Sujet du Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable 2021 · Métropole - Innovation Technologique et Eco-conception (ITEC)

Mise en situation

Le Zoo Safari de Thoiry est un parc zoologique proche de Paris accueillant plus de 1500 animaux sur environ 150 hectares du domaine du château de Thoiry. Ceci en fait le deuxième parc le plus étendu en France et le douzième en nombre de visiteurs avec plus de 400 000 entrées chaque année.

Il se décompose, de façon originale, en 3 sections spécifiques:

le château et ses jardins botaniques (classés et labellisés « jardin remarquable » par le Ministère de la Culture);

le Safari;

le zoo classique abritant 750 animaux pour la plupart appartenant à des espèces protégées.

Le parc organise de nombreuses visites et ateliers pédagogiques, notamment pour les enfants de tous âges, encadrés par des animateurs et des soigneurs. Environ 13 000 élèves de primaire et de collège bénéficient de ces stages visant à la compréhension de la nature et des animaux chaque année.

L'Arche des petites bêtes

Inauguré en 2012 dans la section zoo, ce nouveau bâtiment a été imaginé afin de servir de refuge à des animaux moins impressionnants que ceux de la jungle, mal connus, mais parfois bien plus importants pour la biodiversité mondiale. Les « petites bêtes » ont été sélectionnées parmi une soixantaine d'espèces originales ( grenouille mousse, mygale à genoux rouges du Mexique, caméléon panthère, lézard à casque, méduse lune…).

L'Arche des petites bêtes a été conçue pour répondre à 3 objectifs.

Être un centre d'élevage et de conservation pour les espèces d'invertébrés et d'amphibiens menacées

Le bâtiment sert de refuge, de nurserie et de lieu de reproduction pour des animaux rares et en voie d'extinction. Symboliquement, la structure choisie est celle d'un immense vaisseau de bois de 500 m².

Être une structure pédagogique et ludique permettant de sensibiliser le public à la conservation de la biodiversité et au développement durable

« Le visiteur […] est invité à suivre un cheminement traversant cinq zones différentes qui le mènent de l'ombre à la lumière, tant physiquement que sur le plan de la réflexion scientifique et philosophique. Durant sa visite, il passe ainsi successivement par une étape de constat (menaces pesant sur la nature), par le temps de la découverte (merveilles de la nature), par le stade de l'obscurantisme (peur de la nature), par une phase d'observation (connaissance de la nature) pour enfin parvenir aux solutions (préservation de la biodiversité). » Extrait du dossier de presse.

L'ensemble de la structure est, de plus, conçue pour un accès intégral aux personnes à mobilité réduite dans un esprit et un design totalement innovant pouvant attirer un public en grand nombre.

Être une éco-construction minimisant son impact sur l'environnement

« Edifiée avec des matériaux renouvelables et/ou recyclables, l'infrastructure répond au cahier des charges des bâtiments bioclimatiques: isolation très performante et inertie thermique, orientation et récupération des eaux de pluie, filtration de l'eau… De plus, l'Arche des petites bêtes a été bâtie avec des matériaux locaux. Ceux-ci présentent l'avantage d'avoir nécessité peu ou pas de transport (terre de la toiture), ou d'être d'un faible coût énergétique à la production (bois de la charpente), ou encore d'être en grande partie recyclables (béton de chanvre des murs) […].

Le toit végétalisé favorise l'intégration paysagère* mais rend aussi à la faune et à la flore locales la surface au sol affectée au bâtiment». Extrait du dossier de presse.

* Ne pas gêner les perspectives depuis le parc classé par un bâtiment trop visible.

Partie 1: Comment inscrire les matériaux choisis dans une démarche de développement durable ?

Structure porteuse

La structure porteuse du toit du bâtiment est construite en poteaux de bois lamellé-collé (voir DT2). L'étude porte sur les 12 poteaux de la face externe. Ceux-ci mesurent 5,9 m de haut, ont une largeur à leur base de 0,5 m et à leur sommet de 1 m.

Le DT3 présente une étude éco-environnementale comparative entre la solution finalement choisie (bois et assemblage de provenance locale) et une solution en acier 5 fois plus résistant, permettant l'emploi d'une épaisseur plus fine, mais d'une provenance plus éloignée.

DT1: diagramme des exigences

DT2: modèle numérique de la structure porteuse de l'arche (toiture enlevée)

1.1

Identifier, à partir des textes de présentation et du diagramme des exigences du DT1, pour chacun des 3 piliers du développement durable: 1 argument inscrivant le projet de l'arche dans une démarche environnementale; 1 argument inscrivant l'arche dans une démarche sociétale; 1 argument inscrivant l'arche dans une démarche économique.

DT3: étude comparative d'éco-conception dans leur cycle de vie d'un poteau porteur par simulations numériques

Material: Matériaux – Manufacture: Fabrication – Transport: Transport – Use: Utilisation – Disposal: Fin de vie – EoL potential: Recyclage potentiel

· Poteau bois lamellé-collé · Poteau acier

Épaisseur · 250 mm · 50 mm

Masse · 274 kg · 1270 kg

Cycle de vie · 50 ans · 50 ans

Transport · camion 32 t, 50 km · camion 32 t, 1500 km

1.2

Estimer, pour les 2 matériaux envisagés, les valeurs de l'énergie totale dépensée dans le cycle de vie d'un poteau puis de l'équivalent en kg de CO2 total rejeté, à l'aide des données du DT3.

1.3

Calculer en pourcentage, dans le cas d'un poteau en acier, la part du transport dans l'énergie totale dépensée dans le cycle de vie puis dans l'équivalent en kg de CO2 total rejeté, à partir du DT3. La part du transport pour la solution en bois est quasiment nulle. Justifier l'intérêt de l'emploi de matériaux locaux.

1.4

Calculer le rapport énergie totale acier / énergie totale bois, à partir du DT3. Calculer ensuite le rapport équivalent en kg de CO2 total acier / équivalent en kg de CO2 total bois, toujours à partir du DT3. Justifier à l'aide de ces rapports le choix de la structure bois issue d'une production locale.

Matériau isolant sur les parois

Les parois de l'arche ont été conçues afin d'assurer l'isolation thermique maximale du bâtiment, les « petites bêtes » vivant dans des univers spécifiques. Elles doivent également garantir la résistance mécanique, la rigidité et la sécurité des personnes. Le choix s'est porté sur un matériau composite et écologique, le béton de chanvre, obtenu par mélange d'un granulat léger d'origine végétale (le chanvre) et d'un liant minéral (la chaux). Comme tout végétal, le chanvre absorbe et stocke du CO2 pendant sa phase de croissance.

