Examens carfree: épreuve scientifique

Juin rime bien souvent avec examens, et carfree ne fait pas exception ! Préparez-vous, voici aujourd’hui l’épreuve scientifique. Et comme on est sympas, les solutions directement…

Exercice 1 :

Données / hypothèses :
– On considèrera un homme brulant en moyenne 450kCal/h en faisant du vélo, et 3 fois moins (150kCal/h) en conduisant une voiture (Source).
– On considèrera que cet homme roule en moyenne à 20km/h en vélo, et 50km/h en voiture.
– La combustion d’un litre d’essence dégage 12 000 kCal
– On considèrera qu’il possède une voiture consommant ‘’seulement’’ 6l/100km

a) Quelle est la quantité d’énergie totale nécessaire (en kCal) pour que cet homme effectue 100km en vélo ?
b) Quelle est la quantité d’énergie totale nécessaire (en kCal) pour que cet homme effectue 100km en voiture ?
c) Que devrait consommer sa voiture (en l/100km) pour estimer qu’elle ait un aussi bon rendement énergétique que le vélo ?
d) Si cet homme fait du covoiturage, combien de personnes devra t’il embarquer pour avoir un aussi bon rendement énergétique que le vélo ? (on supposera qu’un passager brule 100kCal / h)

Réponses :
a) L’homme mettant 5h en vélo, il consommera donc 5 x 450 = 2250kCal
b) L’homme mettant 2h en voiture, il consommera donc 300kCal. Sa voiture consommera 6 litres d’essence, soit 6 x 12000 = 72000kCal. Au total, la consommation énergétique sera donc de 72300kCal, soit plus de 32 fois celle du vélo.
c) En notant C la consommation d’essence de la voiture, les 2 moyens de transport seraient équivalents si : 300 + 12000 C = 2250. D’où C=0,16
Conclusion : sa voiture devrait consommer 0,16 litres aux 100km pour avoir un aussi bon rendement énergétique que le vélo.
d) Soit p le nombre de passager, on doit donc avoir 300 + 12000 x 6 + 200p = 2250p. D’où p=35.
Conclusion : Il devrait donc transporter 35 passagers pour concurrencer le vélo niveau rendement énergétique.

NDLR : cet exercice m’a été inspiré d’un article dans un magazine automobile qui tentait de démontrer qu’un cycliste génère davantage de CO2 qu’un automobiliste. Pour cela, le journaliste supposait, notamment, que le conducteur de la voiture ne mangeait jamais (?) et que le cycliste se nourrissait exclusivement de viande de bœuf importée du Brésil (!). En bref, preuve en ait qu’en prenant des hypothèses fantaisistes, on peut arriver à n’importe quel résultat. Le journaliste en était conscient, puisque sa rubrique s’intitulait « provoc ». Et je suppose que tous les lecteurs ont eu assez de jugeote pour décrypter le second degré de cet article.

 

Exercice 2 :

a) Calculez l’énergie cinétique (en Joule) d’une voiture de 1400kg roulant à 50km/h
b) Comparez à l’énergie cinétique d’un vélo (poids = 80kg avec conducteur) roulant à 25km/h
c) Ces 2 véhicules rentrent en collision, à pleine vitesse, avec un objet immobile (arbre). En modélisant cet objet comme un ressort de raideur k=0.1kN/mm, en déduire la force F appliquée sur l’objet par chaque véhicule.
L’objet a une résistance maximale de 5 tonnes, conclure.

Réponses :
a) E=1/2 m v2 = 135000J (ne pas oublier de convertir la vitesse en m/s)
b) E=1929J. L’énergie cinétique du vélo est donc 70 fois inférieure à celle de la voiture.
c) L’énergie d’un ressort est E = ½ F2 / k. D’où F = (2 E k)1/2.
Pour la voiture : F=164.3kN (plus de 16 tonnes).
Pour le vélo : F=19,6kN (2 tonnes).
L’objet va donc céder sous l’impact de la voiture, mais pas du vélo.

