QCM : Moteurs à combustion interne — 61 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle évolution de la part des différentes sources d’énergie est prévue entre 2020 et 2040 ?

Les énergies fossiles passent de 73 % à 80 %, tandis que les renouvelables passent de 15 % à 5 %.
Les énergies fossiles restent à 80 %, tandis que les renouvelables progressent de 5 % à 15 %.
Les énergies fossiles passent de 80 % à 15 %, tandis que les renouvelables passent de 5 % à 73 %.
Les énergies fossiles passent de 80 % à 73 %, tandis que les renouvelables passent de 5 % à 15 %.

Les énergies fossiles passent de 80 % à 73 %, tandis que les renouvelables passent de 5 % à 15 %.

Explication

La part des énergies fossiles diminue de 80 % à 73 %, alors que celle des renouvelables augmente de 5 % à 15 %. La deuxième proposition inverse les évolutions prévues pour les deux catégories.

2. Comment évoluent la part des transports dans la demande mondiale d’énergie et leur part des émissions de CO₂ entre 2020 et 2040 ?

La demande énergétique diminue de 19 % à 18 %, tandis que la part des émissions augmente de 20 % à 21 %.
La demande énergétique reste à 20 %, tandis que la part des émissions diminue de 19 % à 18 %.
La demande énergétique augmente de 19 % à 20 %, tandis que la part des émissions reste à 19 %.
La demande énergétique reste à 19 %, tandis que la part des émissions diminue de 20 % à 19 %.

La demande énergétique reste à 19 %, tandis que la part des émissions diminue de 20 % à 19 %.

Explication

Les transports représentent 19 % de la demande mondiale d’énergie en 2020 comme en 2040, tandis que leur part des émissions passe de 20 % à 19 %. La deuxième proposition confond la part énergétique avec la part des émissions.

3. Quelle expression représente la décomposition des émissions de CO₂ par l’équation de Kaya ?

CO2=CO2POP×POPE×EPIB×PIBCO_2=\frac{CO_2}{POP}\times\frac{POP}{E}\times\frac{E}{PIB}\times PIB
CO2=ECO2×PIBE×POPPIB×POPCO_2=\frac{E}{CO_2}\times\frac{PIB}{E}\times\frac{POP}{PIB}\times POP
CO2=CO2PIB×EPOP×PIBE×POPCO_2=\frac{CO_2}{PIB}\times\frac{E}{POP}\times\frac{PIB}{E}\times POP
CO2=CO2E×EPIB×PIBPOP×POPCO_2=\frac{CO_2}{E}\times\frac{E}{PIB}\times\frac{PIB}{POP}\times POP

$$CO_2=\frac{CO_2}{E}\times\frac{E}{PIB}\times\frac{PIB}{POP}\times POP$$

Explication

L’équation de Kaya décompose les émissions en intensité carbone de l’énergie, intensité énergétique de l’économie, richesse par habitant et population. La deuxième expression inverse chaque ratio principal et ne correspond donc pas à cette décomposition.

4. Quelles grandes catégories de moteurs thermiques distingue-t-on selon leur mode de fonctionnement ?

Les moteurs à pistons rotatifs, les moteurs électriques et les machines frigorifiques.
Les moteurs à combustion interne, les moteurs à combustion externe et les turbomachines à flux continu.
Les moteurs à combustion externe, les moteurs électriques et les compresseurs à flux continu.
Les moteurs électriques, les moteurs hydrauliques et les turbomachines à flux discontinu.

Les moteurs à combustion interne, les moteurs à combustion externe et les turbomachines à flux continu.

Explication

La classification comprend les moteurs à combustion interne, les moteurs à combustion externe comme les machines à vapeur et les moteurs Stirling, ainsi que les turbomachines à flux continu. La troisième proposition remplace une catégorie thermique par les moteurs électriques, qui ne relèvent pas de cette classification.

5. Quelles possibilités caractérisent les moteurs à pistons alternatifs ?

Ils sont associés aux machines à vapeur et fonctionnent selon un cycle externe à combustion continue.
Ils utilisent l’essence et fonctionnent selon un cycle à deux temps dépourvu de phase d’échappement.
Ils peuvent être à essence ou Diesel et fonctionner selon un cycle à deux temps ou à quatre temps.
Ils fonctionnent au gazole et suivent un cycle à quatre temps avec une architecture à flux continu.

Ils peuvent être à essence ou Diesel et fonctionner selon un cycle à deux temps ou à quatre temps.

Explication

Les moteurs à pistons alternatifs peuvent être à essence ou Diesel, avec un fonctionnement en deux temps ou en quatre temps. La deuxième proposition les assimile à des moteurs à flux continu, alors que cette caractéristique concerne les turbomachines.

6. Dans quel ordre se déroulent les quatre temps d’un moteur à quatre temps ?

Échappement, admission, compression, combustion-détente.
Admission, compression, combustion-détente, échappement.
Admission, combustion-détente, compression, échappement.
Compression, admission, échappement, combustion-détente.

Admission, compression, combustion-détente, échappement.

Explication

Le cycle suit successivement l’admission, la compression, la combustion-détente puis l’échappement. La troisième proposition place la combustion-détente avant la compression, ce qui ne respecte pas l’enchaînement du cycle.

7. Quelle comparaison décrit correctement le moteur deux temps par rapport au moteur quatre temps ?

Il réduit les problèmes de bruit et de charge thermique, mais nécessite une masse et un encombrement supérieurs.
Il offre une puissance spécifique comparable et améliore la dépollution grâce à une consommation d’huile plus élevée.
Il est plus compact et offre environ 1,5 fois plus de puissance par litre, mais pose davantage de difficultés de lubrification et de dépollution.
Il est plus lourd et fournit environ deux fois moins de puissance par litre, tout en simplifiant la dépollution et la lubrification.

