Exercices: Transport et durabilité

Classer du plus faible au plus fort impact environnemental par personne sur un trajet urbain et justifier l'ordre : voiture avec un seul occupant, bus, vélo et métro.

Expliquer ce qu'est la mobilité durable et citer trois actions concrètes qu'une ville peut mener pour la promouvoir.

Le graphique compare les émissions de CO₂ par voyageur et par kilomètre de plusieurs modes de transport. Calculer les émissions d'un aller-retour au lycée ($15\ \text{km}$ au total) en voiture et en bus, et exprimer combien de fois une option émet plus que l'autre.

Classer ces énergies de transport de la plus faible à la plus forte émission à l'usage et justifier le classement : essence, électricité d'origine renouvelable, gazole et énergie humaine (vélo).

Expliquer ce qu'est une « piste cyclable protégée » et pourquoi elle fait augmenter bien plus l'usage du vélo qu'une simple ligne peinte sur la chaussée.

Qu'est-ce qu'un trajet « intermodal » ? Décrire un exemple réaliste de trajet vers votre lycée combinant vélo, train et marche, et indiquer ce qui est nécessaire pour que cette combinaison soit pratique.

Citer trois avantages de la marche ou du vélo pour aller au lycée qui ne soient pas environnementaux (santé, économies, autonomie) et les expliquer en une phrase.

Expliquer ce qu'est un service de véhicules partagés (voitures ou scooters en location à la minute) et déterminer dans quels cas il peut réduire le nombre total de voitures d'une ville.

Une mairie veut réduire la circulation dans le centre-ville. Analyser ces quatre mesures — piste cyclable, piétonnisation, parking relais en périphérie et navette de bus — et les classer selon la rapidité de mise en œuvre et selon l'effet attendu, en justifiant vos critères.

La voiture électrique n'émet pas de gaz en roulant, mais cela signifie-t-il qu'elle est à « zéro émission » ? Répondre en utilisant la notion de cycle de vie : fabrication des batteries et origine de l'électricité.

Vingt élèves qui parcourent $4\ \text{km}$ par jour en voiture pour aller au lycée décident de passer au vélo. Avec ces données par passager : $120\ \text{g}$ de CO₂ par kilomètre en voiture contre $0\ \text{g}$ à vélo, calculer combien de kilogrammes de CO₂ sont évités sur un mois de 20 jours de classe.

Un bus urbain consomme l'équivalent de 8 litres de gazole tous les $100\ \text{km}$ et transporte en moyenne 20 passagers ; une voiture consomme 6 litres tous les $100\ \text{km}$ avec un seul occupant. Calculer la consommation par passager et pour $100\ \text{km}$ dans les deux cas et commenter le résultat.

Une ville piétonnise son centre et les commerces locaux craignent de perdre des clients. Analyser ce qui se produit généralement avec les ventes quand le nombre de piétons augmente (plus de passage à pied, plus d'achats de proximité) et indiquer quelles mesures d'accompagnement vous mettriez en place pendant le changement.

Expliquer ce qu'est la « logistique du dernier kilomètre » et décrire deux façons de la rendre plus durable (points de retrait communs, vélos-cargos, camionnettes électriques), avec leurs avantages.

Une famille effectue deux trajets quotidiens de $10\ \text{km}$ en voiture pendant 220 jours par an. En prenant $120\ \text{g}$ de CO₂ par kilomètre en voiture et $70\ \text{g}$ en bus, calculer les émissions annuelles actuelles et de combien elles diminueraient si la moitié des trajets se faisait en bus.

Comparer la trottinette électrique et le vélo pour des trajets urbains de $3\ \text{km}$ : énergie consommée, exercice physique, sécurité et comportement par temps de pluie ou de froid. Défendre une option en reconnaissant les points forts de l'autre.

Un audit de mobilité dans votre lycée (600 élèves) révèle que 45 % arrivent en voiture particulière (avec un taux d'occupation moyen de 1,1 élève/véhicule), 30 % en bus et 25 % à pied ou à vélo, ce qui provoque de graves embouteillages et des situations dangereuses devant l'entrée à 8 h 00.

1. a) Concevoir un plan de mobilité scolaire avec trois mesures techniques ou organisationnelles concrètes visant à réduire d'au moins la moitié les déplacements en voiture en une année scolaire.
2. b) Définir deux indicateurs quantitatifs vérifiables (en précisant leur formule de calcul et leur unité de mesure) permettant à la direction d'évaluer chaque mois l'efficacité du plan.
3. c) Justifier une intervention physique à faible coût sur la voie publique devant l'établissement (urbanisme tactique) qui augmente la sécurité des élèves venant par un mode actif.