 

Exercice 3 :

Dans une commune, une route très empruntée relie un point A à un point B, distants de 3 km. Le maire de la commune hésite a :
1/ la laisser aux voitures. On estime que la vitesse moyenne de chaque voiture y sera de 50 km/h.
OU
2/ la destiner exclusivement aux vélos, vitesse moyenne 20 km/h.
Pour faire nos calculs, on considérera 600 personnes qui veulent se déplacer simultanément du point A au point B (heure de pointe…).

a) Sans trop réfléchir, quelle est l’option la plus rapide ? (voiture ou vélo) Comparez le temps de trajet en %

En réalité, les véhicules (autant les voitures que les vélos) respectent une distance entre eux équivalente à 2 secondes (minimum sécurité routière). On supposera que les voitures contiennent en moyenne 1,5 passager. Comme la route est large pour les vélos, 3 vélos peuvent rouler de front.

b) Calculer les temps de trajet en voiture / vélo pour le premier quittant le point A (sur les 600 personnes)
c) Calculer les temps de trajet en voiture / vélo pour le dernier
d) Comparer les temps moyens mis en voiture et vélo. (On pourra considérer que le temps moyen est la moyenne entre le temps du premier et du dernier)
Avant de réguler le trafic avec une autre route, le parcours comprend un feu tricolore. Ce feu possède un cycle de 1 minute (30 secondes vert, 30 secondes rouge etc…). Pour simplifier, on considérera que les voitures et vélos s’arrêtent et re-accélèrent instantanément. On supposera aussi que tout le monde respecte le feu…

e) Comparer les temps moyens mis en voiture et vélo dans ce cas.

Contre toute attente, et grâce à la vente de plusieurs parkings publics, le maire opte finalement pour une ligne de tramway. Il choisit un modèle pouvant contenir 250 personnes au maximum, pour une vitesse moyenne de 20km/h. En heure de pointe, il est prévu que le tramway passe toutes les 4 minutes, et que le feu soit synchronisé avec lui.

f) Calculer le temps de parcours moyen pour ces 600 personnes.

Réponses :
a) Vélo à 20km/h contre voiture a 50km/h. Le temps de trajet en vélo sera donc 150% plus important.
b) En voiture : 216sec. En vélo : 540sec.
c) Il faut donc attendre que les 599 personnes d’avant partent. Dans le scénario voiture, comme ils partent dans 399 voitures, le temps d’attente sera de 399 x 2sec. Soit un temps de parcours total de 216 + 2×399 = 1014sec
Dans le scenario vélo, ça donne (597/3) x 2 sec d’attente (les vélos partent 3 par 3). Soit un temps de parcours total de 540 + (597/3) x 2 = 938sec
d) Moyenne voiture : 615 secondes. Moyenne vélo : 739 secondes.
En tenant compte de la circulation, le temps de trajet moyen n’est dans ce cas que 20% plus long en vélo qu’en voiture !
e) Le temps des ‘’premiers’’ est inchangé (ils passent au vert). Donc 216sec et 540sec.
La 15eme voiture, par contre, va devoir s’arrêter au rouge et perdre 30 secondes. Comme le flux est homogène et continu derrière (une voiture toutes les 2 secondes), l’ensemble des véhicules de derrière va être impacté par cette attente. La dernière voiture (la 400eme) devra donc patienter 17 x 30 sec. Au total, son temps de parcours sera de 216 + 2×399 + 17×30 = 1524 sec.
Le temps de parcours moyen en voiture va donc être de 870 secondes.
En appliquant le même principe, le dernier vélo (le 600 eme) devra patienter 9 x 30sec. Au total, son temps de parcours sera de 540 + (597/3) x 2 + 9×30 = 1208 sec.
Le temps de parcours moyen en vélo va donc être de 874 secondes.
En tenant compte du feu tricolore, le temps de trajet moyen est donc le même que ce soit en vélo ou en voiture !
f) Il faut donc 3 tramways pour transporter tout le monde. Les premiers mettent 540 secondes, tandis que les derniers doivent attendre 2×4 minutes. Au final, le temps de parcours moyen est de 780 secondes.
La solution du tramway est donc bien la plus rapide.

