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Sujet du Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable 2022 · Métropole remplacement - Energies et Environnement (EE)
Sujet du Bac STI2D d’Ingénierie, Innovation et Développement Durable 2022, Métropole remplacement - Energies et Environnement (EE) : 13 exercices corrigés.
Thèmes du sujet : Développement durable, impacts environnementaux et nuisances d'un projet · Choix multicritères et comparaison de solutions techniques · Analyse du besoin et ingénierie système (diagrammes SysML) · Flux matière-énergie-information et diagrammes de blocs internes · Résistance des matériaux et dimensionnement des structures · Chaîne de puissance : structure, fonctions et solutions techniques · Bilan énergétique, rendements et efficacité énergétique · Production d'énergie renouvelable et dimensionnement d'une installation autonome · Comportement informationnel : diagrammes d'états, lois de commande et asservissements
Partie 1 - Questions 1.1, 1.2 et 1.5 · Développement durable, impacts environnementaux et nuisances d'un projet
Partie 1: quel est l'intérêt environnemental d'un navire à hydrogène ?
Mise en situation
« Energy Observer » est le premier navire à hydrogène visant l’autonomie énergétique. Il ne dégage aucune émission de gaz à effet de serre ni particule fine lors de ses trajets. Cet ancien bateau de course a été reconditionné en navire du futur à propulsion électrique fonctionnant grâce à un mix d’énergies renouvelables (eau, vent, soleil) et un système de production d’hydrogène décarboné à partir de l’eau de mer.
L’étude et la conception des technologies embarquées ont été réalisées par le Centre d’Étude Atomique (CEA) de Grenoble. Le centre CEA de Grenoble consacre l’essentiel de ses recherches au développement des nouvelles technologies, dans les domaines de l’énergie, de la santé, de l’information et de la communication.
Ce navire permet d’éprouver et optimiser les nouvelles technologies à bord de son laboratoire flottant en milieu extrême. Les expériences sur le terrain doivent permettre de concevoir des applications futures et à grande échelle dans le domaine de la navigation maritime.
Les nouveaux enjeux écologiques pour le transport maritime
Le transport maritime achemine plus de 90% des marchandises dans le monde et plusieurs millions de personnes chaque année. Les gaz d’échappement des navires sont une source importante d’émission de gaz à effet de serre et de particules fines.
L’Organisation Maritime Internationale a approuvé en avril 2018 une stratégie de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) produites par les activités du transport maritime. L’objectif est de réduire les émissions annuelles totales de GES d’au moins 50 % d’ici à 2050.
L’hydrogène comme vecteur d’énergie propre ?
Actuellement dans le monde, 95% de l’hydrogène est produit à partir d’énergies fossiles.
Le défi: développer une production d’hydrogène propre, à partir de l’électrolyse de l’eau ou grâce aux énergies renouvelables. On parle alors d’hydrogène « vert ». L’hydrogène permet de stocker à long terme les surplus d’énergies renouvelables pour pouvoir les réutiliser plus tard.
L’hydrogène « vert » peut être un moyen de répondre à un nouvel enjeu environnemental et de santé publique lors des liaisons fluviales et maritimes. Il permet de réduire les émissions de CO 2 et de diminuer le niveau sonore des navires en circulation.
Pour les liaisons fluviales et maritimes, le passage à un mode hybride batterie / hydrogène permet d’accroître les performances et d’assurer la continuité du service public rendu, tout en préservant la réduction sonore et l’absence de polluants atmosphériques.
Question 1.1
Indiquer au moins deux raisons qui justifient l'intérêt environnemental de ce projet.
Question 1.2
Expliquer en quoi l'hydrogène « vert » pourrait être une solution d'avenir pour réduire l'impact environnemental du transport maritime.
Question 1.5
Conclure sur la capacité de ce bateau à naviguer sans émission de gaz à effet de serre.
