Sujet Sciences de l'Ingénieur — Terminale — Centres étrangers 1 — Bac 2025

Partie 1 - Sciences de l’ingénieur Hydrolienne de canalisations d’eau Constitution du sujet • Sujet pages 3 à 13 • Documents réponses pages 14 à 16 Les documents réponses DR1 à DR3 (pages 14 à 16) sont à rendre avec la copie. 25-SCIPCJ1G11 Page 2/16 25-SCIPCJ1G11 Page 2/20 Partie 1 - Sciences de l’ingénieur Hydrolienne de canalisations d’eau Dans la quête de sources alternatives d’énergie pour remplacer les énergies fossiles, l’exploitation d’énergie à partir de l’eau en mouvement conduit à des avancées technologiques majeures. Le plan d’action climatique de la ville de Portland exige que les bâtiments de la ville tirent leur énergie de sources renouvelables : l’énergie hydroélectrique produite représente 50% des sources d’énergie depuis 2007. Les énergies solaires, éoliennes, biomasse/biogaz et géothermiques sont également utilisées. Pour respecter ces nouvelles contraintes écologiques, la ville de Portland a mis en place un système permettant de récupérer l’énergie de l’eau en mouvement dans le réseau de distribution de l’eau. Cette solution technique innovante utilise la puissance développée par le mouvement de l’eau dans les tuyaux de canalisation du réseau d’eau potable pour actionner une hélice en rotation autour d’un axe vertical. Celle-ci est reliée à une génératrice qui convertit l’énergie mécanique de rotation en énergie électrique afin d’alimenter le réseau général. Cette solution permet une production d’énergie continue et propre afin d’alimenter les foyers avoisinants en électricité. Une vue écorchée du système ainsi qu’une vue 3D d’une turbine sont présentées sur la figure 1 et permettent de visualiser l’implantation des différents constituants. Le système est constitué de 4 turbines placées successivement et reliées à des génératrices en souterrain afin d’éviter toute nuisance visuelle et sonore et d’optimiser l’encombrement en ville. Le diagramme des exigences du système est présenté sur la figure 2. Figure 1 : schéma global du système d’hydrolienne et vue d’ensemble 25-SCIPCJ1G11 Page 3/16 25-SCIPCJ1G11 Page 3/20 Figure 2 : diagramme des exigences du système d’hydrolienne 25-SCIPCJ1G11 Page 4/16 25-SCIPCJ1G11 Page 4/20 Sous-partie 1 Validation de l’exigence Id 1 sur la production d’éléctricité L’objectif de cette sous-partie est de calculer la puissance récupérée au niveau de la génératrice afin d’en déduire le nombre de foyers qui peuvent être alimentés par l’hydrolienne. Afin d’analyser les conditions de fonctionnement d’une turbine et de déterminer l’expression du couple disponible, le fonctionnement de la turbine de la figure 3, constituée de 5 pales disposées à 72°, est étudié. Un repère fixe R =