Chapitre 4 : Énergie solaire et habitat


1. L’énergie solaire

1. Caractéristiques du rayonnement solaire reçu sur terre

L’énergie solaire arrive à la surface de la Terre sous la forme d’un rayonnement électromagnétique dont les longueurs d’onde vont de l’ultraviolet à l’infrarouge, avec un maximum situé dans le visible.

Une grande partie du rayonnement est renvoyée ou absorbée par l’atmosphère : les rayonnements suffisamment énergétiques pouvant être utilisés sont les UV proches, le visible et le proche IR.

1. Solutions dans l’habitat

• Des panneaux solaires thermiques permettent la conversion en énergie thermique pour produire l’eau chaude sanitaire
• Des panneaux photovoltaïques permettent la conversion en énergie électrique en délivrant un courant continu quand ils sont éclairés.

2. Conversion thermique par panneau solaire thermique

Un fluide caloporteur (mélange eau+glycol) s’échauffe : ce fluide circule dans un absorbeur peint en noir placé sous un vitrage(ce qui ajoute l’effet de serre).

Le fluide restitue la chaleur emmagasinée directement ou via un échangeur pour le chauffage ou l’eau chaude.

Le rendement de la plupart des panneaux solaires thermiques utilisés dans de bonnes conditions varie entre 60 et 100 %.

3. Conversion électrique ( photovoltaïque)

3.1 Caractéristiques des panneaux photovoltaïques

Les panneaux photovoltaïques sont constitués de cellules photovoltaïques ( ou photopiles) réalisées en matériau semi-conducteur ( silicium en général).

Une cellule photovoltaïque fournit un courant et une tension continus : l’énergie de rayonnement est transformée en énergie électrique.

L’énergie électrique est transmise à un onduleur qui convertit la tension continue en une tension alternative de caractéristiques 230V,50Hz, directement utilisée ou réinjectée sur le réseau EDF.

Caractéristique courant-tension d’une cellule photovoltaïque ( TP8) :

- Le courant produit dépend de l’éclairement
- Sur un large domaine, la cellule photovoltaïque se comporte comme un générateur de courant.
- Il existe une puissance maximale appelée puissance crête.

Le rendement d'un panneau photovoltaïque est définie par :

η = Pc / Pl	η sans unité
	Pc (puissance crête) en W
	Pl (puissance lumineuse) en W

3.2 Interprétation de la conversion photovoltaïque

La lumière peut être considérée à la fois comme une onde électromagnétique (caractérisée par sa fréquence et sa longueur d'onde) et comme un flux de particules non chargées et de masses nulles : Les photons.

Chaque photon transporte une énergie E donnée par la relation suivante :

E = h * ν = h*( c / ͘λ )	E énergie en J
	h constante de Planck 6,62*10^-34 J.s
	ν la fréquence en Hz
	c vitesse de la lumière 3,0*10^8 m/s
	λ la longueur d'onde en m

Le joule étant une énergie très grande pour un photon on utilise l'électronvolt (eV) : 1 eV = 1,6*10^-19J.

Un photon absorbé par une cellule photovoltaïque fournit de l'énergie à un électron qui est arraché à son atome, cela génère un courant électrique.

Pour le silicium, l'énergie d'un photon doit être supérieur à 1,12eV pour arracher un électron ; on peut alors vérifier que le silicium produit un courant électrique s'il est éclairé par une onde lumineuse dont la longueur d'onde est inférieur à 1,1µm (proche des IR) ; il convient donc pour capter la lumière solaire arrivant à la surface de la Terre.

Plus le panneau photovoltaïque reçoit de photons d'énergie suffisante, plus l'intensité et la puissance électrique sont importantes.

Chapitre 3 : Les produit d'entretient

1. Notion de couple acide-base

Un acide est une espèce chimique (molécule ou ion) susceptible de céder au moins un proton.

Une base est une espèce chimique (molécule ou ion) susceptible de capter au moins un proton.

Un couple acide-base est constitué de deux espèces chimiques, qui se transforment l’une en l’autre par échange d’un proton.

