Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable





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BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE

Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable

ENSEIGNEMENTS TECHNOLOGIQUES TRANSVERSAUX

Coefficient 8 – Durée 4 heures

Aucun document autorisé

Calculatrice autorisée







CORRIGÉ






  • sujet (mise en situation et questions à traiter par le candidat)

    • partie 1 (1 heure) pages 2 à 4

    • partie 2 (3 heures) pages 5 à 11

  • documents techniques pages 12 à 22

  • documents réponses pages 23 à 26

Le sujet comporte deux parties indépendantes qui
peuvent être traitées dans un ordre indifférent.


Les documents réponses DR1 à DR4 (pages 23 à 26) seront
à rendre agrafés aux copies.


Mise en situation

Une famille lyonnaise souhaite investir dans la construction de leur nouvelle habitation principale.

Conscients des enjeux liés au développement durable, ils souhaitent que leur habitat soit respectueux de l’environnement et le plus économe possible en énergie.
Leur projet d’habitat, situé en bordure d’une route très fréquentée, est organisé sur deux niveaux (RDC + étage). Les futurs propriétaires ont exprimé à l’architecte leur souhait de ne pas avoir d’ouverture en front de rue dans le séjour. Pour satisfaire à cette demande, l’architecte confit à un bureau d’étude technique la conception d’une nouvelle solution d’éclairage naturel du séjour pour maintenir le niveau de confort visuel.
L’agencement intérieur de la maison est organisé de la manière suivante :

  • une cuisine, une entrée, une chambre et un séjour au rez-de-chaussée ;

  • deux chambres, une salle de bain, un WC et un palier à l’étage.

La couverture de la maison est composé d’une toiture terrasse végétalisée et d’une couverture en ardoise.


Plan du Rez de Chaussée

Plan du Rez de Chaussée

Fig n°1 : Plan du Rez de Chaussée
plan rdc.jpg

Partie 1 : le conduit de lumière
Choix et problème technique 
L’objectif de cette partie est de mettre en évidence la réduction de la consommation électrique en privilégiant, pour maintenir un niveau de confort visuel, l’éclairage naturel au sein de l’habitat.
La notion de « facteur lumière du jour » (FLJ) permet d’estimer la qualité lumineuse.

Ce facteur est le rapport de l'éclairement naturel intérieur reçu en un point (généralement le plan de travail ou le niveau du sol) à l'éclairement extérieur simultané sur une surface horizontale, en site parfaitement dégagé, par ciel couvert. Il s'exprime en pourcentage.


Question 1.1

Analyser la figure n°1 du document technique DT1 « carte du facteur lumière du jour à l’état initial», donner une explication et justifier le manque de confort lumineux apporté par l’éclairage naturel ressenti par les occupants.

Le document DT1 met en évidence qu’une partie du séjour a un facteur de lumière évalué à insuffisant ou faible.

La pièce principale où la famille passe la majorité de son temps est peu éclairée, en effet il y a peu d’ouverture (1 petite fenêtre) de plus la façade principale sud est aveugle dans cette pièce.


Vue générale du RDC
vue générale rdc.jpg


Voir DT1


Question 1.2

Voir DT2


Pour palier ce manque de luminosité, l’architecte envisage de mettre en place deux conduits de lumières. A l’aide du DT2, décrire le principe de fonctionnement du conduit de lumière et indiquer quels sont les principaux constituants.

Le puits de lumière permet de capter et de transmettre la lumière dans une pièce sous éclairée.

Le collecteur (coupole+ anneau de prè-assemblage + jupe d’étanchéité) permet de capter ou collecte la lumière

Le convoyeur transmet la lumière dans la pièce

Le diffuseur (rond ou carré) permet de diffuser la lumière




Question 1.3



L’éclairement naturel moyen global horizontal (lumière du jour) est de l’ordre de 35 000 lx en France pendant la durée du jour.

Calculer le flux lumineux par m² correspondant à un éclairement de 35 000 lux.

Rappel : 1 lx = 1 lm m-2

Pour un éclairage artificiel de type fluorescent de 1.20m de longueur ayant un flux lumineux de 3400 lm, calculer le nombre de tubes fluorescents nécessaires pour obtenir l’équivalent de la lumière du jour.

On obtient 35 000 lm / m² ou Lux

Nombre de tubes fluorescents = 35 000 / 3 400 = 10.3 soit 11 tubes



Question 1.4

Voir DT3


Le flux lumineux Ft (en lm) que l’on peut transmettre à l’intérieur de la maison par un puits de lumière est donné par :


Eext = l’éclairement extérieur horizontal global (lx).

S : la section du puits de lumière (m²).

T1 : le facteur de transmission du collecteur de lumière (%).

T2 : le facteur de transmission du diffuseur de lumière(%).c:\users\jimmy\pictures\img007.jpg

 : le rendement du puits dû aux réflexions multiples, fonction de la longueur (%).

A l’aide du DT3, pour un conduit de lumière de diamètre 375 mm, calculer le flux lumineux qui sera transmis à l’intérieur du séjour.

