Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Le futur des énergies »
Sujet n°ENSSCI3222
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Une ingénieure, dénommée Romane, souhaite produire et distribuer un bureau qui aurait l’impact environnemental le plus faible possible.
Partie 1 – Analyse du cycle de vie d’un bureau classique
Dans un premier temps, l’ingénieure a identifié les différents moments du cycle de vie (document 1) d’un bureau composé de bois (chêne) et de métal (aluminium) et utilisé un graphique indiquant l’impact de chacune des étapes de ce cycle de vie sur l’environnement (document 2).
Document 1 – Cycle de vie d’un bureau composé de chêne et d’aluminium
Document 2 – Impact environnemental des différentes étapes du cycle de vie d’un bureau individuel en bois et métal
Par exemple, nous pouvons observer qu’un bureau en bois et métal a un impact sur le changement climatique réparti de la manière suivante : environ 75 % de cet impact provient de l’extraction et de la transformation des matières premières,
15 % est lié à sa fabrication, et 10 % à sa distribution. En revanche, la fin de vie du bureau permet de réduire son impact sur le changement climatique de 10 %, notamment grâce au recyclage des matériaux.
Source : Base de données « EcoInvent 3.4 » ; méthode de caractérisation : ILCD
1- Associer un des chiffres du document 1 avec une des phases du cycle de vie du bureau indiquée ci-dessous (la réponse doit être écrite sur la copie) :
Fabrication – Matières premières – Fin de vie – Transport – Stockage
1. Matières premières
2. Fabrication
3. Transport
4. Stockage
5. Fin de vie
2- Citer, à l’aide de connaissances personnelles, deux substances qui peuvent être émises au cours du cycle de vie d’un bureau et présenter un danger de toxicité pour l’être humain.
Deux substances qui peuvent être émises au cours du cycle de vie d’un bureau et présenter un danger de toxicité pour l’être humain sont :
- Le formaldéhyde
- Les métaux lourds
3- Expliquer comment le graphique du document 2 montre que le recyclage des matériaux a un impact environnemental bénéfique.
Le document 2 montre que, pour le changement climatique, l’impact sur la santé, les émissions de particules, l’eutrophisation des sources et l’épuisement des ressources minérales, l’impact environnemental est négatif (favorable).
En revanche, l’impact sur l’écotoxicité des eaux douces est positif (non bénéfique).
Ainsi, le recyclage des matériaux a un impact environnemental bénéfique.
4- Identifier grâce au document 2 l’étape du cycle de vie d’un bureau ayant l’impact environnemental le plus fort.
L’étape du cycle de vie d’un bureau ayant l’impact environnemental le plus fort est l’écotoxicité des eaux douces.
L’ingénieure a trouvé dans un rapport sur le site agriculture.gouv.fr, l’information suivante : « 25 % du chêne français est exporté en grumes (tronc débarrassé des branches) et réimporté après transformation en Asie ».
5- Dire en quoi cela explique en partie l’impact des matières premières utilisées pour ce bureau sur le changement climatique.
L’exportation du chêne en grumes vers l’Asie, puis sa réimportation après transformation, augmente l’impact environnemental du bureau en raison des émissions liées au transport longue distance. Le transport, génère des gaz à effet de serre.
De plus, la transformation à l’étranger peut utiliser des méthodes plus polluantes, augmentant l’impact global sur le changement climatique.
6- En tenant compte des informations fournies dans le document 2, classer sur la copie (en recopiant leurs noms et en justifiant vos choix) les solutions proposées ci-dessous de la plus efficace à la moins efficace pour réduire l’impact environnemental du cycle de vie d’un bureau sur le changement climatique.
- Design optimisé : concevoir un bureau nécessitant moins de matériaux sans compromettre leur robustesse.
- Standardisation des pièces : utiliser des pièces standardisées pour faciliter la réparation et le remplacement.
- Énergie renouvelable : alimenter les usines de production avec des sources d’énergie renouvelables.
- Distribution locale : proposer prioritairement la vente à une clientèle proche du site de production.
Voici le classement des solutions proposées, de la plus efficace à la moins efficace, pour réduire l’impact environnemental du cycle de vie d’un bureau sur le changement climatique, en tenant compte des informations du document 2 :
1. Design optimisé : Concevoir un bureau nécessitant moins de matériaux sans compromettre leur robustesse permet de réduire l’impact lié à l’extraction et à la transformation des matières premières, qui représente 75 % de l’impact environnemental. Moins de matériaux utilisés signifie moins de ressources extraites et transformées, donc un moindre impact climatique.
2. Énergie renouvelable : Alimenter les usines de production avec des sources d’énergie renouvelables permet de réduire l’impact environnemental lié à la fabrication, qui représente 15 % de l’impact global sur le changement climatique. Utiliser des sources d’énergie propre diminue directement les émissions de gaz à effet de serre lors de la production du bureau.
3. Distribution locale : Proposer la vente à une clientèle proche du site de production permet de réduire les émissions dues au transport (qui représente 10 % de l’impact environnemental). Cela minimise les distances parcourues, réduisant ainsi les émissions de CO2 liées à la distribution.
4. Standardisation des pièces : Utiliser des pièces standardisées facilite la réparation et le remplacement.
Partie 2 – Production et distribution du bureau issu de l’écoconception
L’ingénieure conçoit un bureau entièrement en bois. Après avoir effectué des choix raisonnés pour réduire l’impact environnemental de ce bureau, l’ingénieure a obtenu les résultats consultables sur le document 3.
Document 3 – Comparaison des impacts environnementaux du cycle de vie des bureaux produits en France (moyenne) et de celui conçu par l’ingénieure
Nous pouvons observer que le bureau de Romane a un impact environnemental globalement inférieur au bureau standard. Par exemple, l’impact environnemental lié à l’épuisement des ressources minérales correspond à un pourcentage d’à peine 50 % par rapport au bureau standard, il est donc réduit presque de moitié.
7- Sachant que l’ensemble du cycle de vie d’un bureau individuel est à l’origine de l’émission de 250 kg de dioxyde de carbone en moyenne, calculer d’après le graphique du document 3 la quantité de dioxyde de carbone émise au cours du cycle de vie du bureau conçu par l’ingénieure. Expliquer le raisonnement.
Calculons la moyenne des pourcentages d’impact environnemental du bureau de romane :
$$(30+10+65+10+5+50)/6=28,3 \%$$
L’impact environnemental moyen correspond à un pourcentage d’à peine 28,3% par rapport au bureau standard.
Calculons la quantité de dioxyde de carbone émise au cours du cycle de vie du bureau conçu par l’ingénieure :
$$28,3/100 \times 250=71\ \text{kg}$$
Ainsi, la quantité de dioxyde de carbone émise au cours du cycle de vie du bureau conçu par l’ingénieure est de 71 Kg.
8- Indiquer la décision prise par l’ingénieure qui lui a permis de réduire de moitié l’épuisement des ressources minérales.
La décision prise par l’ingénieure qui lui a permis de réduire de moitié l’épuisement des ressources minérales est de concevoir un bureau entièrement en bois.