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NOM : ... Prénom : ... Classe : TS ….
Mai 2018 Page : 1 / 4 Devoir n°6 (2h) Spécialité T
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I. Du carburant à partir de l’eau de mer !
Produire du carburant pour avions en pleine mer, c’est possible.
Un procédé a été mis au point par les laboratoires de la marine américaine, Naval Research Laboratory (NRL) et ils ont même construit un prototype.
Pour améliorer l’autonomie des porte-avions qui assurent l’approvisionnement des avions embarqués, rien de tel que d’utiliser la matière première la plus abondante à proximité : l’eau des océans.
La fabrication du carburant à partir de l’eau de mer comporte deux étapes :
1ère étape : extraire le dioxyde de carbone contenu dans l’eau de mer,
2ème étape : faire réagir le dioxyde de carbone obtenu avec du dihydrogène pour synthétiser des hydrocarbures.
Les chercheurs ont mis au point une cellule électrochimique qui, en abaissant le pH de l’eau de mer, déplace les équilibres chimiques dans l’eau et récupère jusqu’à 92% du dioxyde de carbone (CO2) que contient l’eau de mer.
La cellule électrochimique fabrique simultanément du dihydrogène (H2). Une unité pilote a été testée en Floride, en puisant de l’eau dans le golfe du Mexique.
Pour la 2ème étape du procédé, NRL a mis au point un catalyseur qui transforme le dioxyde de carbone et le dihydrogène en un mélange d’hydrocarbures, en particulier des alcanes dont la chaîne carbonée est formée de 9 à 16 atomes de carbone (de C9 à C16). Ce mélange liquide peut être utilisé pour remplacer le carburant des avions, obtenu habituellement à partir du pétrole.
Cela semble trop beau pour être vrai !
Mais la synthèse de carburant à partir de l’eau de mer nécessite une très grande quantité d’énergie. Dans un navire militaire alimenté par des réacteurs nucléaires, cette énergie peut être apportée par ces réacteurs pour synthétiser à son bord, par ce processus, le carburant nécessaire à ses propres avions, ce qui solutionnerait les problèmes d’approvisionnement de ces navires.
D’après https://www.usinenouvelle.com/article/du-carburant-a-partir-d-eau-de-mer.N183495
L’objectif de ce problème est d’estimer le volume d’eau de mer nécessaire pour produire un litre de carburant pour avion.
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Document 1 : Evolution de la concentration de CO2 dissous dans l’eau de l’océan atlantique Nord en fonction de la profondeur.
D’après : www.soest.hawaii.edu/oceanography/faculty/zeebe_files/Publications/ZeebeWolfEnclp07.pdf
Document 2 : Le raffinage du pétrole brut.
D’après : wikiminiforchem.blogspot.fr/2014/10/what-are-side-products-of-petroleum.html
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Données
Masses molaires atomiques : M(C) = 12,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,00 g.mol-1 : M(O) = 16,0 g.mol-1
Masse volumique de l’eau de mer : = 1,03 kg.L-1
Données sur quelques alcanes linéaires de formule brute CnH2n + 2
Nom de l’alcane linéaire Masse molaire (g.mol-1) Nombre d’atome de carbone Masse volumique (g/mL)
Nonane 128 9 0,718
Décane 142 10 0,730
Undécane 156 11 0,740
Dodécane 170 12 0,749
Tridécane 184 13 0,756
Tétradécane 198 14 0,763
Pentadécane 212 15 0,769
Hexadécane 226 16 0,773
Questions préalables
1) Justifier le fait que les alcanes synthétisés à partir de l’eau de mer par le procédé du Naval Research Laboratory peuvent être utilisés comme carburant pour les avions.
2) Modéliser la transformation intervenant dans la 2ème étape du procédé en écrivant une équation de réaction de synthèse d’un alcane à partir de dioxyde de carbone et de dihydrogène, sachant qu’il se forme aussi de l’eau dans cette synthèse.
Faire vérifier votre équilibre par le professeur Aide partielle Aide totale Problème
3) Estimer le volume d’eau de mer nécessaire pour fabriquer 1 L de carburant par le procédé mis au point par le Naval Research Laboratory, sans tenir compte de l’eau nécessaire à la production du dihydrogène H2.
Conseil : calculer la quantité de matière n d’alcane dans 1 L de carburant
Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie même si elle n’a pas abouti. L’analyse des données et des documents, ainsi que la démarche suivie seront évaluées et nécessitent d’être correctement présentées.