Il est plus compact et offre environ 1,5 fois plus de puissance par litre, mais pose davantage de difficultés de lubrification et de dépollution.

Explication

Le moteur deux temps se distingue par une masse et un encombrement réduits, une puissance par litre environ 1,5 fois supérieure, mais aussi par des difficultés de lubrification, de dépollution, de bruit et de charge thermique. La troisième proposition inverse précisément plusieurs de ces caractéristiques en présentant ces difficultés comme des avantages.

8. Un moteur possède une cylindrée unitaire V=500 cm3V=500\,\text{cm}^3 et un volume mort v=50 cm3v=50\,\text{cm}^3. Quel est son rapport volumétrique ξ\xi ?

0,1
9
11
10

11

Explication

Le rapport volumétrique compare le volume maximal V+vV+v au volume minimal vv, donc ξ=(500+50)/50=11\xi=(500+50)/50=11. La cylindrée seule, qui vaut V/v=10V/v=10 dans ce calcul, ne représente pas le rapport entre les deux volumes extrêmes.

9. Un moteur a une course de L=0,09 mL=0,09\,\text{m} et tourne à N=3000 tr/minN=3000\,\text{tr/min}. Quelle est sa vitesse moyenne du piston ?

13,5 m/s
18 m/s
9 m/s
4,5 m/s

9 m/s

Explication

La relation VMP=2LN60VMP=\frac{2LN}{60} donne VMP=2×0,09×300060=9 m/sVMP=\frac{2\times0,09\times3000}{60}=9\,\text{m/s}. La vitesse instantanée n’est pas utilisée ici, car elle varie au cours du cycle tandis que la VMP est une valeur moyenne.

10. Comment classe-t-on un moteur dont le rapport entre l’alésage et la course vaut 1,21,2 ?

Moteur à longue course
Moteur carré
Moteur à compression variable
Moteur super carré

Moteur super carré

Explication

Un moteur est dit super carré lorsque le rapport alésage/course est supérieur à 1, comme ici avec 1,21,2. Un moteur carré a un rapport proche de 1, tandis qu’un moteur à longue course présente un rapport inférieur à 1.

11. Deux machines fonctionnent entre une source chaude à 900 K900\,\text{K} et une source froide à 300 K300\,\text{K}. Quel est le rendement idéal de Carnot ?

66,7 %
33,3 %
50,0 %
75,0 %

66,7 %

Explication

Le rendement idéal vaut η=1−TfTc=1−300900=0,667\eta=1-\frac{T_f}{T_c}=1-\frac{300}{900}=0,667, soit environ 66,7 %. Cette valeur constitue une limite idéale fondée sur les températures des sources, et non le rendement réel d’une machine.

12. Selon le cycle théorique de Beau de Rochas, quel est le rendement pour un rapport volumétrique ξ=8\xi=8 et γ=1,4\gamma=1,4 ?

Environ 56,4 %
Environ 80,0 %
Environ 28,6 %
Environ 43,6 %

Environ 56,4 %

Explication

La formule η=1−1ξγ−1\eta=1-\frac{1}{\xi^{\gamma-1}} donne η=1−180,4≈0,564\eta=1-\frac{1}{8^{0,4}}\approx0,564, soit environ 56,4 %. Le cycle de Beau de Rochas se distingue aussi par un apport de chaleur à volume constant, contrairement au cycle Diesel principalement associé à un apport à pression constante.

13. Quelle combinaison de transformations caractérise le cycle Diesel idéal ?

Deux isobares, une isochore et une isotherme
Deux isentropiques, une isobare et une isochore
Une isentropique, deux isobares et une isochore
Deux isochores, une isotherme et une isobare

Deux isentropiques, une isobare et une isochore

Explication

Le cycle Diesel idéal comprend deux transformations isentropiques, une transformation isobare et une transformation isochore. La présence d’une transformation isobare le distingue du cycle de Beau de Rochas, où l’apport de chaleur est effectué à volume constant.

14. Que représente le pouvoir comburivore usuel d’environ 14,6 g pour l’essence ou le gazole ?

La masse totale des produits formés par 1 g de carburant
La masse d’air nécessaire pour brûler 1 g de carburant à la stœchiométrie
La masse de carburant nécessaire pour brûler 1 g d’air à la stœchiométrie
La masse d’oxygène contenue dans 14,6 g de carburant

La masse d’air nécessaire pour brûler 1 g de carburant à la stœchiométrie

Explication

Le pouvoir comburivore indique qu’environ 14,6 g d’air sont nécessaires pour brûler 1 g de carburant dans des conditions stœchiométriques. Il s’agit d’une masse d’air par masse de carburant, et non de la richesse, qui compare deux rapports air-carburant.

15. Un carburant contient 10 % d’hydrogène en masse et possède un pouvoir calorifique supérieur de 40 000 kJ/kg40\,000\,\text{kJ/kg}. Quel est son pouvoir calorifique inférieur selon PCI=PCS−220HPCI=PCS-220H ?

39 978 kJ/kg
35 600 kJ/kg
40 220 kJ/kg
37 800 kJ/kg

37 800 kJ/kg

Explication

En appliquant la relation avec H=10H=10, on obtient PCI=40 000−220×10=37 800 kJ/kgPCI=40\,000-220\times10=37\,800\,\text{kJ/kg}. Le pouvoir calorifique inférieur est donc inférieur au PCS, car le terme lié à l’hydrogène est retranché.