Partie 1 - Questions 1.3 et 1.4 · Chaîne de puissance : structure, fonctions et solutions techniques
Mise en situation
« Energy Observer » est le premier navire à hydrogène visant l’autonomie énergétique. Il ne dégage aucune émission de gaz à effet de serre ni particule fine lors de ses trajets. Cet ancien bateau de course a été reconditionné en navire du futur à propulsion électrique fonctionnant grâce à un mix d’énergies renouvelables (eau, vent, soleil) et un système de production d’hydrogène décarboné à partir de l’eau de mer.
L’étude et la conception des technologies embarquées ont été réalisées par le Centre d’Étude Atomique (CEA) de Grenoble. Le centre CEA de Grenoble consacre l’essentiel de ses recherches au développement des nouvelles technologies, dans les domaines de l’énergie, de la santé, de l’information et de la communication.
Ce navire permet d’éprouver et optimiser les nouvelles technologies à bord de son laboratoire flottant en milieu extrême. Les expériences sur le terrain doivent permettre de concevoir des applications futures et à grande échelle dans le domaine de la navigation maritime.
Les nouveaux enjeux écologiques pour le transport maritime
Le transport maritime achemine plus de 90% des marchandises dans le monde et plusieurs millions de personnes chaque année. Les gaz d’échappement des navires sont une source importante d’émission de gaz à effet de serre et de particules fines.
L’Organisation Maritime Internationale a approuvé en avril 2018 une stratégie de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) produites par les activités du transport maritime. L’objectif est de réduire les émissions annuelles totales de GES d’au moins 50 % d’ici à 2050.
L’hydrogène comme vecteur d’énergie propre ?
Actuellement dans le monde, 95% de l’hydrogène est produit à partir d’énergies fossiles.
Le défi: développer une production d’hydrogène propre, à partir de l’électrolyse de l’eau ou grâce aux énergies renouvelables. On parle alors d’hydrogène « vert ». L’hydrogène permet de stocker à long terme les surplus d’énergies renouvelables pour pouvoir les réutiliser plus tard.
L’hydrogène « vert » peut être un moyen de répondre à un nouvel enjeu environnemental et de santé publique lors des liaisons fluviales et maritimes. Il permet de réduire les émissions de CO 2 et de diminuer le niveau sonore des navires en circulation.
Pour les liaisons fluviales et maritimes, le passage à un mode hybride batterie / hydrogène permet d’accroître les performances et d’assurer la continuité du service public rendu, tout en préservant la réduction sonore et l’absence de polluants atmosphériques.
Partie 1: quel est l'intérêt environnemental d'un navire à hydrogène ?
Question 1.3
À partir du DT1, indiquer les quatre éléments techniques à bord du bateau permettant de produire de l'énergie électrique.
DT1: Caractéristiques techniques principales de « l'Energy Observer »
Repère
Élément
Fonction / Description
1 · Panneaux photovoltaïques · Fournir de l'énergie électrique à partir du soleil
2 · Éoliennes · Fournir de l'énergie électrique à partir du vent
3 · Dessalinisateur · Produire de l'eau douce à partir de l'eau de mer
4 · Logiciel de routage · Optimisation du plan de route liée aux différents paramètres de navigation mais aussi aux différentes productions d'énergie à bord...
5 · Monitoring · IHM pour le suivi en temps réel des performances, gestion et optimisation des flux énergétiques...
6 · Compresseur d'hydrogène · Compresser l'hydrogène pour le stocker dans des réservoirs.
7 · Kit de traction intelligent · Cerf-volant automatisé destiné à augmenter la vitesse du bateau et réduire ses dépenses énergétiques.
8 · Électrolyseur · Produire de l'hydrogène à partir de l'énergie électrique et de l'eau.
9 · Réservoirs d'hydrogène · Stocker de l'énergie à long terme.
10 · Pile à combustible · Générer de l'électricité à partir de l'hydrogène stocké.
11 · Batteries Lithium-Ion · Stocker de l'énergie à court terme.