La construction d'une ligne ferroviaire à grande vitesse de 400 km a généré une empreinte carbone de 1,5 million de tonnes de CO₂ équivalent en raison des terrassements, des tunnels et du bétonnage des viaducs. Sur ce corridor, voyager en avion émet 120 g de CO₂ par voyageur·km, tandis que le train émet 24 g de CO₂ par voyageur·km avec le mix électrique actuel.

1. a) Calculer combien de trajets complets par passager en train (remplaçant l'avion) sont nécessaires pour compenser l'impact initial de l'infrastructure.
2. b) Si la ligne transporte 3 millions de passagers par an et que 70 % d'entre eux viennent de l'avion, prévoir en combien d'années l'ouvrage sera amorti sur le plan environnemental.
3. c) Justifier comment ce délai d'amortissement varierait si le mix électrique du pays passait de 50 % à 90 % de production renouvelable.

Une voiture de 1300 kg consomme 5,5 L d'essence aux 100 km lorsque le conducteur est seul. Chaque passager supplémentaire de 75 kg augmente la consommation du véhicule d'environ 0,1 L aux 100 km (donnée : brûler 1 L d'essence émet 2,3 kg de CO₂).

1. a) Réfuter par le calcul l'affirmation « covoiturer pollue autant que rouler seul, mais la pollution est simplement répartie », en calculant et en comparant les émissions en grammes de CO₂ par passager·km lorsque le conducteur est seul et lorsque 4 personnes voyagent ensemble.
2. b) Si, dans une zone industrielle de 1200 salariés, on encourage le covoiturage et que le taux d'occupation moyen passe de 1,1 à 2,2 personnes par véhicule, prévoir combien de voitures en moins circuleront et combien de mètres carrés de stationnement seront libérés (estimer 12 m² par place).
3. c) Justifier pourquoi réduire de 10 % le nombre de véhicules aux heures de pointe peut réduire de plus de 30 % le temps perdu dans les embouteillages.

On veut mettre en place une ligne de « vélobus » scolaire pour arriver à 8 h 20 à l'établissement avec les conditions techniques suivantes :

• Longueur totale du parcours : 3,6 km sur chaussée urbaine partagée.

• Arrêts intermédiaires : Arrêt 1 (km 0,9), Arrêt 2 (km 1,8) et Arrêt 3 (km 2,7).

• Vitesse moyenne de pédalage du convoi : 12 km/h.

• Le parcours traverse un rond-point dangereux à deux voies sans feu au km 2,2.

1. a) Concevoir l'horaire technique du parcours en calculant les heures exactes de départ et de passage à chaque arrêt, en ajoutant 2 minutes d'arrêt technique à chaque point pour la montée des élèves et en arrivant 10 minutes en avance à l'établissement.
2. b) Proposer un protocole opérationnel et des mesures techniques d'apaisement de la circulation pour traverser en toute sécurité le rond-point du km 2,2 en garantissant la priorité du convoi cycliste.
3. c) Définir deux indicateurs quantitatifs pour évaluer l'impact du vélobus après six mois de fonctionnement.

Une entreprise de 200 salariés adopte un modèle de 3 jours de télétravail par semaine. Sur l'année, son audit environnemental enregistre les données moyennes suivantes :

• 4500 km par an et par salarié sont évités en voiture diesel (consommation : 5,8 L/100 km ; 2,6 kg CO₂/L).

• 20 % des effectifs ont déménagé dans des communes situées à 60 km, doublant la distance parcourue lors des deux jours de présence par rapport à leur situation antérieure.

• La consommation d'électricité et de chauffage dans les logements a augmenté en moyenne de 1,8 kWh par télétravailleur et par jour télétravaillé (facteur d'émission : 0,22 kg CO₂/kWh).

1. a) Interpréter ces données et prévoir si le télétravail garantit à lui seul une réduction nette des émissions ou si un « effet rebond » peut apparaître et annuler le bénéfice.
2. b) Réaliser une estimation numérique du bilan annuel net des émissions (CO₂ évité dans les transports par rapport au CO₂ supplémentaire dû à la consommation domestique et aux trajets plus longs).
3. c) Concevoir deux consignes de gestion de la mobilité que l'entreprise devrait appliquer pour que le télétravail réduise réellement son empreinte écologique.

Une ville de 200 000 habitants doit relier son centre à un nouvel hôpital situé à 6 km. La demande prévue en heure de pointe est de 2600 passagers/heure par sens. La mairie étudie deux solutions :

• Option A (tramway en site propre) : coût d'infrastructure de 14 millions d'€/km ; rames de 220 passagers ; fréquence maximale de 5 minutes ; durée de vie du système de 35 ans.

