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La voiture à hydrogène, Métropole sept 2020 Exercice type-brevet

L'automobile contribue à l'émission de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques. Les constructeurs tentent de réduire son impact sur l'environnement. La voiture équipée d'une pile à hydrogène est une des alternatives à la traditionnelle voiture à essence.

La voiture à hydrogène

Une voiture à hydrogène ne rejette que de la vapeur d'eau. La « pile à hydrogène » incorporée est une pile à combustible. Celle-ci utilise, pour fonctionner, un apport en dihydrogène (le combustible) et en dioxygène (le comburant). Le dihydrogène se combine avec le dioxygène de l'air en produisant de l'eau. À cette transformation est associée une conversion d'énergie chimique en énergie thermique et énergie électrique. Un moteur électrique permet alors de propulser la voiture. Cette technologie est parfaite pour réduire la pollution à l'échelle locale. Par contre, elle ne permet pas de réduire la pollution globale : le dihydrogène n'existe pas sur Terre à l'état naturel et plus de 90 % du dihydrogène produit est issu de ressources d'énergie fossile.

Quel argument, cité dans l'énoncé, montre que l'utilisation d'une voiture fonctionnant avec une « pile à hydrogène » peut présenter un inconvénient d'un point de vue environnemental ?

De la même manière, quel argument montre que le fonctionnement d'une pile à hydrogène s'appuie sur une transformation chimique ?

Parmi les propositions suivantes, laquelle correspond au diagramme énergétique correct d'une pile à hydrogène ?

Banque de données :

  • Test d'identification d'espèces chimiques :
Espèce chimique

Ion cuivre (II)

\ce{Cu^{2+}}

Eau

Ion chlorure

\ce{Cl^{-}}

Détecteur Solution
d'hydroxyde de
sodium
Sulfate de
cuivre anhydre
Solution de
nitrate
d'argent
Observations Formation d'un
précipité bleu
Changement de
couleur :
passage du
blanc au bleu
Formation
d'un
précipité
blanc
  • Liste des solutions et du matériel pouvant être utilisés :
-

On recueille un échantillon du liquide produit par la pile à hydrogène.

Quel protocole expérimental permet de mettre en évidence la présence d'eau dans cet échantillon ?

La majorité des automobiles fonctionnent actuellement avec des moteurs à essence ou avec des moteurs Diesel. Plusieurs types de polluants sont émis par ces véhicules : le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote et des hydrocarbures imbrûlés. Les émissions de monoxyde de carbone d'un moteur à essence varient en fonction de la vitesse du véhicule.

Émissions de monoxyde de carbone en fonction de la vitesse sur route plane

Émissions de monoxyde de carbone en fonction de la vitesse sur route plane

D'après http://www.cetu.developpement-durable.gouv.fr

Les émissions de monoxyde de carbone sont-elles proportionnelles à la vitesse du véhicule ?

À l'aide de la courbe ci-dessus, on peut montrer que l'augmentation des émissions en monoxyde de carbone est de 3 L/h lorsque la vitesse passe de 40 à 50 km/h.

Quelle est la valeur de l'augmentation des émissions lorsque la vitesse passe de 100 à 110 km/h ? Comparer ce résultat à la valeur de 3 L/h.

Sur une autoroute, un véhicule parcourt à vitesse constante 55 km en 30 min.

Quel est le volume de monoxyde de carbone émis durant ce trajet ?

Le véhicule étudié respecte-t-il la norme Euro 5 qui limite la valeur de l'émission de monoxyde de carbone à 96,8 L/h lorsque le véhicule roule à cette vitesse ?

Voir aussi
  • Fiche brevet : L’énergie et ses conversions
  • Exercice type-brevet : Le triathlon, Centres étrangers 2021
  • Exercice type-brevet : Le réchauffement climatique, Métropole 2021
  • Exercice type-brevet : Ultra-trail du Mont Blanc, Asie Pacifique 2021
  • Exercice type-brevet : Activités humaines et conséquences, Nouvelle Calédonie 2022

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