Eraole,
l'avion du futur.
Bac S Antilles 2016.
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Éraole est un projet
d’avion monoplace hybride à moteur électrique alimenté à l'énergie
solaire et au bioalgal. La nuit, le biocarburant de 3ème
génération fait fonctionner un moteur thermique couplé à une
génératrice afin de fournir l’énergie électrique nécessaire au moteur
électrique qui actionne son hélice. Le jour, les cellules
photovoltaïques viennent compléter l’alimentation du moteur en
électricité afin de diminuer la consommation de biocarburant.
L’objectif de ce projet aéronautique est de réaliser la traversée de
l’Atlantique (New- York - Paris) avec un bilan carbone neutre. Le
premier vol est initialement prévu le 21 juin 2016, jour du solstice
d’été.
Sur un site internet d’information scientifique, il est indiqué que «
l’apport de l’énergie solaire au cours du vol d’Éraole sera de 25 % ».
En détaillant
le raisonnement suivi, déterminer si cette valeur est cohérente avec
les informations rassemblées
dans les documents ci-dessous.
L’avion
hybride Éraole.
La propulsion électrique par hybridation solaire/bioénergie sera
assurée par des cellules photovoltaïques associées à des batteries
lithium et de la bioénergie issue de micro-algues afin de
fournir toute l’énergie nécessaire aux 50 heures de vol.
Moteur
à biocarburant.
L’adaptation d’un moteur thermique utilisant un biocarburant élaboré à
partir de micro-algues
entraînera une génératrice produisant de l’électricité et permettra un
bilan carbone neutre.
La batterie sera sélectionnée afin d’alimenter le moteur électrique
dans les phases de décollage et
de montée. Sa capacité sera donc réduite.
D’après le site internet du projet : http://fondationoceanvital.com.
L’énergie solaire.
L’énergie solaire est la principale source d’énergie qui chauffe la
surface de la Terre. Le Soleil nous envoie chaque jour une quantité
considérable d’énergie. En moyenne sur la surface du globe (en
moyennant jour et nuit, hiver et été, tropiques et pôles), le Soleil
envoie 342 watts par mètre carré. Environ 30 % de cette
énergie est renvoyée dans l’espace.
D’après le site institutionnel : http://www.cnrs.fr
Cellules photovoltaïques de l'avion :
Nombre de cellules photovoltaïques : 1728. Surface
d’une cellule : 249 cm2.
Masse des cellules : 1 100 g/m2. Épaisseur
: 0,6 mm. Rendement : 24 %.
Surface totale des cellules : S = 1728*249 =4,30 105
cm2 = 43,0 m2.
" Environ 30 % de cette
énergie est renvoyée dans l’espace".
Puisance solaire reçue : Ps=342 *43,0*0,70 = 1,03 104
W.
Puissance électrique disponible : Pe =1,03 104
*0,24 = 2,47 103 W = 2,5 kW.
Energie correspondante à 50 h de vol : 2,5 *50 ~1,24 102 kWh.
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Moteur électrique.
Puissance au décollage : 17 kW
Puissance en vol de croisière : 12 kW
Consommation : 1,5 L/h
Capacité maximale du réservoir : 280 L.
Energie utile au décollage en supposant sa durée égale à 0,5 h : 17
*0,5 = 8,5 kWh.
Energie utile en vol de croisière ( 0,5 h de la phase d'aterrissage) :
12*49 =588 kWh
Energie totale consommée lors du vol : 596,5~6,0 102 kWh.
Proportion de l'énergie solaire : 1,24 102 / (6,0
102) = 0,21 ( 21
%).
Cette valeur est cohérente avec celle donnée dans le texte.
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Remarques :
Le surplus d'énergie nécessaire au décollage est compensé par la moindre consommation énergétique à l'atterrissage.
On aurait pu faire le rapport entre la puissance életrique d'origine solaire et la puissance en vol de croisière :
2,5 /12 ~0,21 ( 21 %).
L'éclairement est maximal le jour du soltice d'été dans l'hémisphère nord ; la valeur moyenne 342 W m-2 est sans doute trop faible pour cette journée.
De plus l'éclairement à 3000 m d'altitude est supérieur à l'éclairement au sol.
En prenant en compte ces deux remarques, on devrait se rapprocher de 25 %.
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