12 · Propulseur · 2 moteurs électriques à haut rendement (97%), réversibles en hydrogénérateurs lors des navigations sous kite.
13 · Purificateur · Système de filtration qui vise à séparer l'eau des particules solides (résidus) en la faisant passer à travers d'un milieu poreux.
Question 1.4
On donne les différents éléments technologiques qui participent à la chaîne de production d'hydrogène:
• purificateur • électrolyseur • dessalinisateur • réservoirs • compresseur
Compléter, sur le document réponse DR1, les noms de ces éléments en fonction de leur rôle dans la chaîne de production d'hydrogène.
Partie 2 · Bilan énergétique, rendements et efficacité énergétique
Partie 2: Quel est le meilleur combustible pour propulser le bateau ?
On s'intéresse ici au bilan carbone et au bilan énergétique de plusieurs combustibles sur une phase de cycles de vie (production jusqu'à l'utilisation).
La chaîne énergétique pour un combustible peut être schématisée de la manière suivante:
Question 2.1
Calculer dans le DR2 le rendement global (production et utilisation) pour l'hydrogène obtenu par électrolyse.
DOCUMENT RÉPONSE DR2: Bilan net énergie
Combustible
Cycles de vie
(Production jusqu'à l'utilisation)
Bilan net énergie
Production
Utilisation
Global
Fuel
Extraction puis raffinage
24 %
Gaz naturel
Extraction puis raffinage, gazéification et compression
16,4 %
Hydrogène
Reformage du gaz naturel puis compression à 35 MPa
25 %
Hydrogène
Électrolyse (électricité d'origine renouvelable) puis compression à 35 MPa
65 %
44 %
%
Question 2.2
Montrer en quoi l'hydrogène obtenu à partir de la technique de l'électrolyse est actuellement une solution d'avenir, à partir du DT3 et du calcul précédent.
Partie 3 - Questions 3.1 à 3.3 · Flux matière-énergie-information et diagrammes de blocs internes
Partie 3: la capacité de stockage d’hydrogène du bateau est-elle suffisante pour assurer deux jours de navigation ?
L’étude précédente a montré que l’hydrogène vert est un combustible intéressant pour la propulsion du fret maritime. Pour utiliser une pile à combustible en tant que source d’énergie, il est nécessaire d’utiliser un système de propulsion électrique pour les navires.
Pour effectuer un voyage, il faut vérifier l’exigence 1.1 du document DT4.
Energy Observer part pour un voyage d’essais entre St Tropez et Minorque, décrit dans le document DT5.
La première phase de fonctionnement (jusqu’au coucher de soleil) se déroule de jour et il n’y a aucun vent. Le bateau fonctionne sur ses batteries avec l’apport d’énergie extérieure due à l’ensoleillement. Il s’agit du fonctionnement « éco » pendant lequel le système ne produit pas d’hydrogène.
Question 3.1
Repérer, en entourant les flèches correspondantes, les flux d'énergie en jeu lors de cette phase de fonctionnement sur le document réponse DR3.
Question 3.2
Compléter sur le DR4 le tableau descriptif de cette chaîne de puissance à l'aide des éléments de la question précédente et du diagramme de définition des blocs (DT2).
Fonction
Sous système
Type d'énergie en entrée
Type d'énergie en sortie
Rendement
Produire
Rayonnement solaire
—
Alimenter
Chimique
—
Distribuer
Variateur
Électrique
Électrique
0.9
Convertir
Électrique
Agir
Mécanique
Hydraulique
0,6
Question 3.3
Après le coucher du soleil et jusqu'à 3 heures du matin, le bateau est propulsé uniquement à l'aide de l'énergie des batteries. Il s'agit de la deuxième phase de fonctionnement décrite dans DR5.
Repérer, en entourant les flèches correspondantes, les flux d'énergie en jeu lors de cette phase de fonctionnement sur le document réponse DR5.
Partie 3 - Question 3.7 · Analyse du besoin et ingénierie système (diagrammes SysML)
Partie 3: la capacité de stockage d’hydrogène du bateau est-elle suffisante pour assurer deux jours de navigation ?
