               BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE
Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable
ENSEIGNEMENTS TECHNOLOGIQUES TRANSVERSAUX
Coefficient 8 – Durée 4 heures
Aucun document autorisé
Calculatrice autorisée
|
|
Partie 1 : Le conduit de lumière
|
Partie 2 : Le chauffe-Eau Solaire Individuel (CESI)
|
|
Sujet (mise en situation et questions à traiter par le candidat)
partie 1 (1 heure) pages 2 à 4
partie 2 (3 heures) pages 5 à 11
Documents Techniques pages 12 à 22
Documents Réponses pages 23 à 26
Le sujet comporte deux parties indépendantes qui
peuvent être traitées dans un ordre indifférent.
Les documents réponses DR1 à DR4 (pages 23 à 26) seront
à rendre agrafés aux copies.
Mise en situation
Une famille lyonnaise souhaite investir dans la construction de leur nouvelle habitation principale.
Consciente des enjeux liés au développement durable, elle souhaite que leur habitat soit respectueux de l’environnement et le plus économe possible en énergie.
Leur projet d’habitat, situé en bordure d’une route très fréquentée, est organisé sur deux niveaux (rez-de-chaussée et un étage). Les futurs propriétaires ont exprimé à l’architecte leur souhait de ne pas avoir d’ouverture en front de rue dans le séjour. Pour satisfaire à cette demande, l’architecte confit, à un bureau d’étude technique, la conception d’une nouvelle solution d’éclairage naturel du séjour pour maintenir le niveau de confort visuel.
L’agencement intérieur de la maison est organisé de la manière suivante :
une cuisine, une entrée, une chambre et un séjour au rez-de-chaussée ;
deux chambres, une salle de bain, un WC et un palier à l’étage.
La couverture de la maison est composée d’une toiture terrasse végétalisée et d’une couverture en ardoise. 
Plan du Rez de Chaussée
Plan du Rez de Chaussée
Fig n°1 : Plan du Rez de Chaussée
Partie 1 : le conduit de lumière
Choix et problème technique
L’objectif de cette partie est de mettre en évidence la réduction de la consommation électrique en privilégiant, pour maintenir un niveau de confort visuel, l’éclairage naturel au sein de l’habitat.
La notion de « facteur lumière du jour » (FLJ) permet d’estimer la qualité lumineuse.
Ce facteur est le rapport de l'éclairement naturel intérieur reçu en un point (généralement le plan de travail ou le niveau du sol) à l'éclairement extérieur simultané sur une surface horizontale, en site parfaitement dégagé, par ciel couvert. Il s'exprime en pourcentage.
Question 1.1
|
Analyser la figure n°1 du document technique DT1 « carte du facteur lumière du jour à l’état initial», donner une explication et justifier le manque de confort lumineux apporté par l’éclairage naturel ressenti par les occupants.
Vue générale du RDC
|
Voir DT1
|
Question 1.2
Voir DT2
|
Pour palier ce manque de luminosité, l’architecte envisage de mettre en place deux conduits de lumière. A l’aide du DT2, décrire le principe de fonctionnement du conduit de lumière et indiquer quels sont les principaux constituants.
|
Question 1.3
|
L’éclairement naturel moyen global horizontal (lumière du jour) est de l’ordre de 35 000 lx en France pendant la durée du jour.
Calculer le flux lumineux par m² correspondant à un éclairement de 35 000 lux.
Rappel : 1 lx = 1 lm  m-2
Pour un éclairage artificiel de type tube fluorescent de 1,20 m de longueur ayant un flux lumineux de 3400 lm, calculer le nombre de tubes fluorescents nécessaires pour obtenir l’équivalent de la lumière du jour.
|
Question 1.4
Voir DT3
|
Le flux lumineux Ft (en lm) que l’on peut transmettre à l’intérieur de la maison par un puits de lumière est donné par :
Eext = l’éclairement extérieur horizontal global (lx).
S : la section du puits de lumière (m²).
T1 : le facteur de transmission du collecteur de lumière (%).
T2 : le facteur de transmission du diffuseur de lumière (%).
: le rendement du puits dû aux réflexions multiples, fonction de la longueur (%).