DT4: performances des bétons de chanvre suivant trois critères

1.5

Expliquer pourquoi le béton de chanvre est un bon compromis pour assurer l'isolation thermique et garantir la résistance des parois, en vous appuyant sur les données du DT4.

Le béton de chanvre n'est pas la solution traditionnellement choisie par les constructeurs pour ce type de parois. Le Document Technique DT5 présente une comparaison entre le béton de chanvre et d'autres solutions d'un point de vue environnemental.

DT5: émissions des gaz à effet de serre (en kg eq. CO2) sur l'ensemble du cycle de vie de différents types de parois

1.6

Relever, sur le DT5, la valeur de CO2 émis par le béton de chanvre durant son cycle de vie. Expliquer pourquoi cette valeur est négative. Conclure quant aux choix de l'architecte vis-à-vis des critères environnementaux pour la réalisation des parois.

Mise en situation

Le Zoo Safari de Thoiry est un parc zoologique proche de Paris accueillant plus de 1500 animaux sur environ 150 hectares du domaine du château de Thoiry. Ceci en fait le deuxième parc le plus étendu en France et le douzième en nombre de visiteurs avec plus de 400 000 entrées chaque année.

Il se décompose, de façon originale, en 3 sections spécifiques:

le château et ses jardins botaniques (classés et labellisés « jardin remarquable » par le Ministère de la Culture);

le Safari;

le zoo classique abritant 750 animaux pour la plupart appartenant à des espèces protégées.

Le parc organise de nombreuses visites et ateliers pédagogiques, notamment pour les enfants de tous âges, encadrés par des animateurs et des soigneurs. Environ 13 000 élèves de primaire et de collège bénéficient de ces stages visant à la compréhension de la nature et des animaux chaque année.

L'Arche des petites bêtes

Inauguré en 2012 dans la section zoo, ce nouveau bâtiment a été imaginé afin de servir de refuge à des animaux moins impressionnants que ceux de la jungle, mal connus, mais parfois bien plus importants pour la biodiversité mondiale. Les « petites bêtes » ont été sélectionnées parmi une soixantaine d'espèces originales ( grenouille mousse, mygale à genoux rouges du Mexique, caméléon panthère, lézard à casque, méduse lune…).

L'Arche des petites bêtes a été conçue pour répondre à 3 objectifs.

Être un centre d'élevage et de conservation pour les espèces d'invertébrés et d'amphibiens menacées

Le bâtiment sert de refuge, de nurserie et de lieu de reproduction pour des animaux rares et en voie d'extinction. Symboliquement, la structure choisie est celle d'un immense vaisseau de bois de 500 m².

Être une structure pédagogique et ludique permettant de sensibiliser le public à la conservation de la biodiversité et au développement durable

« Le visiteur […] est invité à suivre un cheminement traversant cinq zones différentes qui le mènent de l'ombre à la lumière, tant physiquement que sur le plan de la réflexion scientifique et philosophique. Durant sa visite, il passe ainsi successivement par une étape de constat (menaces pesant sur la nature), par le temps de la découverte (merveilles de la nature), par le stade de l'obscurantisme (peur de la nature), par une phase d'observation (connaissance de la nature) pour enfin parvenir aux solutions (préservation de la biodiversité). » Extrait du dossier de presse.

L'ensemble de la structure est, de plus, conçue pour un accès intégral aux personnes à mobilité réduite dans un esprit et un design totalement innovant pouvant attirer un public en grand nombre.

Être une éco-construction minimisant son impact sur l'environnement

« Edifiée avec des matériaux renouvelables et/ou recyclables, l'infrastructure répond au cahier des charges des bâtiments bioclimatiques: isolation très performante et inertie thermique, orientation et récupération des eaux de pluie, filtration de l'eau… De plus, l'Arche des petites bêtes a été bâtie avec des matériaux locaux. Ceux-ci présentent l'avantage d'avoir nécessité peu ou pas de transport (terre de la toiture), ou d'être d'un faible coût énergétique à la production (bois de la charpente), ou encore d'être en grande partie recyclables (béton de chanvre des murs) […].

Le toit végétalisé favorise l'intégration paysagère* mais rend aussi à la faune et à la flore locales la surface au sol affectée au bâtiment». Extrait du dossier de presse.

* Ne pas gêner les perspectives depuis le parc classé par un bâtiment trop visible.

Partie 2: Comment respecter la réglementation thermique en vigueur ?

La technique du béton projeté utilisée pour la mise en œuvre du béton de chanvre permet d'obtenir la courbure esthétique de la face externe, voulue par l'architecte. L'épaisseur des murs en béton de chanvre n'est donc pas constante.

Question 2.1

Relever les épaisseurs minimale et maximale des murs, données sur les plans du DT6 (coupe AA). Calculer l'épaisseur moyenne:

$$e_{\text{moy}} = \frac{e_{\text{max}} + e_{\text{min}}}{2}$$

Compléter les cases correspondant à l'épaisseur moyenne $e_{\text{moy}}$ du béton de chanvre et de l'enduit de chaux sur le document réponses DR1 ci-dessous.

Question 2.2

Calculer les résistances thermiques des couches de béton de chanvre et d'enduit de chaux en utilisant le DT7. Indiquer ces valeurs sur le DR1.

Question 2.3

Identifier les valeurs des résistances superficielles extérieures et intérieures d'une paroi verticale en utilisant le DT8. Indiquer ces valeurs sur le DR1.

Calculer la résistance thermique totale de la paroi. Indiquer cette valeur sur le DR1.

DT6: plan de structure - coupe verticale des murs

DT7: caractéristiques des parois et rappels

Paroi

Composition

Coefficient $U_P$ ($\text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-1}$)

Maximum réglementaire $U_{\text{max}}$ ($\text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-1}$)

Plancher bas · Polyuréthane 10 cm, Béton 20 cm · 0,30 · 0,4

Mur extérieur · Béton de chanvre, Enduit de chaux 2 cm · À déterminer · 0,45

Plancher intermédiaire · Bois · > 5 · Pas d'exigences

Mur intérieur · SIPOREX ép. 15 cm · 0,59 · Pas d'exigences

Toiture terrasse végétalisée · Terre 8 cm, Bitume, Polyuréthane 6 cm, OSB 2 cm · 0,41 · 0,28

Plancher sous comble · Ouate de cellulose 20 cm, OSB 2 cm · 0,2 · 0,28

Rappels:

Résistance thermique: $R_{\text{th}} = \frac{e}{\lambda}$

Coefficient de transmission thermique: $U_P = \frac{1}{R_{\text{th}}}$

DT8: résistances thermiques superficielles ($R_{si}$, $R_{se}$)

DOCUMENT RÉPONSES DR1: Calcul de la résistance thermique de la paroi

Nom

Épaisseur en m

Conductivité thermique $\lambda$ ($\text{W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$)

Résistance thermique $R_{\text{th}}$ ($\text{m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$)

Surface extérieure

-

-

Enduit de chaux

0,7

Béton de chanvre

0,1

Surface intérieure

-

-

$R_{\text{th}}$ totale

Question 2.4

En déduire le coefficient de transmission thermique $U_P$ de la paroi sur le DR1 et vérifier que la réglementation $U_{\text{max}}$ est respectée.

