Brevet 2018 Amérique du Sud sujet 2 : le véhicule hybride en physique-chimie

La partie de physique-chimie de ce sujet de brevet, notée sur 25 points et prévue pour 30 minutes, s'intéresse au véhicule hybride, une voiture équipée de deux moteurs : un moteur à combustion qui consomme du carburant et un moteur électrique alimenté par une batterie rechargeable. Le sujet s'appuie sur deux documents : un schéma de principe du véhicule et une situation de freinage en agglomération. Il fait travailler les formes d'énergie, les conversions d'énergie et le calcul de l'énergie cinétique.

Sources et formes d'énergie

La question 1 demande la source d'énergie du moteur à combustion. Le document 1 indique qu'il consomme du carburant, stocké dans le réservoir : la source est donc le carburant (essence ou fuel). Le piège classique consiste à répondre « énergie chimique » : c'est une forme d'énergie, pas une source.

La question 2 porte sur deux diagrammes énergétiques à compléter. Un moteur est un convertisseur : la flèche d'entrée représente l'énergie reçue, la flèche de sortie l'énergie utile et la flèche du bas l'énergie perdue. On trouve ainsi A : énergie cinétique, B : énergie électrique, C : énergie cinétique et D : énergie thermique. Le corrigé montre les deux diagrammes complétés.

Énergie cinétique et freinage régénératif

La question 3.1 demande de vérifier que l'énergie cinétique d'un véhicule de 1 300 kg roulant à 50 km/h vaut 125 kJ. Il faut d'abord convertir la vitesse en m/s en divisant par 3,6, puis appliquer la formule de l'énergie cinétique. On obtient environ 125 400 J, soit 125 kJ. Laisser la vitesse en km/h ou oublier le carré de la vitesse donne un résultat faux.

La question 3.2 est la plus exigeante. Seuls 60 % de l'énergie cinétique sont récupérés sous forme électrique, soit 75 kJ par freinage. Pour une batterie de 4 680 kJ, le calcul donne 62,4 : il faut donc 63 freinages, car un nombre de freinages est entier et 62 ne suffisent pas.

Une conclusion à justifier

La question 4 commence par « en déduire » : la réponse doit s'appuyer sur le résultat précédent. Comme il faut de nombreux freinages pour recharger la batterie, le véhicule hybride est plus adapté à la ville, où l'on freine souvent, qu'à l'autoroute, où l'on freine rarement.

Conseils pour réussir

Vérifie toujours les unités avant un calcul, garde la même unité pour deux énergies que tu compares et termine chaque calcul par une phrase de conclusion. Ce sujet est un bon entraînement pour maîtriser les conversions d'énergie avant le brevet.