NDLR : cet exercice n’a pas vocation à être entièrement réaliste. En effet, les hypothèses prises sont bien trop simplistes. L’étude des flux est un sujet bien trop complexe pour être abordé via des calculs à la main.
En revanche, ce qu’on y découvre s’applique aussi en réalité ; arrivé à un certain niveau de fréquentation du réseau, le débit devient un paramètre beaucoup plus important que la vitesse. Il conviendrait donc de privilégier les moyens de transport à « haut débit », donc pas l’automobile (son débit étant limité par ses dimensions inadaptées) si on ne veut pas multiplier les voies et perdre beaucoup d’espace.

Photo: Hidrafil

A propos de fredG

Contributeur de Carfree France

11 commentaires sur “Examens carfree: épreuve scientifique

  1. Loic

    Pour info une voiture qui peut transporter 35 passagers (pour concurrencer le vélo niveau rendement énergétique) se nomme un bus.

    Et la boucle est bouclée ! Vive les transports en commun, vive le vélo!

     

  2. CarfreeCarfree

    Oui Pim, cet « article » d’Auto-Moto fait le buzz en ce moment, je ne compte plus les messages qu’on a reçu par mail, par twitter, facebook, pour nous informer… A vrai dire, pour ne pas leur faire plus de pub que ça, j’ai juste fait une mise à jour du bêtisier de l’automobile…

    http://carfree.fr/index.php/ressources/betisier-de-lautomobile/

    Pour une analyse plus fouillée, je conseille la lecture d’un article de MrMondialisation qui me semble bien complet sur le sujet:

    https://mrmondialisation.org/le-velo-pollue-selon-automoto-com/

  3. LE GALL

    Messieurs,

    En France, 50 millions de personnes sont urbanisées. 21 millions  de ces dernières disposent d’un tramway. Les autres (29) n’ont pas la capacité financière de le financer. Sans oublier les communes proches de la faillite (victimes ? d’emprunts toxiques).

    Restent 16 millions de « ruraux ».

    Laissez les citoyens libres de leur choix, c’est-à-dire 45 millions d’habitants.

    Les rendre coupables serait-il votre but ? Je crois que vous avez mieux à faire !

     

     

  4. jean-marc argirakis

    Loïc on parle de voiture et pas de bus ! Si 35 personnes pour une voiure , et un bus pesant en moyenne 10 fois plus , cela nous ferait 350 passagers ! A mort les transports en commun polluants , roule en vélo derrière un bus et tu comprendras !

  5. Pim

    merci Marcel, je n’avais pas vu la réponse de Mr Mondialisation. Elle est sympa.

    Perso, j’aimerais bien voir JL Moreau ingurgiter 900g de steak haché, puis enfourcher un vélib (il parle d’un velo de 20kg dans l’article) et partir dans une aventure de 100km lancé à 30km/h ! comme je suis sur qu’il ne tiendrait pas 5km dans ces conditions (comme tout humain normal d’ailleurs), ca ferait un imbécile en moins .

     

     

  6. Anthony GrégoireAnthony

    « * si on fait abstraction des déchets nucléaires »

    Si on fait abstraction des rejets radioactifs dans les rivières, de l’exposition des travailleurs, de l’augmentation des cancers à proximité des centrales, des mines d’uranium, des risques d’accidents majeurs. Et oui, si on fait abstraction de tous ses problèmes, c’est super le nucléaire !