$\text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-1}$

Question 2.5

On donne la longueur totale des murs: 88,77 m et on néglige, pour le calcul, les diverses ouvertures du bâtiment.

Relever la hauteur des murs en béton de chanvre sur le plan donné dans le DT6. En déduire la surface des murs en béton de chanvre.

m

$\text{m}^2$

Pour le confort des visiteurs, on souhaite maintenir une température à l'intérieur de l'Arche de 19°C. La période de chauffe du bâtiment dure du 1 er octobre au 30 avril, soit 212 jours. En raison de la forme arrondie de la paroi, le coefficient de transmission thermique moyen est $U_P = 0,4\ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-1}$.

DT9: données climatiques de Thoiry

· Jan. · Fév. · Mars · Avr. · Mai · Juin · Juil. · Août · Sept. · Oct. · Nov. · Déc.

Temp. moyenne (°C)

2,7 · 3,5 · 6,7 · 9,6 · 12,9 · 15,8 · 17,8 · 17,6 · 15,3 · 10,7 · 6,4 · 3,6

Le flux thermique ($\Phi$) traversant une paroi de surface ($S$), de coefficient de conduction ($U$) séparant 2 milieux dont les températures ont une différence ($\Delta T$) est:

$$\Phi = U \cdot S \cdot \Delta T\quad\text{en W}$$

Question 2.6

Calculer la température extérieure moyenne durant la période de chauffe à l'aide des informations du DT9.

En déduire l'écart de température moyen entre l'intérieur et l'extérieur durant cette période.

Calculer le flux thermique moyen qui traverse les parois verticales en béton de chanvre en kW.

°C

°C

kW

Question 2.7

Calculer l'énergie thermique perdue au travers des parois verticales en béton de chanvre en $\text{kW}\cdot\text{h}$ durant la période de chauffe.

Compléter le DR2 pour obtenir les déperditions thermiques totales.

DOCUMENT RÉPONSES DR2: Calcul des déperditions thermiques

Paroi

Pertes en $\text{kW}\cdot\text{h}$

Plancher bas

10 260

Mur extérieur (parois verticales en béton de chanvre)

Toiture terrasse végétalisée

11 215

Plancher sous comble

1 370

TOTAL

Question 2.8

L'étude précédente permet d'estimer les déperditions énergétiques à environ 37 000 kW·h. Un logiciel de simulation numérique a permis d'obtenir un bilan énergétique thermique complet de l'Arche. Ce résultat est présenté sous la forme d'un diagramme de Sankey dans le document DT10.

Comparer les valeurs des déperditions obtenues par simulation avec celles calculées par l'étude.

Expliquer cette différence en citant 2 autres sources de déperditions thermiques qui n'ont pas été prises en compte dans les calculs.

DT10: diagramme de Sankey des apports internes et déperditions

Mise en situation

Le Zoo Safari de Thoiry est un parc zoologique proche de Paris accueillant plus de 1500 animaux sur environ 150 hectares du domaine du château de Thoiry. Ceci en fait le deuxième parc le plus étendu en France et le douzième en nombre de visiteurs avec plus de 400 000 entrées chaque année.

Il se décompose, de façon originale, en 3 sections spécifiques:

le château et ses jardins botaniques (classés et labellisés « jardin remarquable » par le Ministère de la Culture);

le Safari;

le zoo classique abritant 750 animaux pour la plupart appartenant à des espèces protégées.

Le parc organise de nombreuses visites et ateliers pédagogiques, notamment pour les enfants de tous âges, encadrés par des animateurs et des soigneurs. Environ 13 000 élèves de primaire et de collège bénéficient de ces stages visant à la compréhension de la nature et des animaux chaque année.

L'Arche des petites bêtes

Inauguré en 2012 dans la section zoo, ce nouveau bâtiment a été imaginé afin de servir de refuge à des animaux moins impressionnants que ceux de la jungle, mal connus, mais parfois bien plus importants pour la biodiversité mondiale. Les « petites bêtes » ont été sélectionnées parmi une soixantaine d'espèces originales ( grenouille mousse, mygale à genoux rouges du Mexique, caméléon panthère, lézard à casque, méduse lune…).

L'Arche des petites bêtes a été conçue pour répondre à 3 objectifs.

Être un centre d'élevage et de conservation pour les espèces d'invertébrés et d'amphibiens menacées

Le bâtiment sert de refuge, de nurserie et de lieu de reproduction pour des animaux rares et en voie d'extinction. Symboliquement, la structure choisie est celle d'un immense vaisseau de bois de 500 m².

Être une structure pédagogique et ludique permettant de sensibiliser le public à la conservation de la biodiversité et au développement durable

« Le visiteur […] est invité à suivre un cheminement traversant cinq zones différentes qui le mènent de l'ombre à la lumière, tant physiquement que sur le plan de la réflexion scientifique et philosophique. Durant sa visite, il passe ainsi successivement par une étape de constat (menaces pesant sur la nature), par le temps de la découverte (merveilles de la nature), par le stade de l'obscurantisme (peur de la nature), par une phase d'observation (connaissance de la nature) pour enfin parvenir aux solutions (préservation de la biodiversité). » Extrait du dossier de presse.

L'ensemble de la structure est, de plus, conçue pour un accès intégral aux personnes à mobilité réduite dans un esprit et un design totalement innovant pouvant attirer un public en grand nombre.

Être une éco-construction minimisant son impact sur l'environnement

« Edifiée avec des matériaux renouvelables et/ou recyclables, l'infrastructure répond au cahier des charges des bâtiments bioclimatiques: isolation très performante et inertie thermique, orientation et récupération des eaux de pluie, filtration de l'eau… De plus, l'Arche des petites bêtes a été bâtie avec des matériaux locaux. Ceux-ci présentent l'avantage d'avoir nécessité peu ou pas de transport (terre de la toiture), ou d'être d'un faible coût énergétique à la production (bois de la charpente), ou encore d'être en grande partie recyclables (béton de chanvre des murs) […].

Le toit végétalisé favorise l'intégration paysagère* mais rend aussi à la faune et à la flore locales la surface au sol affectée au bâtiment». Extrait du dossier de presse.

* Ne pas gêner les perspectives depuis le parc classé par un bâtiment trop visible.

