Oui
Lumière et dualité onde-particule
Sujet Bac Corrigé - Routes photovoltaïques - Bac S Asie 2017 (ancien programme) - Ex 4 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2017
Bac S (ancien programme)
☀️ Et si les routes produisaient l'électricité du pays ? L'exercice 4 de spécialité du Bac S Asie 2017 (5 points, environ 50 min) met à l'épreuve ce projet de chaussée photovoltaïque.
- Éclairement : pourquoi une route reçoit moins de lumière qu'un toit.
- Effet photovoltaïque : longueur d'onde maximale des photons utiles pour une cellule au silicium et domaine du spectre.
- Résolution de problème : surface de bitume à équiper pour couvrir les besoins du pays, puis regard critique sur la faisabilité.
Le sujet officiel et le corrigé détaillé en PDF sont gratuits.
✅ Correction
🫣
Correction Masquée
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Des routes qui génèrent de l'électricité : ce que demande l'exercice
L'exercice 4 du Bac S Asie 2017 est réservé aux candidats de spécialité et compte 5 points. Il examine un projet de routes recouvertes de dalles photovoltaïques. Trois questions seulement, mais de nature très différente : un argumentaire qualitatif sur l'éclairement, un calcul d'énergie de photon et une résolution de problème qui demande de bâtir soi-même la démarche à partir des documents. L'énergie du photon et le rendement d'une cellule photovoltaïque restent au programme actuel de spécialité ; en revanche, ce type de résolution de problème n'existe plus sous cette forme à l'épreuve actuelle.
Les passages clés, question par question
Question 1 : une route moins éclairée qu'un toit
Deux arguments tirés de l'énoncé suffisent. La route est horizontale alors qu'un toit est incliné et peut être orienté vers le sud : d'après le document 3, une surface horizontale reçoit environ 20 % d'énergie solaire en moins. Les véhicules masquent ensuite les dalles : une route à trafic moyen n'est éclairée que 90 % du temps. On peut ajouter l'ombre des bâtiments et des arbres ou les salissures de la chaussée.
Question 2 : la longueur d'onde maximale
Un photon ne fait passer un électron dans la bande de conduction que si son énergie hc / λ est au moins égale à l'énergie de gap Eg = 1,12 eV. L'inégalité donne λ ≤ hc / Eg, d'où λmax = 1,11 × 10-6 m, soit 1,11 × 103 nm. Cette valeur dépasse 800 nm, limite du visible côté rouge : elle appartient à l'infrarouge.
Question 3 : la surface de bitume à équiper
La production photovoltaïque de 2015, 6,7 × 109 kWh, représente 1,4 % de la consommation : les besoins du pays s'élèvent donc à environ 4,8 × 1011 kWh. Sur la carte, on retient une valeur moyenne de 3,8 kWh par m2 et par jour, que l'on réduit de 20 % pour la surface horizontale puis de 10 % pour le trafic, ce qui donne 2,7 kWh par m2 et par jour. Avec un rendement de 15 %, une dalle produit environ 0,41 kWh par m2 et par jour, soit 1,5 × 102 kWh par m2 sur une année. La surface nécessaire vaut alors 3,2 × 109 m2, c'est-à-dire 3,2 × 103 km2, environ 19 % des 17 000 km2 de routes et parkings. La place existe, mais l'objectif reste peu réaliste : chantier gigantesque comparé aux 1000 km de routes annoncés, production intermittente qui imposerait un stockage, coût, raccordement et usure des dalles non pris en compte.
Les pièges à éviter
Laisser l'énergie de gap en électronvolts au lieu de la convertir en joules. Inverser l'inégalité : une énergie minimale correspond à une longueur d'onde maximale. Oublier de multiplier par 365 une énergie lue par jour. Convertir les km2 avec un facteur 103 au lieu de 106.
Conseils pour réussir
Dans une résolution de problème, explicitez chaque étape et chaque hypothèse, notamment la valeur lue sur la carte : avec 3,5 ou 4,0, on trouve entre 3,0 × 103 et 3,5 × 103 km2, et seule compte la cohérence de l'ordre de grandeur. Terminez toujours par un regard critique argumenté, qui confronte le résultat aux données de l'énoncé.