Gestion de l’énergie électrique à bord d’un satellite

ENONCE DESTINE AUX ELEVES

CONTEXTE

[…] L’alimentation est au cœur du bon fonctionnement du satellite. Sans électricité, le satellite n’est plus qu’un objet immobile, incapable de communiquer, de se positionner, de déterminer et de modifier son attitude, etc. […] Avec une durée de vie espérée du satellite d’une quinzaine d’années, le processus d’alimentation électrique doit permettre de fournir la puissance nécessaire durant toute cette période. La première solution est d’utiliser une source interne. L’énergie peut être fournie par une source d’énergie fonctionnant sur le long terme comme des piles nucléaires. Cette solution est viable pour des sondes lancées loin du Soleil car le rayonnement solaire est trop faible et ne permet pas d’utiliser des panneaux solaires. Elle est par contre risquée pour les satellites autour de la Terre, car ils finissent toujours par retomber sur notre planète et pourraient être sources de pollution. La seconde solution est de profiter d’énergie externe arrivant en permanence sur le satellite comme le Soleil qui est une source d’énergie inépuisable, du moins sur la durée de vie du satellite. […]
L’objectif de cet exercice est d’évaluer, à l’aide des documents ci-après :
– le nombre de batteries d’accumulateurs que doit comporter un satellite pour assurer son bon fonctionnement dans la phase de son orbite où la lumière du Soleil est éclipsée par la Terre (phase n°1) ;
– la surface de panneaux photovoltaïques que doit comporter ce satellite pour assurer son bon fonctionnement et la recharge de ses batteries d’accumulateurs dans la phase de son orbite où la lumière du Soleil n’est pas éclipsée par la Terre (phase n°2).

VOTRE PORTE DOCUMENTS

Doc. 1 : Le fonctionnement d’un panneau photovoltaïque installé sur le satellite considéré
Un panneau photovoltaïque est recouvert de cellules qui convertissent l’énergie solaire reçue en énergie électrique. Il existe différentes gammes de cellules photovoltaïques ; celles installées sur les satellites sont actuellement en arséniure de gallium et permettent en moyenne de générer une puissance de 220 W pour une surface de 1 m2 de panneaux.

Doc. 2 : Quelques caractéristiques du satellite considéré
A l’instar des satellites issus des programmes scientifiques METOP® ou SPOT®, le satellite considéré est dédié à la prévision météorologique et à la surveillance du climat. Les instruments de mesure embarqués dans ce satellite nécessitent constamment une puissance électrique de 1 800 W. Ce satellite décrit une orbite polaire – c’est-à-dire une orbite passant au-dessus des pôles – et hors atmosphère. Sa période de révolution autour de la Terre est de 2 h, il est 40 % du temps dans l’ombre de la Terre. Son alimentation électrique est assurée :
– d’une part par ses panneaux photovoltaïques quand il se situe dans la lumière du Soleil ;
– d’autre part par ses batteries d’accumulateurs quand il se situe dans l’ombre de la Terre.