L’étude précédente a montré que l’hydrogène vert est un combustible intéressant pour la propulsion du fret maritime. Pour utiliser une pile à combustible en tant que source d’énergie, il est nécessaire d’utiliser un système de propulsion électrique pour les navires.
Pour effectuer un voyage, il faut vérifier l’exigence 1.1 du document DT4.
Energy Observer part pour un voyage d’essais entre St Tropez et Minorque, décrit dans le document DT5.
La première phase de fonctionnement (jusqu’au coucher de soleil) se déroule de jour et il n’y a aucun vent. Le bateau fonctionne sur ses batteries avec l’apport d’énergie extérieure due à l’ensoleillement. Il s’agit du fonctionnement « éco » pendant lequel le système ne produit pas d’hydrogène.
Question 3.7
À partir du DT2 et DT4, justifier l'exigence « Mode Eco ».
Partie 3 - Questions 3.4 à 3.6 et 3.8 à 3.12 · Bilan énergétique, rendements et efficacité énergétique
Partie 3: la capacité de stockage d’hydrogène du bateau est-elle suffisante pour assurer deux jours de navigation ?
L’étude précédente a montré que l’hydrogène vert est un combustible intéressant pour la propulsion du fret maritime. Pour utiliser une pile à combustible en tant que source d’énergie, il est nécessaire d’utiliser un système de propulsion électrique pour les navires.
Pour effectuer un voyage, il faut vérifier l’exigence 1.1 du document DT4.
Energy Observer part pour un voyage d’essais entre St Tropez et Minorque, décrit dans le document DT5.
La première phase de fonctionnement (jusqu’au coucher de soleil) se déroule de jour et il n’y a aucun vent. Le bateau fonctionne sur ses batteries avec l’apport d’énergie extérieure due à l’ensoleillement. Il s’agit du fonctionnement « éco » pendant lequel le système ne produit pas d’hydrogène.
Après le coucher du soleil et jusqu'à 3 heures du matin, le bateau est propulsé uniquement à l'aide de l'énergie des batteries. Il s'agit de la deuxième phase de fonctionnement décrite dans le document technique DT5.
Nous rappelons que la capacité de la batterie est de 112 kW·h.
3.4
Calculer la quantité d'énergie en kW·h cédée par les batteries.
kW·h
Les besoins en énergie pour l'activité du navire et la vie à bord (consommation de l'équipage) correspondent à 20% de l'énergie produite par les batteries.
3.5
À partir du diagramme précédent, calculer l'énergie effectivement utilisée par la motorisation pour la propulsion.
3.6
Calculer en heure la durée de cette deuxième phase de navigation.
En déduire la puissance moyenne dissipée utilisée par le moteur pour maintenir cette allure.
h
La puissance moyenne dissipée en mode « éco » est de 10,8 kW.
3.8
Calculer, sur une durée de 2 jours, l'énergie totale consommée par le bateau.
3.9
Relever sur le DT5 l'énergie totale consommée lors de la navigation de St Tropez à Minorque. Commenter le résultat.
kW·h
La quantité d'énergie stockée dans 1 kg de H 2 est de 33 kW·h.
3.10
Calculer la masse en kg d'hydrogène nécessaire pour alimenter en énergie un trajet de deux jours sans vent et sans ensoleillement (le bateau est uniquement propulsé par l'hydrogène).
kg
3.11
Lire sur le diagramme de définition des blocs (bdd) du DT2 la capacité et le nombre de réservoirs à hydrogène sur le bateau. En déduire la masse totale d'hydrogène embarquée.
kg
kg
3.12
Conclure sur la faisabilité du trajet en deux jours uniquement avec un apport d'hydrogène.
Partie 4 · Résistance des matériaux et dimensionnement des structures
Partie 4: comment stocker l'hydrogène sur le bateau ?
L'hydrogène est stocké dans des réservoirs sous haute pression (35 MPa ou 350 bars).