A l’aide du DT3, pour un conduit de lumière de diamètre 375 mm, calculer le flux lumineux qui sera transmis à l’intérieur du séjour.
|
Question 1.5
Voir DT1
|
La figure n°2 du DT1 représente la nouvelle répartition du facteur de lumière avec la mise en place de deux conduits de lumière. Justifier si le choix de deux conduits permet réellement de résoudre le problème.
|
Question 1.6
Voir DT4 et DT5
|
A l’aide des DT4 et DT5, analyser et conclure sur les conséquences de la mise en place des deux conduits de lumière sur toute l’année.
Du point de vue énergétique, déterminer la quantité d’énergie annuellement économisée.
|
Partie 2 : le chauffe-eau solaire individuel (CESI) – ATLANTIC SOLERIO
Problématique générale :
Les futurs propriétaires de la maison individuelle, située près de Lyon (69), sont soucieux des problèmes environnementaux et économiques actuels. Ils décident d’équiper leur logement d’un chauffe-eau solaire.
La conception et l’installation d’un CESI doit répondre aux besoins et aux contraintes suivantes :
chauffer l’eau sanitaire en utilisant au maximum l’énergie solaire ;
garantir un investissement durable (économique et environnemental) ;
minimiser les pertes thermiques du ballon de stockage ;
optimiser les échanges énergétiques et la durée de vie du CESI.
Présentation du système
Le CESI de type électro-solaire à circulation forcée (de référence EC-300-2-CHA) est fabriquée par la société applications thermiques européennes (SATE), filiale du groupe Atlantic implantée à Fontaine (territoire de Belfort). 
Il comprend :
• deux capteurs solaires « Solar Plan 230 H » avec châssis et système de fixation incliné à 45 ° ;
• un réservoir de stockage de 300 litres en acier émaillé équipé d’un échangeur solaire et d’un appoint intégré électrique ;
• une pompe de circulation du fluide caloporteur (eau glycolée) constituant avec les capteurs, l'échangeur solaire et les accessoires hydrauliques et de sécurité, le circuit primaire du procédé. Ce circuit permet le transfert du fluide chauffé dans les capteurs solaires vers l'échangeur solaire du réservoir de stockage ;
• un système de régulation gérant les fonctions chauffage de l'eau chaude sanitaire par l'énergie solaire et par l'appoint.
L’objectif de cette étude est de répondre à la problématique suivante :
« Comment chauffer l’eau sanitaire en utilisant au maximum l’énergie solaire? »
Analyse de la solution retenue par le constructeur pour assurer le chauffage de l’eau sanitaire avec l’énergie solaire.
Question 2.1.
Voir DT6
DR1
|
À partir du schéma d’installation fourni dans le document DT6, renseigner les « blocks » du diagramme d’exigences représenté sur le document DR1, avec les noms des composants de l’installation.
|
Question 2.2.
Voir DT6
DR2
|
Après avoir repéré ces différents composants sur le schéma fluidique DR2, colorier : - le fluide caloporteur (eau glycolée) en vert ;
- l’eau chaude sanitaire en rouge ;
- l’eau froide sanitaire en bleu.
|
Question 2.3.
|
Citer deux composants autres que la résistance électrique assurant un transfert thermique au sein de ce système (exemple : la résistance électrique d’appoint permet le transfert de l’énergie électrique en énergie calorifique).
|
Vérification de la capacité énergétique et de l’efficacité énergétique de l’installation.
Question 2.4
Voir DT6
|
L’énergie solaire disponible est donnée par : 
À l’aide du document DT6, calculer l’énergie solaire générée par m2.
Déduire l’énergie solaire générée par l’installation composée de deux capteurs.
E : énergie solaire reçue en France en fonction de la localisation de l’installation en une journée par m2(en kWhm-2j).
fc : facteur de correction du fluide caloporteur fc = 0,9.
Les coefficients fi, fo sont à trouver dans le document technique DT6.
La figure suivante donne l’orientation des capteurs (rappel : inclinaison = 45°).
Les caractéristiques dimensionnelles des capteurs sont fournies DT6.
|
Question 2.5
|
Commenter le choix de l’implantation des capteurs solaires du CESI et proposer des améliorations afin d’optimiser la puissance de l’installation.
| |