D’où la demi- équation protonique : acide = base + H⁺

Exemples :

Acide éthanoïque/ion éthanoate : H3C-COOH = H3C-COO- + H⁺

2. Cas particulier : les espèces ampholytes

L’eau est une espèce ampholyte, elle peut jouer le rôle d’acide ou de base et elle appartient à deux couples :

L'eau est l'acide du couple H2O(l)/HO-(aq) et la base du couple H3O+/H2O(l)

3. Réaction acido-basique en solution aqueuse

Une réaction acide-base met en jeu deux couples acide-base.

L’équation chimique s’écrira : acide1 + base2 = base1 + acide2

4. pH et concentration en ions oxonium [ H₃O⁺ ]

Le pH d’une solution aqueuse est un nombre sans unité, compris entre 0 et 14.

Il qualifie le caractère acide ou basique d’une solution.

Par définition, le pH est lié à la concentration molaire de la solution en ions H₃O⁺ , nommés ions oxonium ( ou hydronium ), par la relation :

[ H₃O⁺ ]= 10 ^–pH ou pH = - log[ H₃O⁺ ]

Exemple : si le pH=4, calculer la concentration molaire en ions H₃O^+.

[ H3O+] = 10^-4 mol.L^-1

Plus la concentration en ions H₃O⁺ d’une solution est grande, plus la solution est acide et plus le pH est petit : son pH est inférieur à 7.

Plus la concentration en ions H₃O⁺ d’une solution est petite, plus la solution est basique et plus le pH est grand : son pH est supérieur à 7.

Une solution aqueuse est neutre si son pH est égal à 7.

On peut mesurer le pH à l’aide :

Du papier pH ( peu précis)

Du pH-mètre ( cf TPN°5)

Chapitre 2 : Les capteurs

1.Présentation des capteurs

Dans de nombreux domaines (industrie, recherche scientifique, service, loisirs…), on a besoin de contrôler de nombreux paramètres physiques (température, force, position, vitesse, luminosité….).

Le capteur est l’élément indispensable à la mesure de ces grandeurs physiques.

Dans l’habitat, on parle de domotique, c’est-à- dire l’ensemble des techniques de l’électronique, d’automatisme ou d’informatique utilisées dans l’habitat dans le but d’améliorer la sécurité, le confort et la gestion des énergies.

2.Définition d’un capteur

Capteur : Un capteur est un organe de prélèvement d’information qui élabore à partir d’une grandeur physique d'entrée E appelée mesurande (éclairement,température,…) en une grandeur de sorti mesurable appelée réponse (très souvent électrique, telle que la tension, intensité et résistance…..).

Cette grandeur représentative de la grandeur prélevée est utilisable à des fins de mesure ou de commande.

Exemple : une photorésistance

Le signal électrique délivré par le capteur peut être de différentes natures :

Sortie analogique : grandeur qui varient de façon continue au cours du temps.

Sortie numérique  :succession de valeurs discrètes (codage binaire).

3. Caractéristiques des capteurs

Étendue de mesure : Valeurs extrêmes pouvant être mesurées par le capteur.

Résolution : Plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur.

Sensibilité : Variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal d’entrée.

Précision : Aptitude du capteur à donner une mesure proche de la valeur vraie.

Rapidité : Temps de réaction du capteur.

Fidélité : Aptitude du capteur à toujours restituer la même valeur de sortie à chaque fois qu’il est soumis à une même valeur d’entrée.

4. Application des capteurs : chaîne de mesures informatisée

La structure de base d’une chaîne de mesure comprend au minimum quatre étages :

- Un capteur sensible aux variations d’une grandeur physique et qui, à partir de ces variations, délivre un signal électrique.

- Un conditionneur de signal dont le rôle principal est l’amplification du signal délivré par le capteur pour lui donner un niveau compatible avec l’unité de numérisation ; cet étage peut parfois intégrer un filtre qui réduit les perturbations présentes sur le signal.

- Une unité de numérisation qui va échantillonner le signal à intervalles réguliers et affecter un nombre à chaque point d’échantillonnage.

- L’unité de traitement informatique peut exploiter les mesures qui sont maintenant une suite de nombres.