16. Quelle composition approximative caractérise l’air en considérant principalement le dioxygène et le diazote ?

50 % de dioxygène et 50 % de diazote
78,1 % de dioxygène et 20,9 % de diazote
20,9 % de dioxygène et 78,1 % de diazote
14,6 % de dioxygène et 85,4 % de diazote

20,9 % de dioxygène et 78,1 % de diazote

Explication

L’air contient environ 20,9 % de dioxygène et 78,1 % de diazote, soit un rapport molaire N2/O2N_2/O_2 d’environ 3,78. Inverser ces proportions conduirait à une composition incompatible avec le rapport molaire indiqué.

17. Comment la puissance effective d’un moteur se calcule-t-elle à partir du couple et du régime de rotation ?

P=CωP=C\omega, avec ω=2πN60\omega=\frac{2\pi N}{60}
P=CωP=\frac{C}{\omega}, avec ω=60N2π\omega=\frac{60N}{2\pi}
P=C+ωP=C+\omega, avec ω=2πN60\omega=\frac{2\pi N}{60}
P=ωCP=\frac{\omega}{C}, avec ω=60N2π\omega=\frac{60N}{2\pi}

$$P=C\omega$$, avec $$\omega=\frac{2\pi N}{60}$$

Explication

La puissance effective est le produit du couple par la vitesse angulaire, cette dernière étant convertie depuis le régime en tours par minute. Le couple pris isolément ne suffit donc pas à déterminer la puissance.

18. Que représente la pression moyenne effective dans un moteur ?

Une pression moyenne indiquée correspondant au travail avant les pertes mécaniques
Une pression d’admission constante imposée pendant toute la durée du cycle
Une pression maximale instantanée produisant la combustion dans la chambre
Une pression constante fictive produisant le travail effectif sur toute la cylindrée

Une pression constante fictive produisant le travail effectif sur toute la cylindrée

Explication

La pression moyenne effective est une pression fictive constante qui fournirait le travail effectif sur l’ensemble de la cylindrée. La pression moyenne indiquée décrit plutôt le travail avant déduction des pertes mécaniques.

19. Pour un moteur quatre temps, quelle relation exprime correctement le travail effectif ?

Weff=PME VcylW_{eff}=PME\,V_{cyl}
Weff=PMF VcylW_{eff}=PMF\,V_{cyl}
Weff=PMEVcylW_{eff}=\frac{PME}{V_{cyl}}
Weff=PMI VcylW_{eff}=PMI\,V_{cyl}

$$W_{eff}=PME\,V_{cyl}$$

Explication

Le travail effectif est obtenu en multipliant la pression moyenne effective par la cylindrée. La relation avec la pression moyenne indiquée concerne le travail indiqué, situé avant les pertes mécaniques.

20. Dans le bilan thermique présenté pour un véhicule lourd, quelle part de l’énergie est attribuée à l’arbre moteur ?

23 %
43 %
50 %
34 %

43 %

Explication

Le bilan attribue 43 % de l’énergie à l’arbre moteur, contre 34 % à l’enthalpie des gaz d’échappement et 23 % aux transferts thermiques. Les deux autres pourcentages correspondent donc à des postes de pertes différents.

21. Quelle affirmation décrit le rendement de combustion en excès d’air ?

Il devient inférieur à 0,50 lorsque l’air devient excédentaire
Il dépend principalement du rapport de transmission utilisé par le véhicule
Il augmente avec l’enrichissement à pleine charge jusqu’à dépasser 1
Il reste supérieur à 0,98 dans les conditions considérées

Il reste supérieur à 0,98 dans les conditions considérées

Explication

En excès d’air, le rendement de combustion reste supérieur à 0,98. L’enrichissement à pleine charge peut accroître les performances, mais il dégrade plutôt le rendement et favorise une combustion incomplète.

22. Quels produits caractérisent une combustion incomplète du carbone dans un moteur ?

Du CO2, de l’oxygène résiduel et de l’azote
Du CO, des hydrocarbures imbrûlés et du H2
Du CO2, de la vapeur d’eau et des hydrocarbures oxydés
Du carbone solide, de l’ozone et du dioxyde de soufre

Du CO, des hydrocarbures imbrûlés et du H2

Explication

Une combustion incomplète oxyde partiellement le carbone en CO au lieu de former du CO2, et elle laisse des hydrocarbures imbrûlés ainsi que du H2. Le CO2 correspond davantage à une oxydation complète du carbone.

23. Quels phénomènes sont regroupés par le rendement de forme du cycle ?

Les frottements internes et auxiliaires qui relient le travail indiqué au travail effectif
Les résistances aérodynamiques et les efforts au roulement subis par le véhicule
La quantité de carburant injectée et la chaleur chimique libérée pendant la combustion
Les écarts entre le cycle réel et le cycle théorique, comme le pompage et les transferts thermiques

Les écarts entre le cycle réel et le cycle théorique, comme le pompage et les transferts thermiques

Explication

Le rendement de forme regroupe les phénomènes qui modifient l’allure du cycle réel, notamment le pompage, les transferts thermiques et le blow-by. Les frottements internes relèvent plutôt du rendement mécanique.

24. À quel moment le CA50 est-il défini ?

Lorsque 50 % de l’énergie de combustion ont été libérés
Lorsque la pression dans le cylindre atteint sa valeur maximale
Lorsque le piston a parcouru 50 % de sa course après le PMH
Lorsque 50 % de la masse de carburant ont été injectés

Lorsque 50 % de l’énergie de combustion ont été libérés

Explication

Le CA50 désigne l’angle du vilebrequin auquel la moitié de l’énergie de combustion a été libérée. Il ne correspond ni à la moitié de la quantité injectée ni à la position médiane du piston.