II. Isolation acoustique d’un réfectoire
Le Conseil Régional souhaite effectuer des travaux dans le réfectoire d’un lycée, qui date des années 80, afin d’améliorer son acoustique.
Une entreprise privée est venue sur place et a déterminé un temps de réverbération TR = 2,0 s dans ce réfectoire.
Les documents utiles à la résolution sont donnés sur la page suivante.
Questions préalables
1) Pourquoi est-il nécessaire de diminuer le temps de réverbération de la salle du réfectoire ?
2) Compléter le tableau ci-dessous en indiquant la surface des différentes structures présente dans la salle ainsi que le matériau utilisé.
Surface (m²) Matériau
Plafond Sol Portes Fenêtres
Murs (ouvertures non comprises)
3) Quelle est l’unité du coefficient 0,16 dans la formule de Sabine du document 2 page suivante ?
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Problème
4) Afin de mettre le réfectoire en conformité avec la loi, l’administration souhaite placer des plaques isolantes sur toute la surface du plafond, sans modifier les murs ni le sol. L’entreprise ayant effectué le calcul du temps de réverbération du réfectoire propose alors plusieurs matériaux isolants afin de diminuer celui-ci :
Isolant n°1 n°2 n°3 n°4 n°5
Coefficient d’absorption acoustique 0,15 0,25 0,30 0,50 0,80 Prix au m² pose incluse (€) 20 40 70 100 180
Parmi ces cinq isolants, lequel serait-il judicieux de choisir ?
Remarque : L’analyse des données, la démarche suivie et l’analyse critique du résultat sont évaluées et nécessitent d’être correctement présentées. Le candidat notera sur sa copie toutes ses pistes de recherche, même si elles n’ont pas abouti.
DOCUMENTS DE L’EXERCICE II
Document 1 : Article 5 de l’arrêté du 25 avril 2003.
Les temps de réverbération (exprimés en secondes) à respecter dans les locaux sont donnés dans le tableau ci- dessous. Ils correspondent à la moyenne arithmétique des temps de réverbération dans les intervalles d’octaves centrés sur 500, 1000 et 2000 Hz. Ces valeurs s’entendent pour des locaux normalement meublés et non occupés.
Locaux meublés non occupés Temps de réverbération moyen TR (exprimé en secondes) Salle de repos des écoles maternelles, local d’enseignement de musique,
d’études, d’activités pratiques, salles de restauration et polyvalente de volume ≤ 250 m3. Local médical ou social, infirmerie.
0,4 ≤ TR ≤ 0,8 Local d’enseignement, de musique, d’études ou d’activités pratiques d’un
volume > 250 m3 0,6 ≤ TR ≤ 1,2
Salle de restauration d’un volume > 250 m3 TR ≤ 1,2
Salle polyvalente d’un volume > 250 m3 0,6 ≤ TR ≤ 1,2
D’après : www.legifrance.gouv.fr Document 2 : Formulaire
Le temps de réverbération TR (ou durée de réverbération) représente la durée nécessaire pour que le niveau sonore d’un son diminue de 60 dB une fois la source éteinte.
Le temps de réverbération TR, exprimé en secondes, se calcule à partir de la formule de Sabine : TR = 0,16 × V
A , V étant le volume de la salle (en m3) et A sa surface équivalente d’absorption (en m2).
On définit la surface équivalente d’absorption d’une salle par A = α × S, α étant le coefficient d’absorption acoustique du matériau et S sa surface.
Dans le cas de plusieurs matériaux de natures et de surfaces différentes, on a : A =
i Si Document 3 : Informations sur le réfectoire. Le réfectoire est une salle rectangulaire de 15,00 m de long sur 8,00 m de large. La hauteur sous plafond est de 3,50 m.
Le réfectoire dispose de 6 fenêtres de 6,00 m2 chacune.
Deux grandes portes en bois de 2,00 m de large et de 3,00 m de haut permettent d’accéder à la salle.
Le sol est en carrelage tandis que les murs et le plafond sont en plâtre.
Le réfectoire dispose de 20 tables et de 120 chaises. L’ensemble du mobilier a une surface d’absorption équivalente : AM = 12,5 m2.
Document 4 : Coefficient d’absorption acoustique moyen α de différents matériaux.
Matériau Plâtre Carrelage Bois Verre α (sans unité) 0,030 0,020 0,15 0,18
