Exercice Sous-partie 2 (Choix 1) - Énergie et alimentation · Bac Sciences de l'Ingénieur Métropole 2021 (sujet 2)

Rouen Normandy Autonomous Lab (RNAL)

Une réponse à la problématique de la mobilité du premier ou dernier kilomètre

Présentation:

Les transports publics traditionnels (bus, tramway et métro) fonctionnent de manière optimale dans les centres-villes denses et la proche banlieue. Aujourd’hui, souvent moins bien desservis, les quartiers à plus faible densité imposent à leurs habitants d’avoir recours à leur véhicule personnel ou à marcher sur de longues distances pour rejoindre leur destination ou pour relier le réseau de transports en commun.

Cette desserte insuffisante du premier ou dernier kilomètre a un impact direct sur le choix du mode de déplacement. Selon une étude menée aux États-Unis, devoir marcher plus de 0,8 km pour rejoindre une station de transports en commun réduit leur usage d’environ 90 %.

Depuis le début des années 1990, la métropole Rouen Normandie s’est engagée dans une politique ambitieuse en matière de transport en commun, afin de développer sur son territoire une mobilité intégrée, multimodale et décarbonée. Les enjeux sont doubles:

une mobilité choisie et sans contraintes:

continuité totale des déplacements,

diminution significative de l’usage de la voiture individuelle,

multimodalité 1 /intermodalité 2.

une réduction de l’impact environnemental et physique de la mobilité:

maîtrise des consommations d’énergie et des émissions de polluant,

réduction de la congestion automobile.

En octobre 2017, les partenaires du projet Rouen Normandy Autonomous Lab lancent l’expérimentation d’un service de mobilité à la demande avec véhicules autonomes électriques sur routes ouvertes au public. Ce projet est une première en Europe.

Sont partenaires de premier rang du projet:

1 La multimodalité désigne la présence de plusieurs modes de transport différents entre deux lieux.

2 L’intermodalité est l’utilisation de plusieurs modes de transport au cours d’un même déplacement.

La zone d’expérimentation est le technopôle du Madrillet, situé à Saint-Étienne-du-Rouvray en zone périurbaine, à proximité de Rouen.

Au sein du technopôle du Madrillet cohabitent des laboratoires de renommée internationale, des écoles d’ingénieurs, des départements de l’université de Rouen, le Centre de Ressources Informatiques de Haute-Normandie ainsi que des entreprises tournées vers la recherche.

Les récents progrès technologiques réalisés en matière de véhicules autonomes, rendent ces derniers tout à fait adaptés pour parcourir le premier ou le dernier kilomètre, en complémentarité avec les transports en commun. Ils peuvent circuler tout au long de la journée, effectuer des trajets courts, y compris en trafic mixte avec d’autres véhicules.

La flotte des véhicules autonomes dédiée au projet « RNAL » comprend actuellement 4 véhicules électriques ZOE Renault. Ces véhicules permettront aux voyageurs de relier le technopôle du Madrillet à la station terminus de tramway « Technopôle-Madrillet » en circulant sur trois boucles totalisant 10 km sur routes ouvertes avec 17 arrêts. La vitesse moyenne d’exploitation sera de 27 km·h -1 et la vitesse maximale de 40 km·h -1.

Le diagramme de contexte représenté ci-dessous présente les acteurs et les éléments environnant du véhicule autonome en phase d’utilisation.

Le passager réserve son trajet directement via une application.

Une fois géolocalisé, le passager indique l’adresse de sa destination. Après validation, le détail est envoyé à l’utilisateur, qui connaîtra à ce moment, les modalités et les renseignements nécessaires au bon déroulement du service.

Le questionnement proposé dans ce sujet va permettre d’étudier et de vérifier:

comment le traitement de données de la supervision permet de réserver un véhicule en fonction de la disponibilité;

comment le véhicule communique avec l’infrastructure routière;

comment le véhicule s’insère sur une voie de circulation prioritaire dans le respect du code de la route ?

Sous-Partie 2 (Choix 1): Communication avec l'infrastructure routière

Objectif de cette partie: dimensionner l'alimentation autonome d'une unité de bord de route et vérifier que les informations transmises au véhicule par le contrôleur d'un feu de carrefour permettent de déterminer l'état de ce feu.

Afin d'opérer en toute sécurité et d'assurer la bonne vitesse commerciale du service, des infrastructures et des capteurs sont installés sur les points stratégiques de la voirie (intersections, ronds-points, etc.) dans le but d'accroître la perception de l'environnement dans lequel les véhicules autonomes évoluent.

17 sites à instrumenter ont été identifiés sur l'ensemble des 3 boucles. Chaque site est équipé d'une unité bord de route (UBR). Cette armoire est placée au pied d'un mât et centralise les systèmes de communication et d'alimentation des équipements ainsi que l'unité de traitement.

Cette armoire est alimentée en énergie grâce à un système d'alimentation autonome. Des batteries, reliées au réseau électrique de l'éclairage public, sont chargées la nuit pendant les heures de fonctionnement de l'éclairage public, afin d'assurer l'alimentation de l'armoire en journée.

1.1. Dimensionnement de l'alimentation autonome d'une unité de bord de route

On se propose de dimensionner la batterie qui assure l'alimentation d'une unité de bord de route durant la journée en respectant la contrainte Id 1.2 spécifiée dans le diagramme des exigences illustré figure 6. L'ensemble des systèmes présents dans une UBR consomme une puissance de 300 W.

Question 1.4.

Calculer, en W·h, l'énergie $E_{cons}$ consommée par l'ensemble des systèmes présents dans l'UBR durant 16 heures. En supposant qu'au bout des 16 heures, la batterie a perdu 50 % de sa charge, déduire l'énergie $E_{batt}$ stockée dans la batterie de l'UBR lorsqu'elle est complètement chargée.

Question 1.5.

Sachant que les systèmes présents dans l'UBR sont alimentés avec une tension continue de 24 V, calculer, en A·h, la capacité $C_{Batt}$ de la batterie de l'UBR.

Question 1.6.

Afin d'obtenir une batterie avec une tension et une capacité adaptées au besoin, plusieurs batteries 12 V – 220 A·h vont être associées.

On rappelle ci-dessous les règles d'association de batteries:

Rechercher et représenter graphiquement en justifiant la démarche, une association de plusieurs batteries 12 V – 220 A·h pour réaliser la batterie de l'UBR.

Question 1.7.

La nuit, l'UBR est alimentée par le réseau d'éclairage public. La batterie est alors rechargée avec un chargeur. Si la batterie a alimenté l'UBR durant 16 heures, les différents composants ont consommé 5 kW·h.

Sachant que le rendement du chargeur de la batterie est de 80 %, calculer la puissance $P_{Charg}$ absorbée sur le réseau d'éclairage public lors de la recharge de la batterie afin de satisfaire à l'exigence Id 1.2.2.