25. Que prend en compte le rendement mécanique, aussi appelé rendement organique ?

Les résistances aérodynamiques rencontrées par le véhicule
L’énergie chimique libérée par la combustion du carburant
Les frottements internes et les frottements des auxiliaires
Les pertes thermiques transférées vers l’eau, l’huile et l’air

Les frottements internes et les frottements des auxiliaires

Explication

Le rendement mécanique prend en compte les frottements internes et auxiliaires et relie la puissance indiquée à la puissance effective. L’énergie chimique libérée concerne plutôt le rendement de combustion.

26. Quelle relation distingue correctement la PME de la PMI ?

PMI=PMF−PMEPMI=PMF-PME, la PMF correspondant au travail effectif
PMI=PME+PMFPMI=PME+PMF, la PME correspondant au travail effectif
PME=PMI−PMFPME=PMI-PMF, la PMI correspondant au travail effectif
PME=PMI+PMFPME=PMI+PMF, la PMI correspondant au travail effectif

$$PMI=PME+PMF$$, la PME correspondant au travail effectif

Explication

La pression moyenne indiquée est la somme de la pression moyenne effective et de la pression moyenne des pertes mécaniques. La PME représente ainsi la sortie effective, tandis que la PMI inclut le travail indiqué avant ces pertes.

27. Lorsqu’un véhicule accélère sur une pente, quelles composantes doivent être vaincues par la force à la roue ?

La force d’accélération et la traînée, sans contribution de la masse du véhicule
La résistance au roulement et la pente, sans influence de la vitesse du véhicule
Les résistances aérodynamiques, au roulement, de pente et d’accélération
La résistance aérodynamique et le poids, sans contribution de l’accélération

Les résistances aérodynamiques, au roulement, de pente et d’accélération

Explication

La force nécessaire à la roue comprend les contributions aérodynamiques, du roulement, de la pente et de l’accélération. Négliger l’une de ces composantes modifierait le bilan des efforts demandé au véhicule.

28. Quel est l’effet d’un rapport de transmission court sur le comportement du véhicule ?

Il augmente le couple aux roues et réduit la vitesse du véhicule
Il réduit le couple aux roues et augmente la vitesse du véhicule
Il conserve le couple aux roues tout en réduisant la vitesse du véhicule
Il augmente simultanément le couple aux roues et la vitesse du véhicule

Il augmente le couple aux roues et réduit la vitesse du véhicule

Explication

Un rapport court fournit un couple de roue élevé, mais il correspond à une vitesse véhicule plus faible. Un rapport long produit l’effet opposé, avec davantage de vitesse et moins de couple aux roues.

29. Comment définit-on le rendement volumétrique d’un moteur ?

Par le rapport entre le volume balayé par le piston et le volume de la chambre
Par le rapport entre la puissance utile produite et la puissance fournie au moteur
Par le rapport entre la masse d’air réellement admise et une masse d’air de référence
Par la différence entre la masse d’air admise et la masse de carburant injectée

Par le rapport entre la masse d’air réellement admise et une masse d’air de référence

Explication

Le rendement volumétrique compare la masse d’air effectivement admise à une masse d’air de référence. Le rendement mécanique concerne plutôt les puissances ou les travaux, ce qui correspond à une autre grandeur.

30. Quelles conditions de référence caractérisent le remplissage en air standard ?

Une pression dans le répartiteur et une température après compression
Une pression de 1 bar et une température de 0 °C
Une pression de 1000 mbar et une température de 25 °C
Une pression ambiante et une température mesurée à l’admission

Une pression de 1000 mbar et une température de 25 °C

Explication

Le remplissage en air standard est défini avec une pression de 1000 mbar et une température de 25 °C. Le remplissage corrigé utilise les conditions atmosphériques ambiantes, tandis que le rendement volumétrique se réfère aux conditions du répartiteur d’admission.

31. Lequel de ces paramètres peut modifier directement le rendement volumétrique d’un moteur ?

Les pertes de charge dans les conduits d’admission
La forme du silencieux d’échappement
La nature du lubrifiant de transmission
La couleur extérieure du bloc moteur

Les pertes de charge dans les conduits d’admission

Explication

Les pertes de charge dans l’admission influencent la quantité d’air qui entre dans le cylindre et donc le rendement volumétrique. Les autres éléments proposés ne font pas partie des phénomènes principaux associés au remplissage d’air.

32. Combien de tours de vilebrequin correspondent à un cycle complet dans un moteur quatre temps ?

Un tour de vilebrequin
Deux tours de vilebrequin
Quatre tours de vilebrequin
Trois tours de vilebrequin

Deux tours de vilebrequin

Explication

Un moteur quatre temps réalise son cycle complet en deux tours de vilebrequin. Un moteur deux temps accomplit son cycle en un seul tour, ce qui constitue la confusion la plus courante.

33. Quelle combinaison décrit correctement le fonctionnement général d’un moteur à allumage commandé ?

Mélange hétérogène, étincelle extérieure et charge réglée par la température du liquide de refroidissement
Mélange homogène, déflagration déclenchée par une énergie extérieure et charge réglée par l’air admis
Mélange hétérogène, auto-inflammation et charge réglée par la quantité d’air comprimé
Mélange homogène, auto-inflammation et charge réglée par la quantité de carburant injectée

Mélange homogène, déflagration déclenchée par une énergie extérieure et charge réglée par l’air admis

Explication

Le moteur à allumage commandé fonctionne généralement avec un mélange homogène et une combustion initiée par une source extérieure, tandis que la charge est réglée par l’air admis. L’auto-inflammation et le réglage direct par le carburant caractérisent plutôt le fonctionnement Diesel.