  7. jmdesp

    @Anthony

    – il n’y a pas de rejet dans les rivières (en 1983, une campagne a trouvé de  faibles traces de plutonium dans la Loire liées à un accident à St Laurent des Eaux en 1980, mais à un niveau juste un peu supérieur à celui des retombées des test nucléaires atmosphériques des années 60, et il n’y en avait plus en 1994)

    – l’exposition moyenne des travailleurs aux radiations est inférieure à celle des stewards et des hôtesses de l’air dans les avions, cf bilan chaque année de l’IRSN

    – Il n’y a pas d’augmentation des cancers à coté des centrales, à force de recommencer les mêmes études constamment, de temps en temps il y en a une qui semble montrer un résultat positif, c’est une très mauvaise manière de faire des stat cf https://xkcd.com/882/
    Accessoirement bizarrement personne ne fait ce genre d’étude d’étude pour les centrales charbon alors qu’elles rejettent des dizaines de fois plus de radioactivité autour d’elles qu’une centrale nucléaire. Aussi, il n’existe qu’une seule étude sur les effets cancérigène du benzène autour des stations essences, résultat positif, mais il n’y a eu aucun financement ensuite pour recommencer à plus grande échelle afin de confirmer ce résultat.

    – Dans toutes les mines d’uranium aujourd’hui, y compris au Niger, les travailleurs sont soumis au mêmes normes de protection avec des masque à gaz pour les protéger. Et de plus en plus, on utilise l’extraction in situ sans besoin de creuser et d’exposer les travailleurs. Ils sont au total franchement mieux protégés que les employés de pressing exposés au perchloroéthylène.

    – Les rapports de l’OMS et de l’UNSCEAR arrivent tous deux à la conclusion que la population à Fukushima a été évacuée à temps pour éviter un excès de cancer. Et la conclusion du dernier rapport de l’AIEA est que l’accident aurait été évitable même après le tsunami si Tepco avait eu les bonnes procédures en place. En Europe, on a eu après Fukushima une revue au niveau européen des pratiques de sécurité justement pour éviter qu’un gouvernement ne fasse ce qui lui plait et contrôle insuffisamment la sécurité comme cela a été le cas au Japon.Pour le cancer de la thyroïde, le problème est le même que celui qui fait qu’aujourd’hui on a arrété le dépistage systématique du cancer du sein en dessous 50 ans ainsi que celui de la prostate par le test PSA. C’est qu’en testant systématiquement tout le monde, on découvre surtout des cancers qui seraient restés jusqu’au bout inaperçus car ils n’auraient jamais évolué vers une forme dangereuse, et on fait au final plus de mal que de bien en voulant des traiter tous.

    Le nucléaire n’est pas parfait, mais quand on regarde bien, les soit-disant énormes problèmes sont moindre que des choses qui se passe ailleurs et qui pourtant ne suscite absolument pas les mêmes réactions, ou même sont ignorées dans une indifférence absolue.

  8. Pédibuspédibus

    1,05 kg de poulet au cent kilomètres parcourus à bicyclette, d’après les crétins du mainstream motorisé, c’est à se demander s’ils n’ont pas l’essieu plus gros que le ventre…

    boaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

    quant aux nombres de p’tits vieux occis prématurément à cause de la pratique automobile, rien qu’en ville, et du seul fait de ce que ça entraîne comme découragement à sortir de chez soi*, avec un environnement rendu hostile par l’encombrement du stationnement sur les trottoirs et l’aléa de la traversée de l’espace public, nos arithméticiens sophistes de la secte Quat’roues ont-ils idée…?

    *la perte du lien social chez les seniors claquemurés chez eux, même partiellement compensé par l’aide à domicile, avec l’absence de pratique pédestre, sont les plus sûrs moyens de détériorer leur santé mentale et physique ( Lucie Richard : Living in a Well-Serviced Urban Area Is Associated With Maintenance of Frequent Walking Among Seniors in the VoisiNuAge Study[…] 2012
    The Role of Social Participation and Walking in Depression among Older Adults: Results from the VoisiNuAge Study 2013
    Longitudinal associations between walking frequency and depressive symptoms in older adults: results from the VoisiNuAge stud[…] 2013)

    C’est sans doute là, et de loin, le premier effet sanitaire de l’automobile, bien avant même l’hécatombe due à la pollution atmosphérique qu’elle engendre.

     

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