Partie 3: Comment couvrir de manière renouvelable une partie des besoins énergétiques de l'arche ?

Selon le diagramme de Sankey, les besoins thermiques nets sont de 21 679 kWh. On estime que ceux-ci représentent environ 70 % des besoins énergétiques globaux du bâtiment. Ces besoins sont donc évalués à 30 000 kWh par an. Afin de respecter les contraintes environnementales de l'Arche, on souhaite mettre en place des panneaux solaires photovoltaïques pour couvrir une partie des besoins énergétiques.

Question 3.1

Indiquer le pourcentage d'énergie renouvelable à injecter dans le système, à partir du diagramme SysML des exigences (DT1).

En déduire l'énergie que doivent produire les panneaux solaires.

%

Question 3.2

Justifier le choix d'une inclinaison des panneaux solaires à 45°, à partir de l'irradiation globale présentée sur le document technique DT11.

DT11: irradiation solaire pour la commune de Thoiry pour différents plans inclinés

mois

Irradiation globale journalière (kW·h·m⁻²)

- Inclinaison 0°

Irradiation globale journalière (kW·h·m⁻²)

- Inclinaison 45°

Irradiation globale journalière (kW·h·m⁻²)

- Inclinaison 90°

janvier · 0,87 · 1,3 · 1,19

février · 1,52 · 2,01 · 1,72

mars · 2,88 · 3,52 · 2,74

avril · 3,92 · 4,05 · 2,71

mai · 5,01 · 4,7 · 2,82

juin · 5,59 · 5,01 · 2,85

juillet · 5,33 · 4,86 · 2,82

aout · 4,44 · 4,39 · 2,78

septembre · 3,38 · 3,86 · 2,81

octobre · 1,98 · 2,61 · 2,18

novembre · 0,99 · 1,4 · 1,25

décembre · 0,72 · 1,11 · 1,04

Moyenne · 3,0525 · 3,235 · 2,2425

Question 3.3

Indiquer la valeur de la quantité d'énergie récupérable sur une année, par m² de panneaux, à partir du DT12 (valeurs irradiation solaire).

DT12: irradiation globale cumulée à 45°

mois · Irradiation mensuelle (kW·h·m⁻²)

janvier · 27

février · 43

mars · 89

avril · 118

mai · 155

juin · 168

juillet · 165

aout · 138

septembre · 101

octobre · 61

novembre · 30

décembre · 22

DT13: fiche technique panneau solaire Systovi 300Wc

Les modules full black 60 cellules d'une puissance de 300Wc obtiennent un rendement surfacique de 18,6%.

Puissance crête: 300 Wc |

Cellules: Monocristallines PERC 156 x 156 mm |

Disposition: 60 cellules (6 x 10) |

Dimension module: 1 648 x 988 x 35 mm

Question 3.4

Relever les dimensions d'une cellule, d'après le DT13 (fiche technique panneau solaire). En déduire la surface totale de cellules composant un panneau.

Question 3.5

Calculer la quantité d'énergie solaire qu'un panneau peut capter sur une année (en kW·h) s'ils sont inclinés à 45°.

Question 3.6

Relever, sur le DT13, la valeur du rendement du panneau choisi (fiche technique panneau solaire). En déduire la quantité d'énergie électrique récupérable sur une année par un panneau solaire.

%

Question 3.7

L'installateur propose de mettre en place 15 panneaux solaires.

Conclure en justifiant sur le respect du cahier des charges.

Mise en situation

Le Zoo Safari de Thoiry est un parc zoologique proche de Paris accueillant plus de 1500 animaux sur environ 150 hectares du domaine du château de Thoiry. Ceci en fait le deuxième parc le plus étendu en France et le douzième en nombre de visiteurs avec plus de 400 000 entrées chaque année.

Il se décompose, de façon originale, en 3 sections spécifiques:

le château et ses jardins botaniques (classés et labellisés « jardin remarquable » par le Ministère de la Culture);

le Safari;

le zoo classique abritant 750 animaux pour la plupart appartenant à des espèces protégées.

Le parc organise de nombreuses visites et ateliers pédagogiques, notamment pour les enfants de tous âges, encadrés par des animateurs et des soigneurs. Environ 13 000 élèves de primaire et de collège bénéficient de ces stages visant à la compréhension de la nature et des animaux chaque année.

L'Arche des petites bêtes

Inauguré en 2012 dans la section zoo, ce nouveau bâtiment a été imaginé afin de servir de refuge à des animaux moins impressionnants que ceux de la jungle, mal connus, mais parfois bien plus importants pour la biodiversité mondiale. Les « petites bêtes » ont été sélectionnées parmi une soixantaine d'espèces originales ( grenouille mousse, mygale à genoux rouges du Mexique, caméléon panthère, lézard à casque, méduse lune…).

L'Arche des petites bêtes a été conçue pour répondre à 3 objectifs.

Être un centre d'élevage et de conservation pour les espèces d'invertébrés et d'amphibiens menacées

Le bâtiment sert de refuge, de nurserie et de lieu de reproduction pour des animaux rares et en voie d'extinction. Symboliquement, la structure choisie est celle d'un immense vaisseau de bois de 500 m².

Être une structure pédagogique et ludique permettant de sensibiliser le public à la conservation de la biodiversité et au développement durable

« Le visiteur […] est invité à suivre un cheminement traversant cinq zones différentes qui le mènent de l'ombre à la lumière, tant physiquement que sur le plan de la réflexion scientifique et philosophique. Durant sa visite, il passe ainsi successivement par une étape de constat (menaces pesant sur la nature), par le temps de la découverte (merveilles de la nature), par le stade de l'obscurantisme (peur de la nature), par une phase d'observation (connaissance de la nature) pour enfin parvenir aux solutions (préservation de la biodiversité). » Extrait du dossier de presse.

L'ensemble de la structure est, de plus, conçue pour un accès intégral aux personnes à mobilité réduite dans un esprit et un design totalement innovant pouvant attirer un public en grand nombre.

Être une éco-construction minimisant son impact sur l'environnement

« Edifiée avec des matériaux renouvelables et/ou recyclables, l'infrastructure répond au cahier des charges des bâtiments bioclimatiques: isolation très performante et inertie thermique, orientation et récupération des eaux de pluie, filtration de l'eau… De plus, l'Arche des petites bêtes a été bâtie avec des matériaux locaux. Ceux-ci présentent l'avantage d'avoir nécessité peu ou pas de transport (terre de la toiture), ou d'être d'un faible coût énergétique à la production (bois de la charpente), ou encore d'être en grande partie recyclables (béton de chanvre des murs) […].

Le toit végétalisé favorise l'intégration paysagère* mais rend aussi à la faune et à la flore locales la surface au sol affectée au bâtiment». Extrait du dossier de presse.

