Le soleil est depuis longtemps une source d'énergie prometteuse permettant de réduire notre empreinte carbone. Des chercheurs australiens réfléchissent à une nouvelle technologie : la peinture solaire. Elle permettrait de convertir l'énergie rayonnante (lumière) en énergie chimique puis électrique.
Imaginez un monde où chaque surface qui nous entoure (voiture, maison, bâtiment industriel…) pourrait nous apporter une énergie propre et renouvelable !

Les différentes sources d'énergie (6 points)

Le document ci-dessous indique les différentes sources d'énergie utilisées dans le monde.

1. À l'aide du document, citer deux sources d'énergie renouvelable et deux sources d'énergie non-renouvelable.
2. Citer la source d'énergie utilisée par la peinture développée par les chercheurs australiens.

Composition de la peinture solaire (5 points)

La peinture solaire est fabriquée avec du plastique polymère associé à du dioxyde de titane $TiO_{2}$ et du disulfure de molybdène $MoS_{2}$ synthétique.

3. Entourer ci-dessous le type d'espèce chimique à laquelle appartiennent $TiO_{2}$ et $MoS_{2}$.

ion molécule atome

Les fiches de sécurité de ces composants chimiques présentent, entre autres, les pictogrammes de
sécurité ci-dessous.

4. Expliquer les précautions à prendre lors de l'utilisation de cette peinture.

Principe de fonctionnement de la peinture solaire (8,5 points)

Ce matériau est capable en absorbant l'énergie solaire de transformer l'eau $H_{2}O$ présente dans l'air, en molécules de dioxygène $O_{2}$ et de dihydrogène $H_{2}$. Le dihydrogène sera ensuite utilisé comme source d'énergie pour produire de l'électricité.

5. Donner le nom et le nombre des atomes présents dans la molécule d'eau.
6. Entourer parmi les équations de réaction ci-dessous, celle qui correspond à la transformation réalisée par la peinture solaire.

$2 H_{2} + O_{2} \longrightarrow 2 H_{2}O$
$H_{2}O \longrightarrow O_{2} + H_{2}$
$2H_{2}O \longrightarrow 2H_{2} + O_{2}$

L'énergie chimique ainsi produite est convertie en électricité par une pile à hydrogène et peut être stockée dans une batterie.

7. À l'aide des mots donnés dans le tableau suivant, compléter le diagramme de conversion d'énergie d'une voiture recouverte d'une peinture solaire.

Production énergétique d'une voiture recouverte de peinture solaire (5,5 points)

Pour rouler, une voiture a besoin des éléments électriques suivants branchés en dérivation.

8. Justifier l'intérêt d'un branchement en dérivation de ces éléments.

Pour une journée ensoleillée, on considère que 1 m² de peinture fournit une puissance d'environ
45 W. Une voiture citadine présente une surface de carrosserie d'environ 12 m².
On recouvre la carrosserie de peinture solaire.

9. Déterminer si cela suffira à alimenter tous les éléments électriques de la voiture.

Toute réponse même partielle sera valorisée.

I. Les différentes sources d'énergie (6 points)**

1. Citer deux sources d'énergie renouvelable et deux sources d'énergie non-renouvelable.

• Sources renouvelables : Biomasse, Eau (ou Soleil).
• Sources non-renouvelables : Pétrole, Charbon (ou Gaz, Uranium).

2. Source d'énergie utilisée par la peinture solaire :

• La source d'énergie utilisée est le soleil (énergie rayonnante).

II. Composition de la peinture solaire (5 points)

3. Type d'espèce chimique ($TiO_{2}$ et $MoS_{2}$) :

• Il faut entourer : molécule.

4. Précautions à prendre lors de l'utilisation : D'après les pictogrammes de danger (nocif/irritant et danger pour la santé), il faut :

• Porter des équipements de protection (gants, lunettes, blouse).
• Travailler dans un endroit aéré ou ventilé.
• Éviter le contact avec la peau et les yeux.

III. Principe de fonctionnement (8,5 points)

5. Atomes présents dans la molécule d'eau ($H_{2}O$) :

• 2 atomes d'hydrogène.
• 1 atome d'oxygène.

6. Équation de la réaction :

• L'équation correcte est : $2 H_{2}O \longrightarrow 2 H_{2} + O_{2}$.

7. Diagramme de conversion d'énergie :

IV. Production énergétique d'une voiture (5,5 points)

8. Intérêt d'un branchement en dérivation :

• Le branchement en dérivation permet aux appareils de fonctionner de façon indépendante (si l'un tombe en panne, les autres fonctionnent encore) et de recevoir la même tension.

9. La peinture suffira-t-elle à alimenter les équipements ?

• Calcul de la puissance totale : $110$ + 40 + 60 + 20 + 80 = 310 W
• Calcul de la production de la voiture : Surface = $12$ $m^2$ | Production = $45$ W/m$^2$ $12$ \times 45 $=$ 540 W

Conclusion : Oui, cela suffira car la puissance produite ($540$ W) est supérieure à la puissance des équipements ($310$ W).