Les démarches engagées et les essais, même non aboutis, seront pris en compte.

Le circuit de Monza, en Italie, est un circuit de course automobile de Formule 1 comportant 11 virages.

Les voitures, à l'arrêt sur la zone de départ (point A), peuvent atteindre une vitesse de 330 km/h au point B.
Question 1 (1 point) : Décrire le mouvement d'une voiture entre les points A et B, au départ de la course, en utilisant le vocabulaire proposé dans la liste suivante :
rectiligne, uniforme, accéléré, circulaire, ralenti
Aucune justification n’est attendue.
L'essence utilisée peut être assimilée à de l'octane de formule chimique $\text{C}_8\text{H}_{18}$.
Dans le moteur, l'octane réagit avec le dioxygène pour produire de l'eau et du dioxyde de carbone.
octane + dioxygène $\rightarrow$ dioxyde de carbone + eau
Question 2 (1 point) : Donner le nom et le nombre d'atomes présents dans la molécule d'octane.
Question 3 (1 point) : Donner le nom et la formule chimique du gaz produit lors de la combustion, qui contribue au réchauffement climatique et à l'acidification des océans.

Lors de la course, une voiture a consommé 100 kg d'essence et 351 kg de dioxygène. Elle a rejeté 309 kg de dioxyde de carbone.
Question 4 (2 points) : Déterminer, en expliquant la démarche, la masse d'eau rejetée dans l'atmosphère lors de la course par la voiture.

Face aux enjeux environnementaux, la fédération internationale de l'automobile a mis en place un groupe de réflexion sur l'utilisation de moteurs à hydrogène pour ne plus utiliser d'essence. En effet, lors de son utilisation le moteur à hydrogène ne produit que de l'eau.

Lors de la course, la combustion des 100 kg d’essence a fourni une énergie de 1200 kWh.
Question 5 (1,5 points) : Déterminer la masse et le volume de dihydrogène nécessaires pour produire la même quantité d’énergie que celle fournie par la combustion de l’essence lors de la course à l'aide des deux graphiques ci-dessus.
Question 6 (1 point) : En déduire un avantage et un inconvénient de remplacer l'essence par du dihydrogène.
Le dihydrogène nécessaire pour effectuer la course est fabriqué en consommant 2400 kWh d’énergie électrique. Cette énergie est produite par des centrales électriques.

Source : GIEC, 2018
Question 7 (2,5 points) : Identifier en précisant le raisonnement quels types de centrales électriques permettent la fabrication du dihydrogène pour la course en émettant moins de dioxyde de carbone que celui produit par la combustion des 100 kg d'essence.
Une réponse rédigée en deux à quatre lignes est attendue. La qualité de la rédaction sera évaluée.

La trajectoire est une droite et la vitesse augmente.
Le mouvement d'une voiture entre les points A et B est rectiligne accéléré.

La molécule d'octane contient :

• 8 atomes de carbone (symbole $\text{C}$)

• 18 atomes d'hydrogène (symbole $\text{H}$)

  Soit un total de 26 atomes au sein de la molécule.

Le gaz produit est le dioxyde de carbone, de formule chimique $\text{CO}_2$.

Lors d'une transformation chimique, la masse se conserve : la masse totale des réactifs consommés est égale à la masse totale des produits formés.

$\text{Masse}_{\text{totale des réactifs}} = \text{Masse}_{\text{totale des produits}}$

Les réactifs sont l'essence (octane) et le dioxygène.

$\text{Masse}_{\text{réactifs}} = m_{\text{essence}} + m_{\text{dioxygène}} = 100\text{ kg} + 351\text{ kg} = 451\text{ kg}$

Les produits sont le dioxyde de carbone et l'eau. On sait que la voiture a rejeté $309\text{ kg}$ de dioxyde de carbone.

$\text{Masse}_{\text{produits}} = m_{\text{dioxyde de carbone}} + m_{\text{eau}} = 309\text{ kg} + m_{\text{eau}}$

Calcul de la masse d'eau ( $m_{\text{eau}}$ ) :

$309\text{ kg} + m_{\text{eau}} = 451\text{ kg}$

$m_{\text{eau}} = 451\text{ kg} - 309\text{ kg} = 142\text{ kg}$

La masse d'eau rejetée dans l'atmosphère par la voiture est de 142 kg.

On lit un volume de $500\text{ L}$ de dihydrogène.

On lit une masse de $35,5\text{ kg}$ de dihydrogène.

• Avantage : La voiture a besoin d'embarquer une masse de carburant plus faible pour la course ($35,5\text{ kg}$ de dihydrogène contre $100\text{ kg}$ d'essence), ce qui l'allège.
• Autre avantage : La combustion du dihydrogène ne produit que de l'eau et pas de dioxyde de carbone qui participe au réchauffement climatique.
• Inconvénient : Volume et stockage : Le volume nécessaire de dihydrogène est très encombrant ($500\text{ L}$. Le réservoir est énorme.
• Autre inconvénient : Il faut beaucoup d’énergie pour produire le dihydrogène (2400 kWh d'énergie électrique pour 1200 kWh d'énergie chimique).

Lors de la course, une voiture a consommé 100 kg d'essence et a rejeté 309 kg de dioxyde de carbone.
La fabrication du dihydrogène consomme $2400\text{ kWh}$ d'énergie électrique.

Pour produire moins de dioxyde de carbone, il faut une émission de :

$\text{Seuil} = \frac{309~000\text{ g}}{2400\text{ kWh}} = 128,75\text{ g/kWh}$

On compare ce seuil aux valeurs du tableau. Seules les technologies émettant moins de $128,75\text{ g/kWh}$ sont acceptables :

• hydrauliques ($24\text{ g/kWh}$),
• nucléaires ($12\text{ g/kWh}$)
• éoliennes ($11\text{ g/kWh}$)

Autre façon de faire :
Calcul de l'émission de CO₂ en g pour 2400 kWh :

Pour produire le dihydrogène, il faut 2400 kWh d'électricité. Les centrales au charbon (1 968 kg) et au gaz naturel (1 176 kg) émettent davantage de dioxyde de carbone que l'essence.

En revanche, les centrales hydrauliques (57,6 kg), nucléaires (28,8 kg) et éoliennes (26,4 kg) en émettent moins (inférieur à 309 kg) - donc elles seront utilisées pour fabriquer le dihydrogène pour la course.