* Ne pas gêner les perspectives depuis le parc classé par un bâtiment trop visible.

Partie 4: Comment améliorer la communication envers les publics scolaires ?

Les parcs zoologiques jouent désormais un rôle crucial dans la préservation de la biodiversité, grâce à leur capacité à sensibiliser et à éduquer un nombre croissant de visiteurs.

Afin de les sensibiliser à la préservation des espèces menacées d'extinction, le zoo souhaite mettre en place le prêt de tablettes numériques permettant une visite plus ludique pour les plus jeunes. L'application qui sera installée nécessite une communication entre les tablettes et un accès internet. Le zoo prévoit l'accueil de groupes scolaires de 30 enfants maximum. Deux groupes scolaires pourront effectuer la visite de l'Arche en même temps.

Question 4.1

Indiquer la solution retenue pour rendre attractif l'Arche pour les enfants, à partir du diagramme des exigences (DT1).

Mise en situation

Le Zoo Safari de Thoiry est un parc zoologique proche de Paris accueillant plus de 1500 animaux sur environ 150 hectares du domaine du château de Thoiry. Ceci en fait le deuxième parc le plus étendu en France et le douzième en nombre de visiteurs avec plus de 400 000 entrées chaque année.

Il se décompose, de façon originale, en 3 sections spécifiques:

le château et ses jardins botaniques (classés et labellisés « jardin remarquable » par le Ministère de la Culture);

le Safari;

le zoo classique abritant 750 animaux pour la plupart appartenant à des espèces protégées.

Le parc organise de nombreuses visites et ateliers pédagogiques, notamment pour les enfants de tous âges, encadrés par des animateurs et des soigneurs. Environ 13 000 élèves de primaire et de collège bénéficient de ces stages visant à la compréhension de la nature et des animaux chaque année.

L'Arche des petites bêtes

Inauguré en 2012 dans la section zoo, ce nouveau bâtiment a été imaginé afin de servir de refuge à des animaux moins impressionnants que ceux de la jungle, mal connus, mais parfois bien plus importants pour la biodiversité mondiale. Les « petites bêtes » ont été sélectionnées parmi une soixantaine d'espèces originales ( grenouille mousse, mygale à genoux rouges du Mexique, caméléon panthère, lézard à casque, méduse lune…).

L'Arche des petites bêtes a été conçue pour répondre à 3 objectifs.

Être un centre d'élevage et de conservation pour les espèces d'invertébrés et d'amphibiens menacées

Le bâtiment sert de refuge, de nurserie et de lieu de reproduction pour des animaux rares et en voie d'extinction. Symboliquement, la structure choisie est celle d'un immense vaisseau de bois de 500 m².

Être une structure pédagogique et ludique permettant de sensibiliser le public à la conservation de la biodiversité et au développement durable

« Le visiteur […] est invité à suivre un cheminement traversant cinq zones différentes qui le mènent de l'ombre à la lumière, tant physiquement que sur le plan de la réflexion scientifique et philosophique. Durant sa visite, il passe ainsi successivement par une étape de constat (menaces pesant sur la nature), par le temps de la découverte (merveilles de la nature), par le stade de l'obscurantisme (peur de la nature), par une phase d'observation (connaissance de la nature) pour enfin parvenir aux solutions (préservation de la biodiversité). » Extrait du dossier de presse.

L'ensemble de la structure est, de plus, conçue pour un accès intégral aux personnes à mobilité réduite dans un esprit et un design totalement innovant pouvant attirer un public en grand nombre.

Être une éco-construction minimisant son impact sur l'environnement

« Edifiée avec des matériaux renouvelables et/ou recyclables, l'infrastructure répond au cahier des charges des bâtiments bioclimatiques: isolation très performante et inertie thermique, orientation et récupération des eaux de pluie, filtration de l'eau… De plus, l'Arche des petites bêtes a été bâtie avec des matériaux locaux. Ceux-ci présentent l'avantage d'avoir nécessité peu ou pas de transport (terre de la toiture), ou d'être d'un faible coût énergétique à la production (bois de la charpente), ou encore d'être en grande partie recyclables (béton de chanvre des murs) […].

Le toit végétalisé favorise l'intégration paysagère* mais rend aussi à la faune et à la flore locales la surface au sol affectée au bâtiment». Extrait du dossier de presse.

* Ne pas gêner les perspectives depuis le parc classé par un bâtiment trop visible.

Partie 4: Comment améliorer la communication envers les publics scolaires ?

Afin de les sensibiliser à la préservation des espèces menacées d'extinction, le zoo souhaite mettre en place le prêt de tablettes numériques permettant une visite plus ludique pour les plus jeunes. L'application qui sera installée nécessite une communication entre les tablettes et un accès internet. Le zoo prévoit l'accueil de groupes scolaires de 30 enfants maximum. Deux groupes scolaires pourront effectuer la visite de l'Arche en même temps.

Le plan d'installation du réseau informatique déjà en place est présenté sur le Document Technique DT14:

4.2

Déterminer le nombre d'équipements déjà adressés sur le réseau interne de l'Arche, à partir du plan d'implantation du réseau informatique de l'Arche (DT14).

4.3

Indiquer les valeurs décimales de l'adresse IP du réseau en place et de son masque de sous réseau, à partir du plan d'implantation du réseau informatique de l'Arche (DT14).

4.4

Indiquer les deux plages d'adresses IP disponibles pour raccorder des nouveaux appareils.

4.5

Déterminer le nombre d'adresses IP restant disponibles.

4.6

Comparer vos résultats, en termes de capacité de connexion de tablettes, au cahier des charges (DT1 ci-dessous). Conclure sur les capacités de l'Arche à accueillir les groupes scolaires dans les conditions souhaitées par les responsables du zoo.

Mise en situation

Le Zoo Safari de Thoiry est un parc zoologique proche de Paris accueillant plus de 1500 animaux sur environ 150 hectares du domaine du château de Thoiry. Ceci en fait le deuxième parc le plus étendu en France et le douzième en nombre de visiteurs avec plus de 400 000 entrées chaque année.

Il se décompose, de façon originale, en 3 sections spécifiques:

le château et ses jardins botaniques (classés et labellisés « jardin remarquable » par le Ministère de la Culture);

le Safari;

le zoo classique abritant 750 animaux pour la plupart appartenant à des espèces protégées.

Le parc organise de nombreuses visites et ateliers pédagogiques, notamment pour les enfants de tous âges, encadrés par des animateurs et des soigneurs. Environ 13 000 élèves de primaire et de collège bénéficient de ces stages visant à la compréhension de la nature et des animaux chaque année.