FT = Ext x S x T1 x T2 x n = 35 000 x (0.375² /4 x π) x 0.81 x 0.91 x 0.98

= 2792 lm

Avec un calcul arrondi de S= 0.11 Ft = 2781 ln/m² ou Lux.






Question 1.5

Voir DT1


La figure n°2 du DT1 représente la nouvelle répartition du facteur de lumière avec la mise en place de deux conduits de lumière. Justifier si le choix de deux conduits permet réellement de résoudre le problème.

Les deux puits de lumière permettent de faire passer les facteurs de lumière « insuffisant et faible » à « très bon et excellent ».





Question 1.6

Voir DT4 et DT5



A l’aide des DT4 et DT5, analyser et conclure sur les conséquences de la mise en place des deux conduits de lumière sur toute l’année.
Du point de vue énergétique, déterminer la quantité d’énergie annuellement économisée.

Citer les autres avantages du conduit de lumière dans cette habitation.

La mise en place des deux puits de lumière a permis :

  • de baisser nettement la durée d’éclairage artificiel,

  • d’augmenter la durée du confort,

  • de diminuer la consommation d’énergie et donc de faire des économies.

51 –34 = 17 kWh d’économie d’énergie



Partie 2 : Le Chauffe-Eau Solaire Individuel (CESI) – ATLANTIC SOLERIO

Problématique générale :

Les futurs propriétaires de la maison individuelle, située près de LYON (69), sont soucieux des problèmes environnementaux et économiques actuels. Ils décident d’équiper leur logement d’un chauffe-eau solaire.

La conception et l’installation d’un CESI doit répondre aux besoins et aux contraintes suivantes :

  • chauffer l’eau sanitaire en utilisant au maximum l’énergie solaire ;

  • garantir un investissement durable (économique et environnemental) ;

  • minimiser les pertes thermiques du ballon de stockage ;

  • optimiser les échanges énergétiques et la durée de vie du CESI.

Présentation du système :

Le CESI de type électro-solaire à circulation forcée (de référence EC-300-2-CHA) est fabriquée par la Société Applications Thermiques Européennes (SATE), filiale du groupe Atlantic implantée à Fontaine (Territoire de Belfort).

Il comprend :

deux capteurs solaires « Solar Plan 230 H » avec châssis et système de fixation incliné à 45° ;

• un réservoir de stockage de 300l en acier émaillé équipé d’un échangeur solaire et d’un appoint intégré électrique ;

• une pompe de circulation du fluide caloporteur (eau glycolée) constituant avec les capteurs, l'échangeur solaire et les accessoires hydrauliques et de sécurité, le circuit primaire du procédé. Ce circuit permet le transfert du fluide chauffé dans les capteurs solaires vers l'échangeur solaire du réservoir de stockage ;

• un système de régulation gérant les fonctions chauffage de l'eau chaude sanitaire par l'énergie solaire et par l'appoint.


panneau solaire.png



chassi1.jpg


Travail demandé :

« Comment chauffer l’eau sanitaire en utilisant au maximum l’énergie solaire? »
Analyse de la solution retenue par le constructeur pour assurer le chauffage de l’eau sanitaire avec l’énergie solaire.


Question 2.1.

Voir DT6

Voir DR1

À partir du « schéma d’installation » fourni document DT6, renseigner les « blocks » du diagramme d’exigences représenté sur le document DR1, avec les noms des composants de l’installation.




Question 2.2.

Voir DR2

Sur le schéma fluidique DR2, repérer ces différents composants.

Colorier : - le fluide caloporteur (eau glycolée) en vert ;

- l’eau chaude sanitaire en rouge ;

- l’eau froide sanitaire en bleu.




Question 2.3.


Citer les deux composants assurant un transfert thermique au sein de ce système (exemple : résistance électrique d’appoint permettant le transfert de l’énergie électrique en énergie calorifique).

- échangeur : fluide caloporteur -> eau sanitaire

- panneau solaire : rayon solaire -> fluide caloporteur



Vérification de la capacité énergétique et de l’efficacité énergétique de l’installation .


Question 2.4

Voir DT6


Energie solaire disponible :
À l’aide du document DT6, calculer l’énergie solaire générée par m2.

Déduire la puissance générée par l’installation composée de deux capteurs.
E : énergie solaire reçue en France par m2 en fonction de la localisation de l’installation (en kWhm-2j).

fc : facteur de correction du fluide caloporteur fc = 0,9.

Les coefficients fi, fo sont à trouver dans le document technique DT6.

La figure suivante donne l’orientation des capteurs. (rappel : inclinaison = 45°).

Les caractéristiques dimensionnelles des capteurs sont fournies DT6.


capteurs solaire+angle1dt.png





Es = 1,38 kWh/m2.j
Es de l’installation = Es x Superficie capteur = Es x (2x2) = 5.5 kWh.j


Question 2.5

Commenter le choix de l’implantation des capteurs solaires du CESI et proposer des améliorations afin d’optimiser la puissance de l’installation.
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