5. Différents types de capteurs

A. Les capteurs actifs

Un capteur actif est en général fondé sur un principe physique, qui assure la conversion en énergie électrique de la forme d’énergie propre à la grandeur physique à prélever, énergie thermique, mécanique ou rayonnement. Il nécessite une alimentation extérieure.

B. Les capteurs passifs

Pour un capteur passif, la grandeur physique d’entrée modifie l’impédance ( résistance, capacité, inductance) du capteur. Il ne nécessite pas d’alimentation.

La variation d’impédance résulte :

Soit d’une variation de dimension du capteur, c’est le principe de fonctionnement d’un grand nombre de capteur de position, inductance à noyaux mobiles, condensateur à armature mobile.

Soit d’une déformation résultant de force ou de grandeur s’y ramenant, pression, accélération.

6. Les erreurs de mesures

Erreur systématique et erreur aléatoire

On distingue deux types d’erreurs :

 - L’erreur systématique : elle surévalue ou sous évalue de la même façon toute valeur mesurée ; elle peut être réduite par des réglages.

 - L’erreur aléatoire : se reproduit lors de la même mesure et dans des conditions identiques.

Incertitudes liées à la mesure : L’incertitude relative représente l’importance de l’incertitude par rapport à la grandeur mesurée.

Chapitre1 : Les ondes EOM

1. Propagation

Les ondes électromagnétiques(EOM) se propagent dans l’air ou le vide à la célérité

C= 3,0*10^8 m.s-1

C’est une vitesse limite.

2. Fréquence et longueur d’onde

Une onde est caractérisée par sa fréquence f, imposée par la source et indépendante du milieu.

La longueur d’onde λ, dépend du milieu de propagation et est liée à la fréquence f ou à la période T.

λ = C * T et  λ= C / f

3.Structure

Une onde électromagnétique est composée d’un champ électrique E et d’un champ magnétique B. Les deux champs :

• Sont périodiques dans le temps et l’espace
• Sont perpendiculaires l’un à l’autre et à la direction de propagation (ondes transversales)
• Ont des amplitudes de rapport constant
• Ont la même fréquence et la même longueur d’onde.

Le champ électrique se mesure en V / m

Le champ magnétique se mesure en A / m ou en T (Tesla)

4. Ondes électromagnétiques et communication

A. Les ondes lumineuses

Les ondes lumineuses sont constituées des UV, du visible et des IR.

La longueur d’onde des ondes lumineuses est comprise entre 10 nm et 1 mm.

Les ondes IR sont utilisées pour des communications à faible distance.

B. Les ondes hertziennes

Les ondes hertziennes utilisées pour les communications ont un large spectre avec des longueurs d’onde comprises entre 1 mm et 10 km.
Des ondes hertziennes sont produites quand une antenne émettrice est connectée à un circuit parcouru par un courant alternatif de haute fréquence.
Elles se propagent dans toutes les directions.
Une antenne réceptrice associée à un montage électronique permet de recevoir et de convertir l’onde EOM en un signal numérique ou analogique utilisable.

La mesure en point de l’intensité du champ électrique de l’onde permet de caractériser le niveau de cette onde.

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3. Les échanges

L’Homme est une personne qui ne peux se passer d’autrui : c'est un être social. En cela il est obligé de partagé sa vie avec les autres, se qui le conduit à échanger des biens matériels (exemple : nourriture) et des biens immatériels (culture). L'échange se base sur l'équivalence de la valeur que les particulier attribut au bien. Le travail est un échange. L'argent est le meilleur moyen pour acquérir un bien pour ça valeur exacte. La différence qu'il existe entre le don et l'échange se traduit par le fait que le don se passe dans un seul sens. C'est un moyen d'affirmer une position, comme un cadeaux ou une marque de puissance. Les échanges ayant une grande importance, elle ont un poids politique.

Au fil des textes

Aristote essaye de définir qu'elles sont les caractéristiques d'une cité. Une cité n'est pas seulement un lieu où se réunissent des personnes et où elles échangent entre elles, mais c'est aussi un rassemblement d' idéologies communes, une histoire et ancêtre. Les échanges ne permettent pas à eux seul de créer les liens pour ériger une cité.