DT7: le stockage haute pression de l'hydrogène
L'hydrogène est le gaz le plus léger de tout l'univers: un litre de ce gaz ne pèse que 90 mg à pression atmosphérique, il est donc environ 11 fois plus léger que l'air que nous respirons.
Il faut un volume d'environ 11 m³, c'est-à-dire le volume du coffre d'un grand utilitaire, pour seulement stocker 1 kg d'hydrogène. Il est donc indispensable d'augmenter sa densité ou masse volumique.
La méthode la plus simple permettant de diminuer le volume d'un gaz, à température constante, est d'augmenter sa pression.
Ainsi à 20 MPa on obtient une densité de 14 kg·m⁻³ et à 70 MPa une densité de 42 kg·m⁻³ contre 0,090 kg·m⁻³ à pression et température normales.
À 70 MPa on peut alors stocker 5 kg d'hydrogène dans un réservoir de 125 litres.
Question 4.1
Indiquer la raison pratique qui justifie le stockage sous haute pression.
DT6: chaîne d'énergie de la production d'hydrogène
DT8: choix du détendeur — TESCOM Série 26-1500
Spécifications techniques:
Pression d'entrée maxi: Inox: 415 bar; Laiton, aluminium: 345 bar
Plages de réglage: 0-3,5 / 0-10 / 0-17 bar
Pression d'épreuve: 150 % de la pression d'entrée maxi
Niveau d'étanchéité: Sans bulle
Plage de température: -55 °C à +74 °C
Corps: Inox 316, laiton, aluminium
Question 4.2
Justifier le choix qui a été fait pour le détendeur (module inox) sachant que la pression d'utilisation est de 2 bars.
Afin de choisir un réservoir pour stocker cette quantité d'hydrogène trois simulations ont été réalisées. Une simulation avec un réservoir en acier allié de 6 mm d'épaisseur, une autre avec de l'acier allié de 11 mm et une dernière avec un composite époxy / fibre de carbone de 8 mm. Les résultats de ces simulations sont donnés ci-dessous (DT9).
DT9: résultats des simulations éléments finis
Masse volumique acier: 7 800 kg·m⁻³
Masse volumique composite époxy / fibre de carbone: 1 600 kg·m⁻³
Question 4.3
Parmi les trois réservoirs, indiquer en justifiant ceux qui peuvent convenir.
Parmi les réservoirs qui conviennent, le réservoir le plus léger est retenu. Ces réservoirs ont un volume extérieur identique.
Question 4.4
Choisir en justifiant le réservoir le mieux adapté.
Partie 5 · Comportement informationnel : diagrammes d'états, lois de commande et asservissements
Partie 5: comment maintenir le cap du bateau malgré les éléments extérieurs ?
Naviguer consiste à déterminer une route pour aller d'un point à un autre, en évitant les dangers et en tenant compte de l'environnement météorologique (les vents) et océanographique (les courants).
5.1
À l'aide du texte précédent, identifier les deux paramètres extérieurs au bateau qui peuvent modifier sa position en navigation.
L'étude suivante porte sur le parcours d'Energy Observer entre Saint Tropez et Minorque.
D'après les lois de l'hydrodynamique, on peut approximer la force due à l'eau qui s'oppose au déplacement du bateau par la formule:
- une constante liée aux caractéristiques du bateau;
- la vitesse du bateau.
5.2
En analysant la formule précédente, expliquer l'intérêt pour Energy Observer de naviguer à une vitesse faible ().
Étude de l'influence du courant et du vent sur le déplacement du bateau (voir DT10).
On considère que représente le vecteur cap du bateau. Pour simplifier, on considère que les courants et le vent ont la même direction et le même sens, ils sont présentés par le vecteur « dérive »: .
On donne, dans le DT10, deux cas de figure représentant deux caps différents suivis par le bateau, et ce pour une dérive identique.
5.3
Justifier dans quel cas le bateau pourrait atteindre Minorque, en tenant compte des représentations des vecteurs et .