L'Arche des petites bêtes

Inauguré en 2012 dans la section zoo, ce nouveau bâtiment a été imaginé afin de servir de refuge à des animaux moins impressionnants que ceux de la jungle, mal connus, mais parfois bien plus importants pour la biodiversité mondiale. Les « petites bêtes » ont été sélectionnées parmi une soixantaine d'espèces originales ( grenouille mousse, mygale à genoux rouges du Mexique, caméléon panthère, lézard à casque, méduse lune…).

L'Arche des petites bêtes a été conçue pour répondre à 3 objectifs.

Être un centre d'élevage et de conservation pour les espèces d'invertébrés et d'amphibiens menacées

Le bâtiment sert de refuge, de nurserie et de lieu de reproduction pour des animaux rares et en voie d'extinction. Symboliquement, la structure choisie est celle d'un immense vaisseau de bois de 500 m².

Être une structure pédagogique et ludique permettant de sensibiliser le public à la conservation de la biodiversité et au développement durable

« Le visiteur […] est invité à suivre un cheminement traversant cinq zones différentes qui le mènent de l'ombre à la lumière, tant physiquement que sur le plan de la réflexion scientifique et philosophique. Durant sa visite, il passe ainsi successivement par une étape de constat (menaces pesant sur la nature), par le temps de la découverte (merveilles de la nature), par le stade de l'obscurantisme (peur de la nature), par une phase d'observation (connaissance de la nature) pour enfin parvenir aux solutions (préservation de la biodiversité). » Extrait du dossier de presse.

L'ensemble de la structure est, de plus, conçue pour un accès intégral aux personnes à mobilité réduite dans un esprit et un design totalement innovant pouvant attirer un public en grand nombre.

Être une éco-construction minimisant son impact sur l'environnement

« Edifiée avec des matériaux renouvelables et/ou recyclables, l'infrastructure répond au cahier des charges des bâtiments bioclimatiques: isolation très performante et inertie thermique, orientation et récupération des eaux de pluie, filtration de l'eau… De plus, l'Arche des petites bêtes a été bâtie avec des matériaux locaux. Ceux-ci présentent l'avantage d'avoir nécessité peu ou pas de transport (terre de la toiture), ou d'être d'un faible coût énergétique à la production (bois de la charpente), ou encore d'être en grande partie recyclables (béton de chanvre des murs) […].

Le toit végétalisé favorise l'intégration paysagère* mais rend aussi à la faune et à la flore locales la surface au sol affectée au bâtiment». Extrait du dossier de presse.

* Ne pas gêner les perspectives depuis le parc classé par un bâtiment trop visible.

Conclusion générale

Question 4.7

Argumenter sur le bien-fondé des solutions développées, pour chacune des 4 parties étudiées, du point de vue des 3 piliers du développement durable.

Mise en situation

Afin d'assurer une meilleure sécurité de l'Arche des petites bêtes, une étude est menée afin de remplacer la passerelle d'entrée fixe par un système (passerelle + pont-levis) mobile bloquant le passage pendant les horaires de fermeture du parc de Thoiry. Le pont sera actionné par 2 câbles tirés par un treuil installé sur la berge, sous la structure d'accès. Sa commande sera programmée ou effectuée à distance. La passerelle de sortie emploiera une solution équivalente non étudiée ici.

Une structure rigide doit assurer le guidage des câbles grâce à un point d'appui en hauteur. Symboliquement, il est décidé de lui donner la forme d'une arche, le visiteur devant la franchir afin d'accéder à l'Arche des petites bêtes.

L'ensemble de la structure sera en bois (pin) afin de s'intégrer non seulement à l'environnement et au bâtiment existant, mais aussi pour valoriser la démarche d'éco-conception.

La structure ne doit pas dépasser les 5 mètres de hauteur pour ne pas être visible depuis l'extérieur du parc.

Une solution consommant un minimum d'énergie lors des mouvements de relèvement / descente du pont-levis est recherchée. Deux solutions techniques structurelles sont comparées: une version A classique et une version B avec contrepoids qui rapporte le centre de gravité du pont mobile plus près de son axe de rotation, mais qui est plus lourde.

Version A: Pont-levis et arche statique fixée au sol

Version B: Pont-levis avec arche mobile fixée au pont

Partie A: Comment choisir la structure la plus adaptée d'un point de vue fonctionnel et éco-environnemental ?

Cette partie est traitée à partir de simulations numériques effectuées sur les deux versions de pont, avec les mêmes paramètres d'entrées (loi de vitesse sur les câbles tractant le pont mobile, matériaux employés). Les frottements ont été négligés dans l'étude.

Validation du mouvement

Afin de comparer les mouvements des deux versions, une loi de vitesse de traction des câbles est définie. Elle est donnée dans le DT-S1.

DT-S1: Loi de vitesse de traction des câbles programmée sur le logiciel de simulation

DT-S2: Diagramme des exigences

Question A.1

Déterminer la valeur de l'accélération en m·s⁻² sur chacune des plages de vitesse. Indiquer si cette loi de vitesse est cohérente avec l'exigence de durée de fermeture de l'accès à l'Arche des animaux.

Les DT-S3 et DT-S4 représentent les résultats de simulation pour chacune des deux solutions.

DT-S3: Analyse du déplacement angulaire du pont et de l'effort total dans les câbles avec la solution A

DT-S4: Analyse du déplacement angulaire du pont et de l'effort total dans les câbles avec la solution B

Question A.2

Identifier l'angle d'inclinaison maximal obtenu par chaque solution. Indiquer pour chaque solution si l'exigence angulaire du pont en position haute est respectée.

Le treuil est composé d'un motoréducteur et d'un tambour unique sur lequel s'enroule les 2 câbles (voir DT-S6). Il permet d'enrouler les deux câbles à une vitesse constante.

Validation de la puissance du moteur

Question A.3

À partir des documents DT-S3 et DT-S4, identifier l'effort de traction maximale des câbles nécessaire pour chaque solution.

Question A.4

Identifier dans le DT-S1 la vitesse maximale de déplacement des câbles. Dans la plage de vitesse constante, calculer, pour chaque solution, la puissance nécessaire pour tracter les câbles. Identifier, pour chaque solution, si l'exigence de puissance maximale est respectée.

Mise en situation

Afin d'assurer une meilleure sécurité de l'Arche des petites bêtes, une étude est menée afin de remplacer la passerelle d'entrée fixe par un système (passerelle + pont-levis) mobile bloquant le passage pendant les horaires de fermeture du parc de Thoiry. Le pont sera actionné par 2 câbles tirés par un treuil installé sur la berge, sous la structure d'accès. Sa commande sera programmée ou effectuée à distance. La passerelle de sortie emploiera une solution équivalente non étudiée ici.

