Le Maqueen Lite est un petit robot éducatif conçu par DFRobot pour être utilisé notamment avec une carte micro. Il est destiné à l’apprentissage de la programmation, de la robotique et à la réalisation de projets pédagogiques.

Le robot possède deux moteurs métalliques de type N20, deux roues motrices, une roulette d’appui, deux capteurs infrarouges pour le suivi de ligne, un buzzer, un récepteur infrarouge, des LED et plusieurs connecteurs permettant d’ajouter des capteurs, des servomoteurs ou un capteur ultrason.

Ses dimensions générales sont d’environ 81 × 85 × 44 mm. L’alimentation est comprise entre 3,5 V et 5 V, généralement grâce à un boîtier contenant 3 piles AAA.

Pour une modélisation sous SolidWorks, on peut retenir comme dimensions principales approximatives :

• carte/châssis : environ 81 × 65 × 1,6 mm ;
• carte micro : environ 52 × 43 mm ;
• roues : environ Ø 42 mm, largeur 8 à 10 mm ;
• moteurs N20 : environ 26 × 12 × 10 mm ;
• arbre moteur : environ Ø 3 mm ;
• roulette avant : environ Ø 12 à 14 mm ;
• capteur ultrason HC-SR04 : environ 45 × 20 mm ;
• transducteurs ultrason : environ Ø 16 mm ;
• support de piles 3 × AAA : environ 53 × 37 × 13 mm.

Ces dimensions sont suffisantes pour réaliser une maquette CAO simplifiée du Maqueen. En revanche, DFRobot ne fournit pas de plan mécanique complet coté de toutes les pièces et de tous les perçages. Certaines dimensions internes doivent donc être relevées directement sur le robot ou estimées à partir des composants standards.

La documentation technique officielle est disponible sur le site de DFRobot :

Documentation générale du Maqueen Lite :
https://wiki.dfrobot.com/rob0148-en/

Fiche produit officielle :
https://www.dfrobot.com/product-1872.html

Guide de démarrage et d’utilisation :
https://wiki.dfrobot.com/rob0148-en/docs/22595

Documentation de référence et description des composants :
https://wiki.dfrobot.com/rob0148-en/docs/20836

Ces documents présentent les caractéristiques électriques, les différents capteurs, les interfaces disponibles ainsi que les principales possibilités d’utilisation du robot.

1ère STI2D – Enseignement I2D

1. Les formes d’énergie

L’énergie permet à un système de produire une action : mouvement, chaleur, lumière…

Elle existe sous différentes formes :

• Électrique : alimentation d’un moteur.
• Mécanique : mouvement d’une machine.
• Thermique : chauffage d’une pièce.
• Chimique : énergie stockée dans un carburant ou une batterie.
• Rayonnante : énergie solaire, lumière.

Un système peut convertir une forme d’énergie en une autre.

Exemple : un moteur électrique transforme l’énergie électrique en énergie mécanique, avec des pertes sous forme de chaleur.

2. Énergie et puissance

La puissance représente la quantité d’énergie consommée ou transférée par unité de temps.

La relation fondamentale est :

\[ \boxed{E=P\times t} \]

Énergie = Puissance × Temps

Grandeur	Symbole	Unité
Énergie	E	Joule (J) ou wattheure (Wh)
Puissance	P	Watt (W)
Temps	t	Seconde (s) ou heure (h)

Conversions importantes :

• 1 kW = 1 000 W
• 1 kWh = 1 000 Wh
• 1 Wh = 3 600 J
• 1 kWh = 3 600 000 J

Attention aux unités : pour calculer des joules, utiliser des watts et des secondes. Pour calculer des Wh, utiliser des watts et des heures.

Exemple : un appareil de 500 W fonctionne pendant 3 heures.

\[ E=500\times3=\boxed{1500\ \text{Wh}=1,5\ \text{kWh}} \]

3. Le rendement énergétique

Lorsqu’un système transforme de l’énergie, une partie est perdue, notamment sous forme de chaleur.

Le rendement représente la proportion de puissance réellement utile par rapport à la puissance absorbée.

\[ \boxed{\eta=\frac{P_{utile}}{P_{absorbée}}} \]

Le rendement \(\eta\) n’a pas d’unité. Il est compris entre 0 et 1 et s’exprime souvent en pourcentage.

Exemple : un moteur absorbe 1 000 W et fournit 900 W.

\[ \eta=\frac{900}{1000}=0,90=\boxed{90\,\%} \]

Les pertes représentent ici 100 W.