"La Cité n'a [pas] été institué pour le simple effet de se préserver des injustices d'autrui ou d'entretenir commerce." Aristote, La Politique (IVe av J.C.)

Rousseau cherche a définir l'origine des langues. La langue humaine, contrairement à celle des animaux, est l'expression des ses passions. Le besoin des Hommes d'échanger une émotion, de la faire ressentir est le prémisse des différentes langues qui ont ensuite évoluées pour exprimer. Le premier besoin de l'Homme a été de se séparer.

"Ce n'est ni la faim ni la soif, mais l'amour, la haine, la pitié, la colère qui leur ont arraché les premières voix." Rousseau, Essai sur l'origine des langues (1756)

La Fontaine par le biais de la fable montre que la flatterie peu être considérée comme un bien, puisque en échange de celle ci, le Renard perçoit le fromage. L'échange n'est pas équitable, car le Corbeau ne pensait pas celui se passerais de ses manières.

"Cette leçon vaut bien un fromage, sans doute." La Fontaine, Le Corbeau et le Renard (1668)

Marx réfléchie sur l'importance de l'argent dans la société. Or la qualité première de l'argent est de permettre la possession de n'importe quel objet. L'argent est donc une puissance majeur pour ceux qui la possède, elle entraîne donc, des inégalité entre les individus. Pourtant les qualité ne peuvent être acheté, exemple le courage, mais acheter une personne reviens à acheter ses qualités. L'argent rend l'homme moins humain.

''Il [,l'argent,] apparaît alors aussi comme cette puissance de perversion contre l’individu et contre les liens sociaux.'' Marx, Manuscrits de 1844 (1844)

D’Aquin montre que l'échange des possessions ne s'inscrit pas dans le droit naturel, mais dans le droit positif (qui s'oppose au droit naturel) qui désigne l'ensemble des règles dans un État. Droit naturel ,qui pour lui, est le fait de posséder que ce qui nous est propre. Il est aussi dans le droit naturel de donner se que nous possédons en trop. Cette réflexion à pour but de définir l'origine de la propriété.

''Ainsi la propriété n'est pas contraire au droit naturel, mais elle s'y surajoute par une précision due à la raison humaine.'' D’Aquin, Somme théologique (1266-1273)

Locke cherche l'importance de l'argent. Avant la civilisation les hommes pouvait prendre dans la nature le nécessaire pour vivre. A l'inverse il allait contre les ''lois communes de la nature''. Pourtant si cet homme qui possède un surplus de nourriture et cherche à l'échanger contre des denrées durables, cet homme là serait légitime. L'argent permet de palier les contraintes de la nature car il est durable et non périssable.

''Nous voilà parvenus à l'usage de l'argent monnayé, c'est à dire une chose durable, que l'on peut garder longtemps, sans craindre qu'elle se gâte et pourrisse'' Locke, Traité du gouvernement civil (1690)

Weil explique l'importance du dialogue. Le dialogue, chose raisonné, permet de définir lequel des deux interlocuteurs à tort. Le dialogue est nécessaire car il remplace la violence. Les société vivent donc sous un constant dialogue puisqu'elles sont contre la violence. Le dialogue est un échange basé sur une réflexion, contrairement à la violence.

'' Quand on est pas du même avis : il faut se mettre d'accord ou se battre jusqu'à ce que l'une des deux thèses disparaisse avec celui qui l'a défendue'' Weil, Logique de la philosophie (1967)

2. L'art et la technique

A l'origine l'art et la technique sont la même chose car elles désigne tout deux une création humaine. La technique permet le progrès de l'art et de la société et inversement, l'art et la société induise les progrès techniques. Pourtant on peut différencié deux type de technique : celles qui se transmettent, dans la conception des choses et celle qui relève de la prouesse dans une discipline.

L'art contrairement à la technique n'a pas de d’emploi en soit, pourtant les deux combiné se retrouve partout car un objet et plus esthétique à l’œil s'il représente son usage. La différence entre l'art et la technique est que l'art se dispense de règle et que la technique surpasse la nature.