1
Cas de figure 1
2
Cas de figure 2
Afin d'assister le skipper dans le contrôle de la navigation, le bateau est équipé d'un pilote automatique. Il permet de diriger automatiquement le bateau afin que ce dernier suive la route (cap) préalablement définie.
Le système est composé de:
un compas: mémorise le cap (direction) souhaité et mesure le cap suivi par le bateau;
une unité de commande électronique: calcule la différence entre le cap suivi et le cap mémorisé afin d'envoyer une consigne à l'actionneur;
un actionneur (vérin): agit sur la barre pour repositionner le bateau sur sa route.
L'unité électronique fonctionne suivant l'algorigramme fourni sur le DR6.
5.4
Compléter l'algorigramme, présent sur le DR6, avec les trois fonctions suivantes:
Partie A · Bilan énergétique, rendements et efficacité énergétique
Partie A: comment stocker l'énergie électrique dans le bateau ?
Le stockage de l'énergie électrique pour la propulsion est nécessaire lors des navigations sans soleil et durant la nuit. Les ingénieurs ont réparti les accumulateurs dans les 2 flotteurs (bâbord et tribord).
La répartition par flotteur est la suivante: 18 modules Li-ion (référence SAFT: Seanergy 48M) raccordés en 2 branches parallèles, chaque branche comportant 9 modules raccordés en série (voir document DTS1).
A.1
Justifier la mise en série des 9 modules (se référer aux documents DTS1 et DTS2).
Nominal characteristics
Seanergy® 48P (Power)
Seanergy® 48M (Energy)
Nominal voltage (V) · 46.2 · 46.2
Minimum capacity (C/5) (Ah) · 56 · 78
Nominal capacity (C/5) (Ah) · 60 · 82
Minimum energy (C/5) (Wh) · 2500 · 3600
Nominal energy (C/5) (Wh) · 2600 · 3800
Nominal energy density (Wh/l) · 76 · 106
Nominal specific energy (Wh/kg) · 69 · 96
A.2
Calculer l'énergie nominale stockée dans un flotteur.
A.3
En déduire l'énergie totale stockée dans les 2 flotteurs.
A.4
Conclure sur l'énergie électrique stockée prévue en se référant au diagramme de définition des blocs (BDD du document DTS3).
Partie B - Question B.1 · Bilan énergétique, rendements et efficacité énergétique
Partie B: comment produire et distribuer l'énergie électrique avec un rendement optimum ?
Les panneaux photovoltaïques sont divisés en 11 champs (DTS4). Chaque champ est composé de 15 panneaux raccordés en dérivation. Chaque champ délivre une tension à vide d'environ 30 VDC afin de garantir la sécurité de l'équipage contre les risques électriques.
Les sections des câbles de raccordement des champs photovoltaïques sont dimensionnées pour limiter les chutes de tension et récupérer le maximum d'énergie électrique sur les bus 400 V (DTS4).
L'inconvénient de travailler en TBT (Très Basse Tension) est la chute de tension générée dans les câbles. Afin de minimiser ces chutes de tension, les ingénieurs ont dimensionné les câbles électriques reliant les champs et les convertisseurs DC/DC avec des sections de 68 mm².
Question B.1 (DTS4, DTS5)
Justifier le choix des ingénieurs concernant la section des conducteurs (), sachant que la chute de tension maximum autorisée est de .
On pourra modéliser une liaison Champ-Convertisseur de la manière suivante:
Avec:
(courant maximum délivré par un champ);
(tension délivrée par un champ);
: tension en entrée du convertisseur DC/DC;
: résistance d'un câble de longueur .
Consulter l'extrait de la documentation technique DTS5 ci-dessous pour le câble aluminium:
1.
2.
3.
%
4.
Conclusion: le choix des ingénieurs d'utiliser une section de est-il justifié ?