Quelques rendements donnés dans le cours :

Système	Rendement
Moteur thermique automobile	35 %
Moteur électrique	90 %
Transformateur	95 %
Chaudière à gaz	90 %
Convecteur électrique	100 %

4. La chaîne énergétique

L’énergie subit plusieurs transformations avant d’être utilisée.

À chaque transformation, une partie de l’énergie est perdue.

On distingue l’énergie primaire (disponible dans la nature), l’énergie finale (livrée à l’utilisateur) et l’énergie utile (effectivement utilisée pour l’action recherchée).

Pour plusieurs conversions successives :

\[ \boxed{\eta_{global}=\eta_1\times\eta_2\times\eta_3} \]

5. Les chaînes fonctionnelles d’un système

Un système technique comporte deux chaînes complémentaires.

Chaîne d’information :

ACQUÉRIR

TRAITER

COMMUNIQUER

Elle permet de récupérer des informations, de les traiter et de transmettre des ordres.

Chaîne de puissance :

ALIMENTER

DISTRIBUER

CONVERTIR

TRANSMETTRE

Elle permet de fournir l’énergie nécessaire à la réalisation d’une action mécanique, thermique ou autre.

6. Calculer le coût d’une consommation

La consommation d’électricité est généralement facturée en kilowattheures (kWh).

\[ \boxed{\text{Coût}=E_{\text{(kWh)}}\times\text{Prix du kWh}} \]

Exemple : un appareil consomme 2 kWh par jour. Le prix est de 0,15 €/kWh.

\[ \text{Coût annuel}=2\times365\times0,15 \]

\[ \boxed{109,50\ €} \]

À retenir pour les exercices

\[ \boxed{E=P\times t} \]

\[ \boxed{P=\frac{E}{t}} \]

\[ \boxed{\eta=\frac{P_{utile}}{P_{absorbée}}} \]

\[ \boxed{P_{perdue}=P_{absorbée}-P_{utile}} \]

\[ \boxed{\eta_{global}=\eta_1\times\eta_2\times\cdots} \]

Les trois réflexes à avoir : convertir correctement les unités, identifier la puissance absorbée et la puissance utile, puis vérifier la cohérence du résultat.

S’exercer avec des sujets de bac

Voici les liens PDF des sujets officiels du bac STI2D, sans correction.

Année	Sujet	Questions	PDF du sujet
2024	C.I.M.E. – Transport des sportifs	1.2 à 1.4	Sujet 2024 (PDF)
2021	Piscine – Cogénération au gaz	2.1 et 2.2	Sujet 2021 (PDF)
2022	Boiséo – Chauffage des bassins	6.3, 6.5 et 6.6	Sujet 2022 (PDF)
2022	Boiséo – Capteurs solaires	A2	Sujet 2022 (PDF)
2022	Boiséo – Pompe à chaleur	B4	Sujet 2022 (PDF)

Corrigé

1 B – 2 B – 3 A – 4 A – 5 A – 6 B – 7 A – 8 B – 9 A – 10 A – 11 A – 12 C – 13 B – 14 C – 15 B

Voici le QCM corrigé, avec les mauvaises réponses barrées et une courte explication sous la bonne réponse.

QCM corrigé – Énergies et véhicules

1. Dans une voiture hybride, on trouve principalement :

A. Deux moteurs thermiques
B. Un moteur thermique et un moteur électrique ✅
C. Un moteur électrique et une pile à combustible
D. Un moteur thermique et un compresseur

Explication : une voiture hybride associe généralement un moteur thermique et un moteur électrique.

---

2. Un des inconvénients d’un véhicule hybride est :

A. L’absence totale de batterie
B. Une masse plus importante ✅
C. Une autonomie toujours inférieure à 20 km
D. L’impossibilité de récupérer de l’énergie

Explication : la présence de la batterie et du moteur électrique augmente la masse du véhicule.

---

3. Lors d’un freinage, un véhicule hybride peut :

A. Transformer une partie de l’énergie cinétique en énergie électrique ✅
B. Produire directement du carburant
C. Transformer l’électricité en essence
D. Supprimer toutes les pertes énergétiques

Explication : lors du freinage régénératif, le moteur électrique fonctionne comme un générateur et recharge la batterie.

---

4. Le biodiesel de première génération peut notamment être fabriqué à partir :

A. De colza ou de tournesol ✅
B. De charbon
C. D’hydrogène
D. D’air comprimé

Explication : le biodiesel peut être produit à partir d’huiles végétales, notamment issues du colza ou du tournesol.