Au fil des textes

Baudelaire voit en la photographie une grande avancé technique qui va permettre au Hommes de l'aider dans de nombreux domaine. Mais il exprime aussi ses craintes de voir la photographie empiéter sur l'art car elle peux faire toute seul se que l'Homme fait en travaillant avec ses propres sentiment.

"Mais s'il lui est palpable d'empiéter sur le domaine de l'impalpable et de l'imaginaire, sur tout se qui ne vaut que parce que l'homme y ajoute de son âme, alors malheur à nous !" Baudelaire, Le Public moderne et la photographie (1859)

Platon inscrit la naissance des techniques par le biais de la mythologie grecque. Les animaux étant été créer avec un équilibre par Épiméthée, il restait les Hommes dépourvu de qualité. C'est alors que Prométhée décida de volé Héphaïstos et Athéna pour donné aux Hommes le feu et l’intelligence de créer ses propres armes. Les Hommes par la technique purent donc sortir de l'équilibre de la nature.

" [ ... ] si bien qu'ayant volé à la fois les arts du feu [ ... ] et les autres qui appartiennent à Athéna, il put les donné a l'homme" Platon, Protagoras (IV av J.C.)

Kant cherche à montrer la différence qu'il y à entre l'art qui vient de la nature et celle de l'Homme. Celle de l'animal ne se fait qu'instinctivement, sans aucune autre volonté que la nécessite dans l'exemple de la ruche. Au contraire l'Homme lui cherche par une réflexion à créer ; c'est en cela que le vrai art se distingue du naturel.

" [ ... ] quand on nomme simplement une chose une œuvre d'art [ ... ] on entend toujours par là une œuvre de l'homme." Kant, Critique de la faculté de juger (1790)

Hegel exprime son opinion selon laquelle l'art n'est qu'une reproduction de la nature. L'art c'est créer L'homme se complaît dans le pouvoir qu'il a de recréer se qui existe déjà. Pourtant il distingue une autre forme de création celle pour la technique, qui n'existe pas dans la nature. C'est en celle là que l'homme se surpasse.

" L'homme montre mieux son habilité dans des productions surgissant de l'esprit qu'en imitant la nature" Hegel, Esthétique (1832)

Benjamin montre l'importance de la technique dans l'art. En effet l'art partant du principe qu'elle à été créée par l'Homme, elle peux être reproduite. Et plus l'art avance plus elle est créer pour pouvoir être reproduite, dans un même temps les techniques évoluent pour mieux pour les reproduire.

" De plus en plus, l’œuvre d'art reproduite devient reproduction d'une œuvre d'art conçue pour être reproductible" Benjamin, L’œuvre d'art à l'époque de sa reproductibilité technique (1939)

Wittgenstein distingue deux types de personnes : celles qui savent porté un jugement objectif, car elles ont les capacité ,qui leurs viennent de leur formation ou de leur centre d’intérêt, et celles qui porte un jugement subjectif. L’avis sur l'art peu donc prendre des formes différentes selon la personne qui la regarde.

"D'un côté, un coup d’œil large, sans être profond ni vaste ; d'un autre coté, un coup d’œil très étroit, concentré et circonscrit." Wittgenstein, Leçons et conversations sur l'esthétique (1938)

Van Gogh écrit à son frère sur la perception qu'il a de son œuvre. Il souhaite créer un tableau qui puisse sans aucun conteste faire penser à se qui est peint. Il souhaite créer un tout, de tel sorte que ceux qui le regarde n'ait qu'un seul avis même négatif.

" [ ... ] on aurait tort, à mon avis, de donner à une peinture de paysans, un certain poli conventionnel." Van Gogh, Lettre à son frère Théo (1885)

Plotin réfléchit sur l'utilité de l'art sur la matière. Il déduit que l'art est une représentation de la beauté, car même s'il existe un objet naturel le reproduire revient à lui insufflé une pensée. C'est en cela que l'art est beau car elle créer une réflexion.

" Si donc l'art [ ... ] produit la beauté à partir de l'idée l'objet qu'il façonne, il est plus beau [ ... ] plus élevée et plus belle que cette beauté qui réside dans l'extériorité des choses." Plotin, Du Beau intelligible (260 ap. J.C.)