Partie B - Questions B.2 à B.5 · Production d'énergie renouvelable et dimensionnement d'une installation autonome
Partie B: comment produire et distribuer l'énergie électrique avec un rendement optimum ?
Les panneaux photovoltaïques sont divisés en 11 champs (DTS4). Chaque champ est composé de 15 panneaux raccordés en dérivation. Chaque champ délivre une tension à vide d'environ 30 VDC afin de garantir la sécurité de l'équipage contre les risques électriques.
Les sections des câbles de raccordement des champs photovoltaïques sont dimensionnées pour limiter les chutes de tension et récupérer le maximum d'énergie électrique sur les bus 400 V (DTS4).
L'inconvénient de travailler en TBT (Très Basse Tension) est la chute de tension générée dans les câbles. Afin de minimiser ces chutes de tension, les ingénieurs ont dimensionné les câbles électriques reliant les champs et les convertisseurs DC/DC avec des sections de 68 mm².
B.2
Justifier l'utilisation des deux technologies de panneaux photovoltaïques (panneaux conformables et panneaux bifaciaux, voir DTS6).
Avant le départ de St Tropez le 8 mai 2020, il est nécessaire de déterminer le temps de charge des batteries 400 V.
B.3
Indiquer la valeur de l'irradiation (ou irradiance) solaire mensuelle reçue par le bateau au port de St Tropez au cours du mois de mai (DTS7).
En déduire la valeur de l'irradiation reçue par jour durant ce mois (mai compte 31 jours).
Le rendement global des deux technologies de panneaux utilisées est estimé à 14,8 %.
B.4
Calculer la production totale d'énergie électrique durant un jour (DTS3 donne une surface totale de 141 m²).
On considère que les batteries 400 V sont chargées à 20 %.
B.5
Calculer le temps nécessaire (en jour), pour recharger à 100 % les batteries (capacité de 130 kWh selon DTS3).
Partie C - Questions C.1 et C.2 · Choix multicritères et comparaison de solutions techniques
Partie C: comment obtenir une chaîne de propulsion performante ?
Le catamaran est équipé de deux ensembles variateur-moteur à haut rendement (DTS5). Les questions suivantes portent sur le choix des moteurs afin de vérifier le diagramme des exigences.
Les deux moteurs de propulsion sont de type Brushless (appelés aussi moteurs MSAP).
DTS8: tableau comparatif
MCC: Machine à courant continu |
MAS: Machine asynchrone |
MSAP: Machine synchrone à aimant permanent (Brushless) |
MRV: Machine à réluctance variable
Critère
MCC
MAS
MSAP
MRV
Couple
++
-
++
+
Rendement
-
-
+++
+
Possibilité de vitesse élevée
-
+/-
+/-
+
Facilité du refroidissement
-
-
+
+
Robustesse
-
++
+
+
Facilité de contrôle
++
+
-
-
Coût
+
++
--
+
Question C.1
Indiquer le critère principal qui justifie ce choix.
Question C.2
Citer l'inconvénient majeur avec ce type de moteur.
Partie C - Questions C.3 et C.4 · Bilan énergétique, rendements et efficacité énergétique
Partie C: comment obtenir une chaîne de propulsion performante ?
Le catamaran est équipé de deux ensembles variateur-moteur à haut rendement (DTS5). Les questions suivantes portent sur le choix des moteurs afin de vérifier le diagramme des exigences.
Les deux moteurs de propulsion sont de type Brushless (appelés aussi moteurs MSAP).
Question C.3
(DTS9) Calculer le rendement des moteurs utilisés (référence U313 F10, vitesse nominale ).
On rappelle que:
Question C.4
(DTS3) À l'aide du diagramme de définition des blocs (BDD), valider le choix des moteurs sur l'aspect rendement.
Partie D · Bilan énergétique, rendements et efficacité énergétique
Partie D: conclusion
Question D.1
À la vue des différentes analyses menées dans cette partie et des choix des ingénieurs, conclure sur la performance de la chaîne de puissance dans le respect des contraintes imposées.
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