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5. Le bioéthanol de première génération peut être obtenu à partir :

A. De betterave ou de canne à sucre ✅
B. De pétrole uniquement
C. De dihydrogène
D. De métal recyclé

Explication : le bioéthanol est produit à partir de végétaux contenant du sucre ou de l’amidon.

---

6. Quel est un inconvénient des biocarburants de première génération ?

A. Ils ne nécessitent aucune culture
B. Ils peuvent utiliser des terres agricoles destinées à l’alimentation ✅
C. Ils sont produits uniquement à partir de déchets
D. Ils ne produisent jamais de CO₂

Explication : ils peuvent entrer en concurrence avec les cultures alimentaires et nécessiter des terres agricoles.

---

7. Les biocarburants de deuxième génération utilisent principalement :

A. Des résidus agricoles et des matières non alimentaires ✅
B. Du pétrole brut
C. Uniquement des plantes alimentaires
D. De l’hydrogène

Explication : ils utilisent notamment la paille, le bois ou des résidus agricoles et forestiers.

---

8. La troisième génération de biocarburants repose notamment sur :

A. Le charbon
B. Les microalgues ✅
C. Le gazole
D. L’uranium

Explication : la troisième génération étudiée utilise les microalgues pour produire des biocarburants.

---

9. Dans une voiture à hydrogène équipée d’une pile à combustible, la pile permet de :

A. Produire de l’électricité ✅
B. Produire de l’essence
C. Comprimer l’air
D. Recharger directement le réservoir d’hydrogène

Explication : la pile à combustible produit de l’électricité à partir du dihydrogène et du dioxygène de l’air.

---

10. L’un des inconvénients de l’hydrogène est :

A. Sa production peut nécessiter beaucoup d’énergie ✅
B. Il est impossible à stocker
C. Il ne peut jamais alimenter un moteur électrique
D. Il est toujours produit sans énergie

Explication : la fabrication du dihydrogène demande de l’énergie et son stockage est également contraignant.

---

11. Dans une voiture à air comprimé, le déplacement est obtenu grâce :

A. À la détente de l’air sous pression ✅
B. À la combustion du gazole
C. À une réaction nucléaire
D. À la combustion de l’air

Explication : l’air stocké sous pression se détend et fournit une énergie mécanique permettant d’entraîner le véhicule.

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12. Parmi ces trois véhicules, lequel ne possède pas de moteur thermique ?

A. Fiat 500 Mild Hybrid
B. Toyota Yaris hybride
C. Citroën ë-C4 électrique ✅
D. Les trois possèdent un moteur thermique

Explication : la Citroën ë-C4 est entièrement électrique et ne possède donc pas de moteur thermique.

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13. La Fiat 500 Mild Hybrid possède :

A. Seulement un moteur électrique
B. Un moteur thermique associé à un petit moteur électrique ✅
C. Une pile à combustible
D. Un moteur fonctionnant uniquement à l’air comprimé

Explication : un véhicule mild hybrid utilise un petit moteur électrique pour assister le moteur thermique.

---

14. Parmi les trois véhicules étudiés, lequel affiche 0 g/km de CO₂ lors de son fonctionnement dans le tableau ?

A. Fiat 500 Mild Hybrid
B. Toyota Yaris hybride
C. Citroën ë-C4 électrique ✅
D. Aucun

Explication : dans le tableau étudié, la ë-C4 électrique affiche 0 g/km de CO₂ à l’usage.

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15. Dire qu’un véhicule électrique émet 0 g/km de CO₂ signifie :

A. Que sa fabrication ne produit aucun CO₂
B. Qu’il n’émet pas directement de CO₂ lorsqu’il roule ✅
C. Que la production de son électricité ne produit jamais de CO₂
D. Que son impact environnemental est nul

Explication : le « 0 g/km » concerne les émissions directes à l’utilisation. La fabrication du véhicule, de la batterie et la production de l’électricité ne sont pas prises en compte.

