Trois exercices simples autour de la mobilité

Publié le 21.01.2023
Collège
Sciences de la vie et de la terre

Lecture 10 min

Se déplacer signifie aller d’un point à un autre, par différents moyens de transport, à plus ou moins grande vitesse, en dépensant une énergie plus ou moins polluante ou émettrice de CO2. Voici trois exercices pour comprendre les interactions de ces différentes variables.

Exercice

Exercice niveau 1

Plus je vais vite, plus je consomme !

L'exercice montre la corrélation entre vitesse et consommation de  selon la vitesse.

Qu’il s’agisse d’un scooter, d’une moto, d’une voiture, d’un avion ou d’un bateau à moteur, la consommation de carburants croît avec la vitesse. Dans le cas des deux-roues ou des voitures, il y a d’autres facteurs qui augmentent la consommation : des pneus sous-gonflés ou une charge excessive (surtout si elle est placée sur le toit d’une voiture et augmente sa résistance à l’air).

Voici un tableau indiquant la consommation en litres d’une voiture moyenne qui roule 100 km sur une route plate.

Vitesse 70 km/h 100 km/h 130 km/h
Consommation 6 litres pour 100 km 8 litres 12 litres

 

Pour passer de 70 km/h à 100 km/h, soit 30km/h de plus, j’ai consommé 2 litres de plus. Pour passer de 100 à 130 km/h, donc là aussi 30 km/h de plus, combien ai-je consommé en plus ?

4 litres de plus. Soit le double de ce qu’il m’avait fallu pour passer de 70 à 100 km/h.

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Exercice niveau 2

L’avion solaire, champion du monde poids-plume L’avion Solar Impulse 2 a réalisé en 2015 et 2016 un tour du monde en 17 étapes, avec un pilote à bord, sans carburant, c’est-à-dire en utilisant uniquement l’électricité produite par les panneaux solaires de ses ailes.

Voici les principales caractéristiques données par les responsables du projet, Bertrand Piccard et André Borschberg. Voir leur site : https://aroundtheworld.solarimpulse.com/adventure 

Envergure des ailes 72 m
Poids 2,3 tonnes
Nombre de cellules solaires 17 248
Nombre d’hélices et de batteries 4
Total de l’énergie produite 11 655 kWh
Temps maximal en vol 117 heures 52 minutes
Altitude maximale 8 500 m
Vitesse au sol maximale 216 km/h
Consommation de carburants 0 litre

Il s’agit d’une démonstration magnifique, d’une grande aventure humaine, mais pas d’un prototype d’avion qui sera capable de transporter passagers et fret. Il y a des projets d’avions électriques, mais ils ont des batteries qui sont rechargées à terre, via le réseau. Solar Impulse les recharge en vol, grâce au soleil.

Avec plus de 17 000 cellules sur des ailes de 270 m2 (une envergure égale à celle d’un avion de ligne), Solar Impulse a produit au maximum 340 kWh par jour. Pour assurer le décollage et le vol d’un avion avec si peu d’énergie, il faut que celui-ci soit très léger. Solar Impulse a le poids d’une camionnette. Un petit avion de tourisme comme un « Piper Cub » est certes plus léger (300 kg) mais ses ailes sont trop petites pour passer au solaire!

Sur le total des 550 heures passées en vol au cours des 17 étapes, la production totale a été de près de 12 000 kWh.

Sachant qu’un TGV, avec ses 350 passagers, consomme en moyenne 20 kWh par kilomètre, quel est le trajet qu’il pourrait parcourir avec la quantité d’électricité qui a permis à Solar Impulse de faire le tour du monde ?

1) 300 km

2) 600 km

3) 900 km

Réponse 2. Avec 12 000 kWh, un TGV peut parcourir 600 km environ. Soit à peu près la distance entre Paris et Genève. Le poids-plume Solar Impulse a parcouru exactement 43 000 km avec la même quantité d’énergie

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Aller plus loin :

Exercice niveau 3 

Catégorie poids-lourds : le porte-conteneurs !

L'exercice compare l'émission de COd'un transporteur à celle d'un camion. Le résultat va vous surprendre !

Exercice

Catégorie poids-lourds : le porte-conteneurs !

Les porte-conteneurs sont les plus grands engins de transport du monde. On voit sur la photo cidessus les silhouettes comparées du plus grand porte-conteneur du monde, le « Jacques Saadé », d’un semi-remorque, d’un avion de ligne et d’un porte-avions militaire.

Généralement propulsés au fuel lourd, ces géants des mers émettent des particules dangereuses, comme les oxydes de soufre et d’azote, etc…. Le passage progressif au gaz naturel liquéfié devrait alléger considérablement ce problème. Sont-ils aussi des « monstres » en émissions de face aux autres moyens de transport de fret ?

Pour les comparer avec des moyens très différents, on doit parler des émissions en « tonnekilomètre » (combien de CO2 émis pour faire avancer une tonne d’un kilomètre ?).

Un porte-conteneur géant émet environ 3 g de CO2 par tonne-kilomètre. Si sa charge est de 200 000 tonnes, il émettra donc 600 kg de CO2 par km.

Un semi-remorque porte-conteneurs de 40 tonnes, fréquent sur les routes européennes, produit plus de 90 g de CO2 par tonne-kilomètre. Un 40 tonnes va donc émettre 3,6 kg de CO2 au km.

A titre de comparaison, le transport ferroviaire émet entre 1,5 et 35 g de CO2 par tonne-kilomètre (selon la source d'énergie utilisée) et le transport aérien entre 670 g et 3 000 g par tonne-kilomètre (selon les conditions de vol).

Entre un porte-conteneurs et un camion, quel est le plus économique en CO2 compte tenu de la charge transportée ?

Le porte-conteneurs géant. Pour transporter les 200 000 tonnes de produits du porte-conteneurs, il faudrait une longue colonne de 5 000 camions. Le porte-conteneurs, avec une telle charge, émet 600 kg de CO2 au kilomètre, les 5 000 camions émettraient 18 tonnes. Mais, n’oublions pas que les deux moyens de transports (sur mer et sur terre) ne sont pas substituables et qu’il faut donc généralement les deux …

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