergétique. Les biocarburants ne sont pas bons ou mauvais de façon générale, tout dépend de leur production.

Question 7

Bonne réponse : C)
En ce qui concerne l’électricité, il faut s’interroger sur la quantité de CO2 émise lors de la production du courant. Dans le monde, plus de 60 % du courant est produit par l’énergie fossile (en général dans des centrales à charbon), le reste est produit par l’énergie nucléaire, la force hydraulique et, dans un très faible pourcentage, par d'autres énergies renouvelables. En chiffres nets, on obtient en moyenne mondiale quelque 600 g d’émissions de CO2 par kWh de courant fourni à la prise. Une voiture à essence affichant 130 g de CO2/km consomme environ 0,5 kWh d’énergie chimique par kilomètre. Une voiture électrique devrait donc être au moins 2,3 fois plus efficace qu’une voiture moderne à l’essence pour ne pas produire plus de CO2 que cette dernière. Si la demande d’électricité supplémentaire générée par les véhicules électriques était couverte, comme il faut le craindre, par des centrales à charbon, la voiture électrique devrait être encore plus efficace pour neutraliser les quantités élevées de CO2 produites par ces centrales.

Question 8

Bonne réponse : A)
Nous consommons actuellement en majeure partie des réserves énergétiques (pétrole, gaz, charbon, uranium) et nous n’utilisons que très peu d’énergie naturelle (soleil, eau et vent). L’hydrogène est présent sous forme de gaz sous une pression atmosphérique et une température de -253 °C ; il n’existe pas de réserve d’hydrogène sur terre. L’hydrogène n’est donc pas une source d’énergie primaire mais un « moyen de transport de l’énergie » qui doit d’abord être produit. L’hydrogène peut, par exemple, être extrait de l’eau par l’électrolyse. De nos jours, l’hydrogène est essentiellement fabriqué à partir du gaz naturel et utilisé à des fins industrielles. Si nous voulons établir l’hydrogène comme le « transport d’énergie » de l’avenir, nous devons trouver des solutions pour le produire de façon régénérative (ex. à l’aide du soleil) en quantités suffisantes et à un coût abordable.

Question 9

Bonne réponse : C)
Le moteur à combustion d’une voiture présente un rendement moyen de 20 % sur la route. Ce chiffre est très faible car la puissance produite n’est pas entièrement exploitée. Avec un tel rendement, le moteur est inefficace. En outre, lors du freinage, toute l’énergie motrice est convertie en chaleur et se perd. Les moteurs diesel des camions sont plus gros et plus efficients que les moteurs de voiture ; ils atteignent un rendement de plus de 40 %. Mais les moteurs à combustion les plus efficaces au monde sont les immenses moteurs diesel des bateaux, ex. les moteurs à deux temps fabriqués à Winterthur par Wärtsilä (anciennement Sulzer). Ces moteurs sont plus gros qu’une maison familiale et atteignent un rendement de plus de 50 %.

Question 10

Bonne réponse : C) Jusque dans les années 1980, les moteurs de véhicule ne possédaient pas de dispositifs de traitement des gaz d’échappement. Les carburants contenaient beaucoup de soufre ; du plomb était ajouté à l’essence pour améliorer ses propriétés de combustion. L’invention du catalyseur à 3 voies (Moonley et Keith en 1973) a permis une nette diminution des émissions de polluants (hydrocarbures, oxyde d’azote, monoxyde de carbone) par les moteurs à essence. Comme les catalyseurs étaient encrassés par le soufre et le plomb, il a été nécessaire d'utiliser une essence plus propre. De nos jours, les voitures modernes à essence et gaz naturel sont si propres qu’elles ne contribuent pratiquement plus à la pollution de l’air. Pour ce qui est des véhicules au diesel, nous sommes face à un profond changement. La technologie d’épuration des gaz d’échappement (filtres à particules et systèmes de dénitrification) est maintenant commercialisée. Ces voitures aussi seront bientôt très propres. Il est facile de constater à quel point les voitures sont devenues propres ces dix dernières années en passant près d’une vieille voiture ou moto dans un trafic dense : on ne sent qu’elle.

Question 11

Bonne réponse : B)
Plus de 45 % de la mobilité annuelle est générée par les loisirs où on retrouve aussi surtout les voyages. Si on ne tient pas compte de ceux-ci dans la mobilité quotidienne, la part due aux transports pendant les loisirs reste quand même de 32 %. Le trajet pour se rendre au travail ne représente que 17 % de la mobilité annuelle.

Question 12

Bonne réponse : A)
Alfred Escher est considéré comme l’un des grands personnages de l’histoire suisse du XIXe siècle. En plus de son engagement pour le chemin de fer du Gothard, il était vice-président du Conseil national lorsque celui-ci s’est réuni pour la première fois en 1848 et est resté au Conseil national jusqu’à sa mort. Escher était aussi le cofondateur de l’actuel Credit Suisse, la compagnie d'assurances Swiss Life et l’ETH Zurich.