1. Dans une voiture hybride, on trouve principalement :
A. Deux moteurs thermiques
B. Un moteur thermique et un moteur électrique
C. Un moteur électrique et une pile à combustible
D. Un moteur thermique et un compresseur

2. Un des inconvénients d’un véhicule hybride est :
A. L’absence totale de batterie
B. Une masse plus importante
C. Une autonomie toujours inférieure à 20 km
D. L’impossibilité de récupérer de l’énergie

3. Lors d’un freinage, un véhicule hybride peut :
A. Transformer une partie de l’énergie cinétique en énergie électrique
B. Produire directement du carburant
C. Transformer l’électricité en essence
D. Supprimer toutes les pertes énergétiques

4. Le biodiesel de première génération peut notamment être fabriqué à partir :
A. De colza ou de tournesol
B. De charbon
C. D’hydrogène
D. D’air comprimé

5. Le bioéthanol de première génération peut être obtenu à partir :
A. De betterave ou de canne à sucre
B. De pétrole uniquement
C. De dihydrogène
D. De métal recyclé

6. Quel est un inconvénient des biocarburants de première génération ?
A. Ils ne nécessitent aucune culture
B. Ils peuvent utiliser des terres agricoles destinées à l’alimentation
C. Ils sont produits uniquement à partir de déchets
D. Ils ne produisent jamais de CO₂

7. Les biocarburants de deuxième génération utilisent principalement :
A. Des résidus agricoles et des matières non alimentaires
B. Du pétrole brut
C. Uniquement des plantes alimentaires
D. De l’hydrogène

8. La troisième génération de biocarburants repose notamment sur :
A. Le charbon
B. Les microalgues
C. Le gazole
D. L’uranium

9. Dans une voiture à hydrogène équipée d’une pile à combustible, la pile permet de :
A. Produire de l’électricité
B. Produire de l’essence
C. Comprimer l’air
D. Recharger directement le réservoir d’hydrogène

10. L’un des inconvénients de l’hydrogène est :
A. Sa production peut nécessiter beaucoup d’énergie
B. Il est impossible à stocker
C. Il ne peut jamais alimenter un moteur électrique
D. Il est toujours produit sans énergie

11. Dans une voiture à air comprimé, le déplacement est obtenu grâce :
A. À la détente de l’air sous pression
B. À la combustion du gazole
C. À une réaction nucléaire
D. À la combustion de l’air

12. Parmi ces trois véhicules, lequel ne possède pas de moteur thermique ?
A. Fiat 500 Mild Hybrid
B. Toyota Yaris hybride
C. Citroën ë-C4 électrique
D. Les trois possèdent un moteur thermique

13. La Fiat 500 Mild Hybrid possède :
A. Seulement un moteur électrique
B. Un moteur thermique associé à un petit moteur électrique
C. Une pile à combustible
D. Un moteur fonctionnant uniquement à l’air comprimé

14. Parmi les trois véhicules étudiés, lequel affiche 0 g/km de CO₂ lors de son fonctionnement dans le tableau ?
A. Fiat 500 Mild Hybrid
B. Toyota Yaris hybride
C. Citroën ë-C4 électrique
D. Aucun

15. Dire qu’un véhicule électrique émet 0 g/km de CO₂ signifie :
A. Que sa fabrication ne produit aucun CO₂
B. Qu’il n’émet pas directement de CO₂ lorsqu’il roule
C. Que la production de son électricité ne produit jamais de CO₂
D. Que son impact environnemental est nul

Attention, ce n’est qu’à titre indicatif, les valeurs peuvent varier selon les modèles que vous avez choisi.
Cependant, attention à bien vérifier que les informations sont cohérentes, notamment les unités.

ATTENTION: Un corrigé peut pourtant contenir :

• une information exacte ;
• une information exacte mais incomplète ;
• une formulation imprécise ;
• une affirmation fausse ou trop catégorique.

Travail demandé

Pour chacune des affirmations suivantes tirées du corrigé, indiquez :

✅ Correcte — ⚠️ À nuancer — ❌ Incorrecte

Puis justifiez votre choix et proposez une meilleure formulation si nécessaire.

Affirmation du corrigé	Votre avis	Justification / correction proposée
1. « Les batteries alourdissent la voiture et augmentent la consommation. »
2. « Le poids supplémentaire entraîne une augmentation des émissions de CO₂. »
3. « Un avantage des biocarburants est la réduction du coût du carburant. »
4. « Les biocarburants entraînent une émission de CO₂. »
5. « La production des microalgues absorbe du CO₂. »
6. « Une voiture à hydrogène ne produit ni CO₂ ni polluant. Seul rejet : de l’eau. »
7. « Fabriquer de l’hydrogène demande beaucoup d’énergie. »
8. « Une voiture à air comprimé ne produit pas de pollution. »
9. « L’air comprimé constitue une énergie illimitée. »
10. « À l’avenir, les biocarburants prendront la place de l’essence et du diesel pour les longs déplacements. »