Une structure rigide doit assurer le guidage des câbles grâce à un point d'appui en hauteur. Symboliquement, il est décidé de lui donner la forme d'une arche, le visiteur devant la franchir afin d'accéder à l'Arche des petites bêtes.

L'ensemble de la structure sera en bois (pin) afin de s'intégrer non seulement à l'environnement et au bâtiment existant, mais aussi pour valoriser la démarche d'éco-conception.

La structure ne doit pas dépasser les 5 mètres de hauteur pour ne pas être visible depuis l'extérieur du parc.

Une solution consommant un minimum d'énergie lors des mouvements de relèvement / descente du pont-levis est recherchée. Deux solutions techniques structurelles sont comparées: une version A classique et une version B avec contrepoids qui rapporte le centre de gravité du pont mobile plus près de son axe de rotation, mais qui est plus lourde.

Version A: Pont-levis et arche statique fixée au sol

Version B: Pont-levis avec arche mobile fixée au pont

Choix d'une solution structurelle consommant le moins d'énergie sur un déplacement

Les documents DT-S3 et DT-S4 donnent la puissance moyenne développée. Calculer, pour chaque solution, l'énergie consommée pour un cycle de levage (d'une durée de 21 secondes).

Indiquer la solution consommant le moins d'énergie.

DT-S3: Analyse du déplacement angulaire du pont et de l'effort total dans les câbles avec la solution A

DT-S4: Analyse du déplacement angulaire du pont et de l'effort total dans les câbles avec la solution B

1.

2.

3.

Solution A

Solution B

Mise en situation

Afin d'assurer une meilleure sécurité de l'Arche des petites bêtes, une étude est menée afin de remplacer la passerelle d'entrée fixe par un système (passerelle + pont-levis) mobile bloquant le passage pendant les horaires de fermeture du parc de Thoiry. Le pont sera actionné par 2 câbles tirés par un treuil installé sur la berge, sous la structure d'accès. Sa commande sera programmée ou effectuée à distance. La passerelle de sortie emploiera une solution équivalente non étudiée ici.

Une structure rigide doit assurer le guidage des câbles grâce à un point d'appui en hauteur. Symboliquement, il est décidé de lui donner la forme d'une arche, le visiteur devant la franchir afin d'accéder à l'Arche des petites bêtes.

L'ensemble de la structure sera en bois (pin) afin de s'intégrer non seulement à l'environnement et au bâtiment existant, mais aussi pour valoriser la démarche d'éco-conception.

La structure ne doit pas dépasser les 5 mètres de hauteur pour ne pas être visible depuis l'extérieur du parc.

Une solution consommant un minimum d'énergie lors des mouvements de relèvement / descente du pont-levis est recherchée. Deux solutions techniques structurelles sont comparées: une version A classique et une version B avec contrepoids qui rapporte le centre de gravité du pont mobile plus près de son axe de rotation, mais qui est plus lourde.

Version A: Pont-levis et arche statique fixée au sol

Version B: Pont-levis avec arche mobile fixée au pont

Choix de la solution structurelle ayant un bilan énergétique global le plus favorable.

Une analyse du cycle de vie des deux solutions est présentée sur le document DT-S5, sur un critère d'énergie dépensée.

DT-S5: Résultats comparatifs de simulations numériques environnementales sur le pont-levis sur 50 ans

a)

b)

Mise en situation

Afin d'assurer une meilleure sécurité de l'Arche des petites bêtes, une étude est menée afin de remplacer la passerelle d'entrée fixe par un système (passerelle + pont-levis) mobile bloquant le passage pendant les horaires de fermeture du parc de Thoiry. Le pont sera actionné par 2 câbles tirés par un treuil installé sur la berge, sous la structure d'accès. Sa commande sera programmée ou effectuée à distance. La passerelle de sortie emploiera une solution équivalente non étudiée ici.

Une structure rigide doit assurer le guidage des câbles grâce à un point d'appui en hauteur. Symboliquement, il est décidé de lui donner la forme d'une arche, le visiteur devant la franchir afin d'accéder à l'Arche des petites bêtes.

L'ensemble de la structure sera en bois (pin) afin de s'intégrer non seulement à l'environnement et au bâtiment existant, mais aussi pour valoriser la démarche d'éco-conception.

La structure ne doit pas dépasser les 5 mètres de hauteur pour ne pas être visible depuis l'extérieur du parc.

Une solution consommant un minimum d'énergie lors des mouvements de relèvement / descente du pont-levis est recherchée. Deux solutions techniques structurelles sont comparées: une version A classique et une version B avec contrepoids qui rapporte le centre de gravité du pont mobile plus près de son axe de rotation, mais qui est plus lourde.

Version A: Pont-levis et arche statique fixée au sol

Version B: Pont-levis avec arche mobile fixée au pont

Partie B: Comment dimensionner le treuil ?

La solution structurelle A est retenue pour cette étude.

Afin d'assurer le relevage du pont levis en 21 secondes, les câbles doivent être entraînés à la vitesse linéaire de $50\text{ mm}\cdot\text{s}^{-1}$.

L'effort de traction maximale est de $24\,000\text{ N}$.

Le tambour d'un treuil est le cylindre sur lequel s'enroule le câble. Dans la gamme de treuil choisie son diamètre est de $100\text{ mm}$.

B.1

Calculer la fréquence de rotation en $\text{tr}\cdot\text{min}^{-1}$ que doit avoir le tambour lors du relevage du pont.

B.2

Calculer la puissance maximale développée par le câble.

Le rendement du tambour du treuil est évalué à $0{,}9$. Calculer la puissance développée par le motoréducteur.

B.3

Le document DT-S7 donne quelques caractéristiques de motoréducteurs présélectionnés pour le treuil:

Motoréducteur · Puissance en kW · Fréquence de rotation en tr/min · Prix HT en euros

ITH123 - 11 · 1,1 · 9,7 · 1100

ITH143 - 11 · 1,1 · 5,5 · 2049

ITH133 - 15 · 1,5 · 10 · 1667

ITH143 - 15 · 1,5 · 5,5 · 2049

ITH143 - 22 · 2,2 · 9,5 · 1789

ITH133 - 22 · 2,2 · 5,5 · 2119

Choisir un motoréducteur qui doit également satisfaire l'exigence de puissance maximale (inférieure ou égale à $1{,}5\text{ kW}$ selon DT-S2). Justifier brièvement votre choix.