34. Dans quel ordre les principales phases de la combustion Diesel se succèdent-elles ?

Délai d’auto-inflammation, combustion par diffusion, puis combustion en prémélange
Combustion par diffusion, délai d’auto-inflammation, puis combustion en prémélange
Délai d’auto-inflammation, combustion en prémélange, puis combustion par flamme de diffusion
Combustion en prémélange, combustion par diffusion, puis délai d’auto-inflammation

Délai d’auto-inflammation, combustion en prémélange, puis combustion par flamme de diffusion

Explication

La combustion Diesel commence par un délai d’auto-inflammation, suivi d’une phase rapide en prémélange puis d’une combustion par flamme de diffusion. La combustion par diffusion ne précède donc pas le délai d’auto-inflammation.

35. Dans un moteur Diesel, comment la charge est-elle principalement réglée ?

Par la position de la bougie d’allumage dans la chambre
Par la quantité d’air admise avec une richesse maintenue autour de 1
Par la réduction de la température du liquide de refroidissement
Par la quantité de carburant injectée

Par la quantité de carburant injectée

Explication

Dans un Diesel, la charge dépend directement de la quantité de carburant injectée. Dans un moteur à allumage commandé, la charge est plutôt réglée par l’air admis, avec une richesse généralement proche de 1.

36. Où et à quelle pression l’essence est-elle généralement injectée en injection directe ?

Dans la chambre de combustion, à une pression d’environ 1600 à 2700 bar
Dans le collecteur d’échappement, à une pression inférieure à 1 bar
Dans la chambre de combustion, à une pression d’environ 100 à 200 bar
Dans la pipe d’admission, à une pression d’environ 3 bar

Dans la chambre de combustion, à une pression d’environ 100 à 200 bar

Explication

L’injection directe d’essence introduit le carburant dans la chambre de combustion à environ 100 à 200 bar. L’injection indirecte se fait dans la pipe d’admission à une pression proche de 3 bar, tandis que les pressions de 1600 à 2700 bar concernent typiquement le Diesel.

37. Quelle proportion correspond approximativement au mélange stœchiométrique d’un moteur à essence ?

1 g d’essence pour 14,7 g d’air
14,7 g d’essence pour 1 g d’air
3,0 g d’essence pour 14,7 g d’air
1 g d’essence pour 3,0 g d’air

1 g d’essence pour 14,7 g d’air

Explication

Le mélange stœchiométrique de l’essence contient environ 1 g d’essence pour 14,7 g d’air. Les autres proportions inversent ou modifient fortement ce rapport de référence.

38. Qu’est-ce qu’une déflagration dans un moteur à essence ?

Une combustion progressive du carburant injecté dans une flamme de diffusion
Une auto-inflammation spontanée de la charge non brûlée sans propagation de flamme
Une combustion initiée par une source extérieure et propagée par un front de flamme
Une combustion provoquée par la détente des gaz après l’ouverture de l’échappement

Une combustion initiée par une source extérieure et propagée par un front de flamme

Explication

La déflagration commence grâce à une source extérieure et se propage dans le mélange par un front de flamme. L’auto-inflammation de la charge non brûlée correspond plutôt au mécanisme associé au cliquetis.

39. Selon la relation donnée, comment évolue le délai d’auto-inflammation lorsque la pression et la température augmentent ?

Il tend à augmenter, car une pression élevée ralentit les réactions chimiques
Il tend à diminuer, car des conditions thermodynamiques plus sévères accélèrent l’auto-inflammation
Il reste constant, car la pression et la température n’interviennent pas dans le délai
Il augmente avec la température, mais diminue avec la pression selon une évolution opposée

Il tend à diminuer, car des conditions thermodynamiques plus sévères accélèrent l’auto-inflammation

Explication

La relation Θ=1APnexp⁡(BT)\Theta=\frac{1}{A P^n}\exp\left(\frac{B}{T}\right) indique qu’une pression plus élevée réduit le délai et qu’une température plus élevée accélère généralement l’auto-inflammation. L’idée d’un délai indépendant de ces paramètres contredit directement cette dépendance.

40. Quelle situation décrit le mécanisme du cliquetis dans un moteur à essence ?

La charge non brûlée devant le front de flamme s’enflamme spontanément presque instantanément et provoque des oscillations de pression
La flamme se propage lentement dans la chambre et supprime les vibrations acoustiques
Le mélange brûlé derrière le front de flamme s’éteint progressivement et diminue la pression dans le cylindre
Le carburant s’évapore dans l’admission et produit une combustion régulière sans variation de pression

La charge non brûlée devant le front de flamme s’enflamme spontanément presque instantanément et provoque des oscillations de pression

Explication

Le cliquetis provient de l’auto-inflammation quasi instantanée de la charge non brûlée située devant le front de flamme, ce qui génère des oscillations de pression et un bruit métallique. Il ne s’agit pas d’une extinction progressive des gaz brûlés derrière la flamme.

41. Dans une combustion stratifiée, comment se répartissent la richesse locale et la richesse globale du mélange ?

Une zone proche de la bougie est pauvre, tandis que le mélange global atteint la richesse 1
La richesse est proche de 1 dans toute la chambre, avec une dilution limitée près des parois
Une zone proche de la bougie est proche de la richesse 1, tandis que le mélange global reste pauvre et dilué
La richesse globale est élevée, tandis que la zone proche de la bougie est fortement diluée par l’air

Une zone proche de la bougie est proche de la richesse 1, tandis que le mélange global reste pauvre et dilué

Explication

La stratification forme une boule locale favorable à l’allumage autour de la bougie, alors que le reste de la chambre contient un mélange pauvre. Confondre richesse locale et richesse globale conduit à attribuer la richesse 1 à l’ensemble du mélange.

42. Quelle combinaison décrit correctement les modes de fonctionnement permis par l’injection directe d’essence ?

Un mode stratifié à faible charge et un mode homogène limité aux régimes élevés
Un mode stratifié sur toute la cartographie et un mode homogène dans une zone particulière
Un mode homogène à forte charge et un mode stratifié réservé au démarrage
Un mode homogène sur toute la cartographie et un mode stratifié dans une zone particulière

Un mode homogène sur toute la cartographie et un mode stratifié dans une zone particulière

Explication

L’injection directe d’essence autorise le fonctionnement homogène sur l’ensemble de la cartographie et le fonctionnement stratifié sur une partie de celle-ci. Le mode stratifié n’est donc pas disponible dans toutes les conditions de fonctionnement.

43. Quel effet caractérise la combustion stratifiée par rapport à une combustion homogène ?

Elle diminue les pertes par pompage et les pertes thermiques, avec un coefficient polytropique proche de 1,35
Elle réduit les pertes par pompage mais abaisse le coefficient polytropique à environ 1,20
Elle augmente les pertes par pompage et les pertes thermiques, avec un coefficient polytropique proche de 1,20
Elle conserve les pertes thermiques et porte le coefficient polytropique à environ 1,25

Elle diminue les pertes par pompage et les pertes thermiques, avec un coefficient polytropique proche de 1,35

Explication

La combustion stratifiée réduit les pertes par pompage et les pertes thermiques et augmente le coefficient polytropique jusqu’à environ 1,35. Les valeurs proches de 1,25 et 1,20 correspondent aux phases homogènes de compression et de détente.

44. Quelles sont les trois phases successives de la combustion Diesel ?

L’atomisation du carburant, la flamme de diffusion rapide et la post-oxydation des suies
La vaporisation du carburant, la flamme homogène lente et la détente des gaz brûlés
Le délai d’auto-inflammation, la flamme de prémélange rapide et la flamme de diffusion
Le délai chimique, la flamme de diffusion instantanée et le refroidissement de la chambre

Le délai d’auto-inflammation, la flamme de prémélange rapide et la flamme de diffusion

Explication

La combustion Diesel comprend d’abord le délai d’auto-inflammation, puis une phase de prémélange rapide et enfin une flamme de diffusion. La flamme de diffusion se développe plus lentement, ce qui distingue les deux phases de combustion.

45. Que comprend le délai total précédant la combustion Diesel, et quel est son ordre de grandeur ?

Un délai physique d’atomisation et de vaporisation, puis un délai chimique de pré-réactions, durant environ 0,1 à 1 ms
Un délai mécanique d’injection, puis un délai thermique de détente, durant environ 10 à 100 ms
Un délai aérodynamique de diffusion, puis un délai électrique d’allumage, durant environ 0,01 à 0,1 μs
Un délai physique de refroidissement, puis un délai chimique de combustion complète, durant environ 1 à 10 s

Un délai physique d’atomisation et de vaporisation, puis un délai chimique de pré-réactions, durant environ 0,1 à 1 ms

Explication

Le délai Diesel associe la préparation physique du jet et les pré-réactions chimiques d’oxydation, pour une durée typique de 0,1 à 1 ms. Le délai physique est surtout lié au jet, tandis que le délai chimique dépend des conditions thermodynamiques et du carburant.

46. Quel ensemble d’effets est associé à la combustion prémélangée Diesel ?

Une oxydation lente des suies, une baisse des contraintes mécaniques et une hausse des hydrocarbures imbrûlés
Un dégagement d’énergie rapide, un bruit accru, de fortes contraintes thermomécaniques et la formation de NOx
Une diffusion régulière du carburant, une diminution du taux de chaleur libérée et une réduction du bruit
Un dégagement d’énergie progressif, un bruit réduit, de faibles contraintes thermomécaniques et moins de NOx

Un dégagement d’énergie rapide, un bruit accru, de fortes contraintes thermomécaniques et la formation de NOx

Explication

La phase prémélangée libère rapidement une quantité importante d’énergie, ce qui favorise le bruit, les contraintes thermomécaniques et les NOx. La phase de diffusion est plus lente et ne produit pas ce même profil de dégagement d’énergie.

47. Que désigne le swirl dans un moteur Diesel ?

La translation axiale des gaz brûlés, rapportée à la vitesse du piston
La rotation du vilebrequin autour de l’axe du cylindre, rapportée au débit d’air
La rotation de l’air autour de l’axe du cylindre, rapportée au régime de rotation du moteur
Le déplacement radial du carburant vers la paroi, rapporté à la pression d’injection

La rotation de l’air autour de l’axe du cylindre, rapportée au régime de rotation du moteur

Explication

Le swirl est un mouvement tourbillonnaire de l’air autour de l’axe du cylindre, exprimé relativement au régime moteur. Il ne décrit ni le mouvement du carburant vers les parois ni la rotation mécanique du vilebrequin.

48. Comment le downsizing réduit-il les pertes par pompage à charge partielle ?

Il augmente la cylindrée et diminue la suralimentation afin de réduire le couple transmis au vilebrequin
Il réduit la cylindrée et limite l’ouverture du papillon pour conserver une pression d’admission faible
Il réduit la cylindrée et utilise la suralimentation pour maintenir le couple, ce qui permet une ouverture plus grande du papillon
Il augmente la pression d’échappement et réduit le débit d’air afin de compenser la baisse de rendement

Il réduit la cylindrée et utilise la suralimentation pour maintenir le couple, ce qui permet une ouverture plus grande du papillon

Explication

Le downsizing diminue la cylindrée, tandis que la suralimentation compense le couple perdu. À charge partielle, une ouverture plus importante du papillon réduit les pertes par pompage.

49. Lequel de ces ensembles regroupe des leviers pertinents de réduction des émissions de CO2 du véhicule ?

L’amélioration aérodynamique, l’allègement, la baisse de résistance au roulement, l’électrification et des vecteurs bas carbone
La diminution de l’aérodynamique, l’augmentation des pertes motopropulsives et l’usage accru de carburants fossiles
L’augmentation de la masse, la hausse de la résistance au roulement, la réduction de l’électrification et des carburants plus carbonés
L’augmentation de la cylindrée, la hausse des frottements et la réduction de l’efficacité du groupe motopropulseur

L’amélioration aérodynamique, l’allègement, la baisse de résistance au roulement, l’électrification et des vecteurs bas carbone

Explication

Les principaux leviers incluent l’aérodynamique, la masse, la résistance au roulement, l’électrification, le groupe motopropulseur et les vecteurs énergétiques bas carbone. Les autres propositions décrivent des évolutions qui tendent à augmenter la consommation ou les émissions.

50. Quelle expression donne le rendement thermodynamique théorique d’un moteur à taux de compression variable ?

ηth=1−εγ−1\eta_{th}=1-\frac{\varepsilon}{\gamma-1}
ηth=1−1εγ−1\eta_{th}=1-\frac{1}{\varepsilon^{\gamma-1}}
ηth=1−1εγ+1\eta_{th}=1-\frac{1}{\varepsilon^{\gamma+1}}
ηth=11−εγ−1\eta_{th}=\frac{1}{1-\varepsilon^{\gamma-1}}

$$\eta_{th}=1-\frac{1}{\varepsilon^{\gamma-1}}$$

Explication

Le rendement théorique dépend du taux de compression ε\varepsilon et de l’exposant γ\gamma selon la relation donnée. Les autres expressions modifient l’exposant ou inversent la structure du terme fractionnaire.

51. Quelle combinaison caractérise l’injection Diesel directe par rapport à l’injection indirecte ?

Une pression d’environ 130 bar, une préchambre et un rapport volumétrique de 21 à 23
Une pression de 1600 à 2000 bar ou davantage, un injecteur multi-trous et un rapport volumétrique de 14 à 16
Une pression d’environ 130 bar, un injecteur multi-trous et un rapport volumétrique de 14 à 16
Une pression de 1600 à 2000 bar, une préchambre et un rapport volumétrique de 21 à 23

Une pression de 1600 à 2000 bar ou davantage, un injecteur multi-trous et un rapport volumétrique de 14 à 16

Explication

L’injection directe combine une très forte pression, un injecteur multi-trous et un rapport volumétrique plus faible. La présence d’une préchambre et le rapport de 21 à 23 caractérisent l’injection indirecte.

52. Quel élément génère principalement le swirl au point mort haut dans un moteur Diesel ?

Les conduits du système d’admission
La préchambre située dans la culasse
Le bol formé dans le piston
Le recouvrement des jets de carburant

Le bol formé dans le piston

Explication

Au point mort haut, le mouvement tourbillonnaire de l’air est généré par le bol et caractérise l’écoulement dans la chambre. Les conduits d’admission produisent plutôt le swirl observé au point mort bas.

53. Dans quel cas un moteur Dual Fuel fonctionne-t-il en allumage commandé ?

Avec une injection de gaz à haute pression et une injection principale de gazole majoritaire
Avec une injection de la totalité du gazole et une auto-inflammation du mélange
Avec une injection de gaz à faible pression et une injection pilote de gazole d’environ 1 % de la charge
Avec une injection d’essence et une inflammation provoquée par la compression de l’air

Avec une injection de gaz à faible pression et une injection pilote de gazole d’environ 1 % de la charge

Explication

Le mode à allumage commandé utilise du gaz injecté à faible pression et une petite injection pilote de gazole représentant environ 1 % de la charge. L’injection de la totalité du gazole avec auto-inflammation correspond au mode Diesel.

54. Quelle succession décrit la formation progressive du CO lors de l’oxydation des hydrocarbures ?

RH→R→RCHO→CO2→RO2→CORH \rightarrow R \rightarrow RCHO \rightarrow CO_2 \rightarrow RO_2 \rightarrow CO
RH→RCO→RCHO→RO2→R→CO2RH \rightarrow RCO \rightarrow RCHO \rightarrow RO_2 \rightarrow R \rightarrow CO_2
RH→R→RO2→RCHO→RCO→CORH \rightarrow R \rightarrow RO_2 \rightarrow RCHO \rightarrow RCO \rightarrow CO
RH→CO2→RCHO→RO2→RCO→CORH \rightarrow CO_2 \rightarrow RCHO \rightarrow RO_2 \rightarrow RCO \rightarrow CO

$$RH \rightarrow R \rightarrow RO_2 \rightarrow RCHO \rightarrow RCO \rightarrow CO$$

Explication

La chaîne d’oxydation passe successivement par les radicaux et composés intermédiaires jusqu’au CO. Le CO₂ correspond à une oxydation plus complète du carbone et n’appartient pas à cette succession donnée.

55. Dans quelle situation les émissions de CO augmentent-elles ?

Lorsque la réaction atteint une oxydation complète à température élevée
Lorsque l’oxygène est abondant et que la température dépasse largement 1700 K
Lorsque l’oxygène manque ou que la réaction est figée sous 1700 K
Lorsque le mélange est légèrement pauvre autour d’une richesse de 0,9

Lorsque l’oxygène manque ou que la réaction est figée sous 1700 K

Explication

Le manque d’oxygène et une réaction interrompue à une température inférieure à 1700 K favorisent l’augmentation du CO. Une oxydation complète avec une température élevée tend plutôt à limiter ce polluant.

56. Quelles réactions appartiennent au mécanisme de Zeldovich étendu responsable de la formation du NO ?

CO+O2⇌CO2CO+O_2\rightleftharpoons CO_2, N+O2⇌NO+ON+O_2\rightleftharpoons NO+O et H+OH⇌H2OH+OH\rightleftharpoons H_2O
O+CO⇌CO2O+CO\rightleftharpoons CO_2, N2+H2⇌NH3N_2+H_2\rightleftharpoons NH_3 et N+OH⇌NO+HN+OH\rightleftharpoons NO+H
O+N2⇌NO+NO+N_2\rightleftharpoons NO+N, N+O2⇌NO+ON+O_2\rightleftharpoons NO+O et N+OH⇌NO+HN+OH\rightleftharpoons NO+H
RH→R→RO2RH\rightarrow R\rightarrow RO_2, CO→CO2CO\rightarrow CO_2 et N2→NH3N_2\rightarrow NH_3

$$O+N_2\rightleftharpoons NO+N$$, $$N+O_2\rightleftharpoons NO+O$$ et $$N+OH\rightleftharpoons NO+H$$

Explication

Le mécanisme de Zeldovich étendu comprend les trois réactions faisant intervenir l’oxygène atomique, l’azote moléculaire, l’oxygène moléculaire et le radical hydroxyle. Les autres ensembles mélangent des réactions d’oxydation du CO ou des transformations qui ne décrivent pas ce mécanisme.

57. Pour quelle richesse la formation de NOx atteint-elle généralement son maximum ?

Pour un mélange légèrement pauvre, autour d’une richesse de 0,9
Pour un mélange très pauvre, autour d’une richesse de 0,3
Pour un mélange stœchiométrique exact, autour d’une richesse de 1,0
Pour un mélange très riche, autour d’une richesse de 1,5

Pour un mélange légèrement pauvre, autour d’une richesse de 0,9

Explication

La formation de NOx est maximale dans un mélange légèrement pauvre, avec une richesse proche de 0,9. Une richesse de 1,5 correspond à un mélange riche et ne représente pas la condition indiquée.

58. Quels métaux favorisent respectivement l’oxydation et la réduction des polluants dans un catalyseur ?

Le palladium favorise la réduction, tandis que le platine favorise la neutralisation des particules
Le platine et le rhodium favorisent l’oxydation, tandis que le palladium favorise la réduction
Le platine ou le palladium favorisent l’oxydation, tandis que le rhodium favorise la réduction
Le rhodium favorise l’oxydation, tandis que le platine ou le palladium favorisent la réduction

Le platine ou le palladium favorisent l’oxydation, tandis que le rhodium favorise la réduction

Explication

Le platine et le palladium sont associés aux réactions d’oxydation, alors que le rhodium favorise les réactions de réduction. Cette répartition ne signifie pas que le rhodium assure l’oxydation principale des polluants.

59. Pourquoi le catalyseur trois voies exige-t-il un contrôle précis de la richesse ?

Parce qu’il fonctionne avec un mélange très pauvre afin de convertir les particules en dioxyde de carbone
Parce qu’il nécessite un mélange très riche pour réduire le CO et oxyder les NOx
Parce qu’il alterne entre une richesse de 0,3 et une richesse de 1,5 selon la charge moteur
Parce qu’il doit fonctionner dans une fenêtre proche de la richesse 1 pour oxyder CO et HC et réduire les NOx

Parce qu’il doit fonctionner dans une fenêtre proche de la richesse 1 pour oxyder CO et HC et réduire les NOx

Explication

Le catalyseur trois voies réalise simultanément l’oxydation du CO et des HC ainsi que la réduction des NOx autour de la richesse 1. Les systèmes Diesel en mélange pauvre ne fournissent pas cette fenêtre de fonctionnement adaptée au catalyseur trois voies.

60. Comment un filtre à particules de type « wall flow » arrête-t-il les particules ?

Une grille métallique placée à l’entrée bloque les gaz et laisse passer les particules fines
Des canaux alternés sont bouchés, ce qui force les gaz à traverser les parois où les particules sont retenues
Des canaux tous ouverts ralentissent les gaz afin que les particules se déposent au centre du monolithe
Un revêtement catalytique vaporise les particules avant leur passage dans des canaux ouverts

Des canaux alternés sont bouchés, ce qui force les gaz à traverser les parois où les particules sont retenues

Explication

Le filtre comporte un monolithe dont un canal sur deux est bouché, obligeant les gaz à traverser les parois poreuses. Les particules sont alors retenues par l’effet de filtration appelé « wall flow ».

61. Quelle condition déclenche et permet la régénération d’un filtre à particules Diesel ?

Un capteur de richesse la déclenche, avec environ 95 °C et une forte concentration de vapeur d’eau
Un capteur de débit la déclenche, avec environ 300 °C et un mélange fortement enrichi
Un capteur de pression différentielle la déclenche, avec environ 600 °C et une quantité résiduelle d’oxygène
Un capteur de température la déclenche, avec environ 1700 K et une absence complète d’oxygène

Un capteur de pression différentielle la déclenche, avec environ 600 °C et une quantité résiduelle d’oxygène

Explication

La régénération nécessite environ 600 °C et de l’oxygène résiduel, tandis que l’augmentation de la pression différentielle fournit le signal de déclenchement. Une température de 1700 K correspond plutôt à une condition évoquée pour la formation du CO, pas à la régénération du filtre.

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Quelle part des énergies fossiles est prévue en 2040 selon BP Statistical Review ?

73 %

Quelle part des énergies renouvelables est prévue en 2040 selon BP Statistical Review ?

15 %

Quelle part de la demande mondiale d’énergie représentent les transports en 2020 et 2040 ?

19 %

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