• Option B (ligne de bus électriques à haut niveau de service, BHNS) : coût d'aménagement de la voirie de 1,5 million d'€/km ; véhicules articulés de 95 passagers ; fréquence maximale de 2 minutes ; durée de vie du véhicule de 12 ans (avec remplacement des batteries à 6 ans).

1. a) Vérifier par des calculs de capacité horaire si les deux options peuvent absorber le pic de demande prévu.
2. b) Comparer la résilience et la flexibilité des deux systèmes face aux incidents sur la voie (travaux imprévus, panne d'une rame ou manifestations).
3. c) Défendre en argumentant laquelle des deux options offre le meilleur rapport coût-bénéfice à long terme, compte tenu de la densité et de la taille de la ville.

Une proposition électorale promet de remplacer 100 % des 150 000 voitures thermiques d'une ville par des voitures électriques en 8 ans, en maintenant inchangés le réseau routier et le nombre total de véhicules en circulation.

1. a) Analyser de façon critique quels problèmes urbains cette mesure résout et dans quelle mesure elle améliore la qualité de l'air local et le confort acoustique.
2. b) Réfuter techniquement pourquoi cette mesure ne résout ni le problème de la congestion, ni celui de l'accidentalité, ni celui de l'occupation de l'espace public (sachant qu'une voiture reste garée 95 % de sa durée de vie en occupant environ 12 m²), ni la pollution par les particules PM10 et PM2,5 issues de l'usure des pneus et des freins sur des véhicules plus lourds de 15 % à 25 % à cause de la batterie.
3. c) Concevoir une proposition alternative pour redistribuer la coupe transversale d'une avenue urbaine de 20 mètres de large (actuellement 4 voies de circulation et 2 bandes de stationnement) en privilégiant l'efficacité modale et la durabilité environnementale.

Un lycée de 800 élèves a obtenu les pourcentages suivants dans son enquête sur les transports :

• Mode A (mobilité active : à pied, à vélo ou en trottinette sans moteur) : 30 %

• Mode B (transport collectif : car scolaire ou bus urbain) : 40 %

• Mode C (voiture partagée avec 2 élèves ou plus) : 10 %

• Mode D (voiture particulière individuelle avec 1 élève) : 20 %

1. a) Concevoir une formule mathématique permettant d'obtenir un « Indice de durabilité de la mobilité » ($I_{SM}$) noté de 0 à 100. Attribuer à chaque mode un coefficient de pondération compris entre 0 et 1 ($P_A, P_B, P_C, P_D$) en justifiant les valeurs choisies selon leur efficacité énergétique et l'espace occupé sur la voie publique.
2. b) Calculer la valeur actuelle de $I_{SM}$ du lycée avec votre formule.
3. c) Si l'établissement installe des casiers et des abris à vélos couverts et obtient que la moitié des élèves qui venaient en voiture individuelle (mode D) passent à la mobilité active (mode A), calculer le nouvel indice et prévoir combien de voitures par jour cesseront d'engorger l'entrée du lycée.

Défi du thème. Audit et plan de transition écologique de votre logement.

Transformer votre logement en modèle d'efficacité, de durabilité et d'accessibilité grâce à une proposition technique réalisée avec LibreOffice.

1. Recueil de données : Consulter sur le site de Météo-France le rayonnement solaire et les températures moyennes de votre commune. Noter dans un tableur la consommation mensuelle en $\text{kWh}$ d'une facture d'électricité réelle et estimer les émissions de $\text{CO}_2$ associées à vos trajets hebdomadaires vers le lycée.

2. Diagnostic technique : Analyser l'orientation des fenêtres, la ventilation traversante, l'isolation thermique et repérer d'éventuels obstacles architecturaux à l'accessibilité (largeur de porte inférieure à $0,8\text{ m}$ ou absence d'espace de rotation de $1,5\text{ m}$).

3. Proposition de réaménagement : Rédiger un court rapport technique comportant :

4. Des mesures passives bioclimatiques (ombrage, isolation) et des adaptations d'accessibilité universelle.

5. L'amélioration des installations actives (éclairage DEL, aérothermie ou domotique pour contrôler la consommation).

6. Un plan de mobilité durable qui remplace les trajets polluants et réduit votre empreinte hebdomadaire d'au moins $30\,\%$.

Seront évalués :

• La rigueur dans le recueil de données réelles et le calcul des consommations avec LibreOffice Calc.

• La faisabilité et la justification technique des solutions bioclimatiques et d'accessibilité proposées.

• La cohérence du plan de mobilité et la quantification des économies d'énergie et d'émissions.