B.4

Le document DR-S3 représente partiellement le pont en position baissée à l'échelle $2:100$. Déterminer la position du point A d'attache du câble lorsque le pont est en position levée. Déduire la longueur de câble à enrouler pour relever le pont. Calculer le nombre de tours que doit faire le treuil pour relever le pont.

tours

Mise en situation

Afin d'assurer une meilleure sécurité de l'Arche des petites bêtes, une étude est menée afin de remplacer la passerelle d'entrée fixe par un système (passerelle + pont-levis) mobile bloquant le passage pendant les horaires de fermeture du parc de Thoiry. Le pont sera actionné par 2 câbles tirés par un treuil installé sur la berge, sous la structure d'accès. Sa commande sera programmée ou effectuée à distance. La passerelle de sortie emploiera une solution équivalente non étudiée ici.

Une structure rigide doit assurer le guidage des câbles grâce à un point d'appui en hauteur. Symboliquement, il est décidé de lui donner la forme d'une arche, le visiteur devant la franchir afin d'accéder à l'Arche des petites bêtes.

L'ensemble de la structure sera en bois (pin) afin de s'intégrer non seulement à l'environnement et au bâtiment existant, mais aussi pour valoriser la démarche d'éco-conception.

La structure ne doit pas dépasser les 5 mètres de hauteur pour ne pas être visible depuis l'extérieur du parc.

Une solution consommant un minimum d'énergie lors des mouvements de relèvement / descente du pont-levis est recherchée. Deux solutions techniques structurelles sont comparées: une version A classique et une version B avec contrepoids qui rapporte le centre de gravité du pont mobile plus près de son axe de rotation, mais qui est plus lourde.

Version A: Pont-levis et arche statique fixée au sol

Version B: Pont-levis avec arche mobile fixée au pont

Partie C: Quels sont les efforts supportés par la liaison pivot du pont-levis ?

Une étude par simulation a été menée, les paramètres et les résultats sont présentés sur le document DR-S1 ci-dessous.

DR-S1: Détermination des actions de contact par résolution du PFS

Étude statique sur le pont (tablier) du pont-levis version A dans le cas le plus critique de la partie 1, soit en position horizontale. Elle se simplifiera par les hypothèses suivantes: le problème est plan (dans le plan $(O, \vec{X}, \vec{Y})$) et les actions des 2 câbles de traction sont modélisées par une unique action somme des deux. Aucun piéton ne doit être présent sur le tablier durant les manœuvres (pas d'action mécanique due à leur poids).

Bilan des actions mécaniques sur le tablier du pont isolé:

Poids $\vec{P}$ ($9700\text{ N}$) en G

Action des câbles sur le pont dans la liaison pivot en A

Action du sol sur le pont dans la liaison pivot en O

Résultats:

Les composantes de résultantes sont en N, celles de moment en N·m.

C.1

Représenter sur le DR-S1 les composantes de la résultante de l'action mécanique du sol sur le pont (échelle $1\text{ cm}$ pour $2000\text{ N}$).

C.2

Préciser la direction de la résultante de l'action mécanique du câble sur le pont. Justifier votre réponse.

DT-S8: Solution constructive de la liaison pivot

Le matériau envisagé dans le projet initial reste, pour une homogénéité, le pin. Compte tenu du mouvement attendu (faible angle, faible vitesse), la liaison pivot entre le pont et son support pourra être réalisée par une articulation. 2 axes (gauche et droit) se monteront en force dans des logements du support fixé au sol. Un léger jeu est prévu entre les alésages du tablier et les 2 axes afin d'assurer la mobilité.

C.3

Calculer l'intensité de la résultante de l'effort qui s'appliquera sur chaque axe participant à la liaison pivot.

Mise en situation

Afin d'assurer une meilleure sécurité de l'Arche des petites bêtes, une étude est menée afin de remplacer la passerelle d'entrée fixe par un système (passerelle + pont-levis) mobile bloquant le passage pendant les horaires de fermeture du parc de Thoiry. Le pont sera actionné par 2 câbles tirés par un treuil installé sur la berge, sous la structure d'accès. Sa commande sera programmée ou effectuée à distance. La passerelle de sortie emploiera une solution équivalente non étudiée ici.

Une structure rigide doit assurer le guidage des câbles grâce à un point d'appui en hauteur. Symboliquement, il est décidé de lui donner la forme d'une arche, le visiteur devant la franchir afin d'accéder à l'Arche des petites bêtes.

L'ensemble de la structure sera en bois (pin) afin de s'intégrer non seulement à l'environnement et au bâtiment existant, mais aussi pour valoriser la démarche d'éco-conception.

La structure ne doit pas dépasser les 5 mètres de hauteur pour ne pas être visible depuis l'extérieur du parc.

Une solution consommant un minimum d'énergie lors des mouvements de relèvement / descente du pont-levis est recherchée. Deux solutions techniques structurelles sont comparées: une version A classique et une version B avec contrepoids qui rapporte le centre de gravité du pont mobile plus près de son axe de rotation, mais qui est plus lourde.

Version A: Pont-levis et arche statique fixée au sol

Version B: Pont-levis avec arche mobile fixée au pont

Partie D (Choix 2): Comment dimensionner la liaison pivot du pont-levis ?

Pour s'inscrire dans la démarche d'écoconception une étude préliminaire envisage la réalisation des axes de la liaison pivot en bois. On souhaite valider ce choix.

Pré-dimensionnement: un logiciel de calcul a permis de tracer le graphe (DR-S2) donnant le diamètre minimal de chaque axe de la liaison pivot en fonction de l'effort à supporter pour différents matériaux.

Question D.1

Déterminer le diamètre minimal d'un axe en pin pour un effort dans la liaison de 23 100 N (ou faire apparaître votre tracé sur le graphe).

Une vérification de résistance du matériau à la pression de contact doit être faite. La pression de contact se calcule de la manière suivante:

$P = F / S$

$P$ est la pression de contact en $\text{N}\cdot\text{mm}^{-2}$

$F$ est l'effort dans chaque axe de la liaison, $F = 11\,550\text{ N}$

$S$ est la surface projetée, $S = D \times L$

$D$ = Diamètre de l'axe (on pourra prendre $D = 24{,}5\text{ mm}$ ou $25\text{ mm}$)

$L$ = longueur du guidage est de $80\text{ mm}$.

La pression maximale admissible par le matériau est $P_{\max} = 25\text{ N}\cdot\text{mm}^{-2}$.

Question D.2

Valider ou non le choix du diamètre de l'axe au regard de la pression de contact. Calculez la pression $P$ puis concluez.

Le risque d'usure dans une telle liaison réalisée bois sur bois est important.

Question D.3

Indiquer sur quels paramètres dimensionnels il est possible d'agir pour limiter l'usure dans cette liaison.

Question D.4

Le bureau d'études renonce finalement à ce principe de solution bois sur bois. Proposer sous forme d'un schéma commenté une solution technique alternative.

Réalisez votre proposition sous forme de schéma commenté et téléchargez-en une photo, ou décrivez votre solution ci-dessous: