Sujet du Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable 2023 · Métropole - Energies et Environnement (EE)

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor est situé à Bonnac-la-Côte à moins de 5 minutes de l'autoroute, près de Limoges dans le département de la Haute-Vienne. Il a été inauguré le 3 juillet 2019.

Ce vélodrome couvert avec une piste en béton est unique en France. Il répond à la demande des différentes associations sportives et clubs du territoire, voire au-delà.

Il met à disposition de tous un site d'entraînement sécurisé, permettant le développement de la pratique du cyclisme sur piste à tous niveaux et par tous.

Afin de s'assurer de l'homologation de l'équipement, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) a été associée à sa conception et à sa réalisation. Ainsi, le vélodrome et ses annexes ont été conçus pour accueillir des compétitions de niveau national.

Projet initial (sans couverture):

Le projet initial sans couverture a été achevé en juin 2017. Il était configuré comme ci-dessus et comprenait:

une piste en béton de 250 m de long sur 7 m de large, à virages relevés avec une inclinaison maximale de 40,39°;

le quartier des coureurs, à l'intérieur de la piste, accessible par un tunnel abritant des sanitaires;

une piste d'apprentissage et d'échauffement lors des compétitions, de 125 m de long sur 4 m de large. Elle sert aussi aux enfants;

une extension de la halle des sports communale, bâtiment d'environ 100 m² avec un accès indépendant qui abrite les locaux de stockage du matériel, l'atelier de petite mécanique, une salle de réunion, un bureau à disposition des éducateurs du vélodrome et un local pour l'assistance médicale.

Nécessité d'une couverture

Pour maintenir la piste sèche et assurer une utilisation continue de l'équipement quelles que soient les conditions météorologiques, l'exploitant a choisi d'équiper le vélodrome d'une couverture en structure gonflable appelé « dôme » composée d'une double toile tendue.

Un système de soufflerie injecte de l'air sous pression qui la tient gonflée et tendue.

Ce dôme, d'une surface totale de 11 158 m², a pour vocation de couvrir l'ensemble des existants du vélodrome dans un seul volume, comme sur l'image ci-dessous.

Le site peut accueillir jusqu'à 1 636 spectateurs, répartis dans les tribunes, autour de la piste et dans le quartier des coureurs.

Partie 1: Le type de piste et les dimensions du vélodrome sont-ils justifiés ?

Dès le début du projet, le client envisageait une piste en béton, notamment pour sa capacité à résister aux intempéries. Il existe des pistes en béton sur remblai ou en béton sur ossature, dont les principes constructifs sont présentés dans le document technique DT1 ci-dessous.

DT1: Types de pistes en béton — principes, avantages et inconvénients

Les pistes en béton sur remblai

Elles sont constituées d'une couche de béton directement coulée sur de la terre compactée (remblai). Une couche plus fine cimentée (chape) est ensuite coulée sur le béton pour constituer la surface de roulement.

Les pistes sur remblai sont plus fréquentes et permettent une meilleure insertion dans le paysage.

Plus économique, la solution du remblai est cependant rendue complexe par l'opération de compactage de la terre. Mal compacté, le remblai risque de se tasser provoquant fissures et affaissements.

Les pistes en béton sur ossature

Dans ce cas la dalle en béton repose sur une ossature en béton armé. Une couche plus fine cimentée (chape) est ensuite coulée sur le béton pour constituer la surface de roulement.

L'avantage de ce choix réside dans la mise à disposition d'espaces sous l'ossature, espaces qui peuvent alors être utilisés pour les vestiaires, les sanitaires et autres locaux de stockage vélos.

A contrario, l'impact visuel de l'ossature pose la question de son insertion dans son environnement immédiat, qui peut gêner le confort de vie des riverains. De plus ce type de piste nécessite davantage de béton (matériau fort émetteur en gaz à effet de serre).

Question 1.1: Comparer de façon qualitative les pistes en béton sur remblai et les pistes en béton sur ossature sur le DR1 en proposant la note 0 ou +1 pour chaque critère.

Complétez la matrice d'évaluation multicritère avec les notes (0 ou 1) et calculez le total pondéré pour chaque solution.

CRITÈRES >

PRIX

MISE EN ŒUVRE

RÉALISATION DE VESTIAIRES / STOCKAGE

INSERTION DANS LE PAYSAGE

BILAN CARBONE

TOTAL

COEFFICIENT

5

2

3

4

3

17

PISTE EN BÉTON SUR REMBLAI

1

0

PISTE EN BÉTON SUR OSSATURE

0

1

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor est situé à Bonnac-la-Côte à moins de 5 minutes de l'autoroute, près de Limoges dans le département de la Haute-Vienne. Il a été inauguré le 3 juillet 2019.

Ce vélodrome couvert avec une piste en béton est unique en France. Il répond à la demande des différentes associations sportives et clubs du territoire, voire au-delà.

Il met à disposition de tous un site d'entraînement sécurisé, permettant le développement de la pratique du cyclisme sur piste à tous niveaux et par tous.

Afin de s'assurer de l'homologation de l'équipement, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) a été associée à sa conception et à sa réalisation. Ainsi, le vélodrome et ses annexes ont été conçus pour accueillir des compétitions de niveau national.

Projet initial (sans couverture):

Le projet initial sans couverture a été achevé en juin 2017. Il était configuré comme ci-dessus et comprenait:

une piste en béton de 250 m de long sur 7 m de large, à virages relevés avec une inclinaison maximale de 40,39°;

le quartier des coureurs, à l'intérieur de la piste, accessible par un tunnel abritant des sanitaires;

une piste d'apprentissage et d'échauffement lors des compétitions, de 125 m de long sur 4 m de large. Elle sert aussi aux enfants;

une extension de la halle des sports communale, bâtiment d'environ 100 m² avec un accès indépendant qui abrite les locaux de stockage du matériel, l'atelier de petite mécanique, une salle de réunion, un bureau à disposition des éducateurs du vélodrome et un local pour l'assistance médicale.

Nécessité d'une couverture

Pour maintenir la piste sèche et assurer une utilisation continue de l'équipement quelles que soient les conditions météorologiques, l'exploitant a choisi d'équiper le vélodrome d'une couverture en structure gonflable appelé « dôme » composée d'une double toile tendue.

Un système de soufflerie injecte de l'air sous pression qui la tient gonflée et tendue.

Ce dôme, d'une surface totale de 11 158 m², a pour vocation de couvrir l'ensemble des existants du vélodrome dans un seul volume, comme sur l'image ci-dessous.

Le site peut accueillir jusqu'à 1 636 spectateurs, répartis dans les tribunes, autour de la piste et dans le quartier des coureurs.

Question 1.2: Associer à chaque pilier du développement durable (économique, écologique et sociétal) un critère issu du document réponses DR1 parmi les suivants:

Critères du tableau comparatif (DR1):

Prix

Mise en œuvre

Réalisation de vestiaires/stockage

Insertion dans le paysage

Bilan carbone

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor est situé à Bonnac-la-Côte à moins de 5 minutes de l'autoroute, près de Limoges dans le département de la Haute-Vienne. Il a été inauguré le 3 juillet 2019.

Ce vélodrome couvert avec une piste en béton est unique en France. Il répond à la demande des différentes associations sportives et clubs du territoire, voire au-delà.

Il met à disposition de tous un site d'entraînement sécurisé, permettant le développement de la pratique du cyclisme sur piste à tous niveaux et par tous.

Afin de s'assurer de l'homologation de l'équipement, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) a été associée à sa conception et à sa réalisation. Ainsi, le vélodrome et ses annexes ont été conçus pour accueillir des compétitions de niveau national.

Projet initial (sans couverture):

Le projet initial sans couverture a été achevé en juin 2017. Il était configuré comme ci-dessus et comprenait:

une piste en béton de 250 m de long sur 7 m de large, à virages relevés avec une inclinaison maximale de 40,39°;

le quartier des coureurs, à l'intérieur de la piste, accessible par un tunnel abritant des sanitaires;

une piste d'apprentissage et d'échauffement lors des compétitions, de 125 m de long sur 4 m de large. Elle sert aussi aux enfants;

une extension de la halle des sports communale, bâtiment d'environ 100 m² avec un accès indépendant qui abrite les locaux de stockage du matériel, l'atelier de petite mécanique, une salle de réunion, un bureau à disposition des éducateurs du vélodrome et un local pour l'assistance médicale.

Nécessité d'une couverture

Pour maintenir la piste sèche et assurer une utilisation continue de l'équipement quelles que soient les conditions météorologiques, l'exploitant a choisi d'équiper le vélodrome d'une couverture en structure gonflable appelé « dôme » composée d'une double toile tendue.

Un système de soufflerie injecte de l'air sous pression qui la tient gonflée et tendue.

Ce dôme, d'une surface totale de 11 158 m², a pour vocation de couvrir l'ensemble des existants du vélodrome dans un seul volume, comme sur l'image ci-dessous.

Le site peut accueillir jusqu'à 1 636 spectateurs, répartis dans les tribunes, autour de la piste et dans le quartier des coureurs.

Partie 1: le type de piste et les dimensions du vélodrome sont-ils justifiés ?

Question 1.3

La Fédération Française de Cyclisme impose que la longueur de la piste principale $L_g$ soit choisie de telle sorte qu'un nombre entier de demi-tours représente $1\text{ km}$.

Calculer le nombre de demi-tours de piste principale pour réaliser $1\text{ km}$, puis conclure sur le respect de cette règle.

Question 1.5

Pour pallier l'effet centrifuge, les virages sont relevés, c'est-à-dire inclinés d'un angle $\alpha_p$.

À partir du schéma géométrique et des données du document technique DT2:

Calculer l'angle d'inclinaison $(\alpha_p)$ de la piste dans un virage et justifier la conformité de cette inclinaison.

Question 1.6

Conclure sur la pertinence du choix du type de piste et de ses dimensions.

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

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Le vélodrome Raymond Poulidor est situé à Bonnac-la-Côte à moins de 5 minutes de l'autoroute, près de Limoges dans le département de la Haute-Vienne. Il a été inauguré le 3 juillet 2019.

Ce vélodrome couvert avec une piste en béton est unique en France. Il répond à la demande des différentes associations sportives et clubs du territoire, voire au-delà.

Il met à disposition de tous un site d'entraînement sécurisé, permettant le développement de la pratique du cyclisme sur piste à tous niveaux et par tous.

Afin de s'assurer de l'homologation de l'équipement, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) a été associée à sa conception et à sa réalisation. Ainsi, le vélodrome et ses annexes ont été conçus pour accueillir des compétitions de niveau national.

Projet initial (sans couverture):

Le projet initial sans couverture a été achevé en juin 2017. Il était configuré comme ci-dessus et comprenait:

une piste en béton de 250 m de long sur 7 m de large, à virages relevés avec une inclinaison maximale de 40,39°;

le quartier des coureurs, à l'intérieur de la piste, accessible par un tunnel abritant des sanitaires;

une piste d'apprentissage et d'échauffement lors des compétitions, de 125 m de long sur 4 m de large. Elle sert aussi aux enfants;

une extension de la halle des sports communale, bâtiment d'environ 100 m² avec un accès indépendant qui abrite les locaux de stockage du matériel, l'atelier de petite mécanique, une salle de réunion, un bureau à disposition des éducateurs du vélodrome et un local pour l'assistance médicale.

Nécessité d'une couverture

Pour maintenir la piste sèche et assurer une utilisation continue de l'équipement quelles que soient les conditions météorologiques, l'exploitant a choisi d'équiper le vélodrome d'une couverture en structure gonflable appelé « dôme » composée d'une double toile tendue.

Un système de soufflerie injecte de l'air sous pression qui la tient gonflée et tendue.

Ce dôme, d'une surface totale de 11 158 m², a pour vocation de couvrir l'ensemble des existants du vélodrome dans un seul volume, comme sur l'image ci-dessous.

Le site peut accueillir jusqu'à 1 636 spectateurs, répartis dans les tribunes, autour de la piste et dans le quartier des coureurs.

Dans les virages sur la piste principale, le cycliste est en mouvement circulaire autour du point $O$ (voir DR2), avec une vitesse maximale de $85\text{ km}\cdot\text{h}^{-1}$.

Question 1.4

Tracer à l'échelle le vecteur vitesse linéaire du cycliste, $\vec{V}_{\text{cycliste/piste}}$ sur la piste principale pour une vitesse maximale, au point indiqué sur le DR2.

Échelle des vitesses: $1\text{ cm} \rightarrow 20\text{ km}\cdot\text{h}^{-1}$

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

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Le vélodrome Raymond Poulidor est situé à Bonnac-la-Côte à moins de 5 minutes de l'autoroute, près de Limoges dans le département de la Haute-Vienne. Il a été inauguré le 3 juillet 2019.

Ce vélodrome couvert avec une piste en béton est unique en France. Il répond à la demande des différentes associations sportives et clubs du territoire, voire au-delà.

Il met à disposition de tous un site d'entraînement sécurisé, permettant le développement de la pratique du cyclisme sur piste à tous niveaux et par tous.

Afin de s'assurer de l'homologation de l'équipement, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) a été associée à sa conception et à sa réalisation. Ainsi, le vélodrome et ses annexes ont été conçus pour accueillir des compétitions de niveau national.

Projet initial (sans couverture):

Le projet initial sans couverture a été achevé en juin 2017. Il était configuré comme ci-dessus et comprenait:

une piste en béton de 250 m de long sur 7 m de large, à virages relevés avec une inclinaison maximale de 40,39°;

le quartier des coureurs, à l'intérieur de la piste, accessible par un tunnel abritant des sanitaires;

une piste d'apprentissage et d'échauffement lors des compétitions, de 125 m de long sur 4 m de large. Elle sert aussi aux enfants;

une extension de la halle des sports communale, bâtiment d'environ 100 m² avec un accès indépendant qui abrite les locaux de stockage du matériel, l'atelier de petite mécanique, une salle de réunion, un bureau à disposition des éducateurs du vélodrome et un local pour l'assistance médicale.

Nécessité d'une couverture

Pour maintenir la piste sèche et assurer une utilisation continue de l'équipement quelles que soient les conditions météorologiques, l'exploitant a choisi d'équiper le vélodrome d'une couverture en structure gonflable appelé « dôme » composée d'une double toile tendue.

Un système de soufflerie injecte de l'air sous pression qui la tient gonflée et tendue.

Ce dôme, d'une surface totale de 11 158 m², a pour vocation de couvrir l'ensemble des existants du vélodrome dans un seul volume, comme sur l'image ci-dessous.

Le site peut accueillir jusqu'à 1 636 spectateurs, répartis dans les tribunes, autour de la piste et dans le quartier des coureurs.

Partie 2: la pression intérieure est-elle suffisante pour soulever le dôme ?

Afin de rendre la piste praticable en toute saison, le client décide de couvrir la piste de façon définitive. Le principe d'un dôme gonflable est retenu. Trois générateurs d'air chaud envoient de l'air dans le dôme pour maintenir une pression suffisante pour le soulever (DT3).

Question 2.1

Calculer le poids du dôme.

Rappel: $\text{Masse} = \text{Masse surfacique} \times \text{Surface du dôme}$

On donne: $g = 9,81\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}$

Se référer au document DT2:

Question 2.2

Les générateurs d'air chaud peuvent maintenir une pression relative intérieure maximale de $300\text{ Pa}$.

Se référer au document DT3:

Calculer la force résultante de cette pression intérieure.

Conclure sur la capacité des ventilateurs à soulever le dôme en l'absence de perturbations extérieures.

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Le vélodrome Raymond Poulidor est situé à Bonnac-la-Côte à moins de 5 minutes de l'autoroute, près de Limoges dans le département de la Haute-Vienne. Il a été inauguré le 3 juillet 2019.

Ce vélodrome couvert avec une piste en béton est unique en France. Il répond à la demande des différentes associations sportives et clubs du territoire, voire au-delà.

Il met à disposition de tous un site d'entraînement sécurisé, permettant le développement de la pratique du cyclisme sur piste à tous niveaux et par tous.

Afin de s'assurer de l'homologation de l'équipement, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) a été associée à sa conception et à sa réalisation. Ainsi, le vélodrome et ses annexes ont été conçus pour accueillir des compétitions de niveau national.

Projet initial (sans couverture):

Le projet initial sans couverture a été achevé en juin 2017. Il était configuré comme ci-dessus et comprenait:

une piste en béton de 250 m de long sur 7 m de large, à virages relevés avec une inclinaison maximale de 40,39°;

le quartier des coureurs, à l'intérieur de la piste, accessible par un tunnel abritant des sanitaires;

une piste d'apprentissage et d'échauffement lors des compétitions, de 125 m de long sur 4 m de large. Elle sert aussi aux enfants;

une extension de la halle des sports communale, bâtiment d'environ 100 m² avec un accès indépendant qui abrite les locaux de stockage du matériel, l'atelier de petite mécanique, une salle de réunion, un bureau à disposition des éducateurs du vélodrome et un local pour l'assistance médicale.

Nécessité d'une couverture

Pour maintenir la piste sèche et assurer une utilisation continue de l'équipement quelles que soient les conditions météorologiques, l'exploitant a choisi d'équiper le vélodrome d'une couverture en structure gonflable appelé « dôme » composée d'une double toile tendue.

Un système de soufflerie injecte de l'air sous pression qui la tient gonflée et tendue.

Ce dôme, d'une surface totale de 11 158 m², a pour vocation de couvrir l'ensemble des existants du vélodrome dans un seul volume, comme sur l'image ci-dessous.

Le site peut accueillir jusqu'à 1 636 spectateurs, répartis dans les tribunes, autour de la piste et dans le quartier des coureurs.

2.3

D'après le diagramme de contexte, relever deux perturbations extérieures que la pression intérieure doit compenser.

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor est situé à Bonnac-la-Côte à moins de 5 minutes de l'autoroute, près de Limoges dans le département de la Haute-Vienne. Il a été inauguré le 3 juillet 2019.

Ce vélodrome couvert avec une piste en béton est unique en France. Il répond à la demande des différentes associations sportives et clubs du territoire, voire au-delà.

Il met à disposition de tous un site d'entraînement sécurisé, permettant le développement de la pratique du cyclisme sur piste à tous niveaux et par tous.

Afin de s'assurer de l'homologation de l'équipement, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) a été associée à sa conception et à sa réalisation. Ainsi, le vélodrome et ses annexes ont été conçus pour accueillir des compétitions de niveau national.

Projet initial (sans couverture):

Le projet initial sans couverture a été achevé en juin 2017. Il était configuré comme ci-dessus et comprenait:

une piste en béton de 250 m de long sur 7 m de large, à virages relevés avec une inclinaison maximale de 40,39°;

le quartier des coureurs, à l'intérieur de la piste, accessible par un tunnel abritant des sanitaires;

une piste d'apprentissage et d'échauffement lors des compétitions, de 125 m de long sur 4 m de large. Elle sert aussi aux enfants;

une extension de la halle des sports communale, bâtiment d'environ 100 m² avec un accès indépendant qui abrite les locaux de stockage du matériel, l'atelier de petite mécanique, une salle de réunion, un bureau à disposition des éducateurs du vélodrome et un local pour l'assistance médicale.

Nécessité d'une couverture

Pour maintenir la piste sèche et assurer une utilisation continue de l'équipement quelles que soient les conditions météorologiques, l'exploitant a choisi d'équiper le vélodrome d'une couverture en structure gonflable appelé « dôme » composée d'une double toile tendue.

Un système de soufflerie injecte de l'air sous pression qui la tient gonflée et tendue.

Ce dôme, d'une surface totale de 11 158 m², a pour vocation de couvrir l'ensemble des existants du vélodrome dans un seul volume, comme sur l'image ci-dessous.

Le site peut accueillir jusqu'à 1 636 spectateurs, répartis dans les tribunes, autour de la piste et dans le quartier des coureurs.

Partie 3: Comment sélectionner les générateurs d'air chaud ?

Il existe sur le dôme des fuites d'air au niveau de:

la jonction entre la toile du dôme et le sol;

la jonction entre les pièces de toile constituant le dôme;

les jonctions des différentes portes (sas, sorties de secours).

La somme des fuites d'air équivaut à un « trou » de surface $S = 0{,}315\ \mathrm{m^2}$ dans le dôme.

Les trois générateurs d'air chaud doivent compenser ces fuites pour garder une pression relative par rapport à l'extérieur de $+300\ \mathrm{Pa}$ dans le dôme.

Données et relations

• $V = \sqrt{\dfrac{2 \times P}{\rho_{air}}}$

$V$: vitesse d'écoulement de l'air en $\mathrm{m\cdot s^{-1}}$

$P$: pression relative de l'air à l'intérieur du dôme en Pascal ($\mathrm{Pa}$)

$\rho_{air}$: masse volumique de l'air ($1{,}25\ \mathrm{kg\cdot m^{-3}}$)

• $Q_{fuites} = V \times S$

$Q_{fuites}$: débit de l'air en $\mathrm{m^3\cdot s^{-1}}$

$V$: vitesse d'écoulement de l'air en $\mathrm{m\cdot s^{-1}}$

$S$: surface des fuites d'air en $\mathrm{m^2}$

3.1

Calculer la vitesse de l'air s'échappant par les fuites du dôme.

3.2

Calculer le débit d'air s'échappant par la surface $S$ correspondant aux fuites en $\mathrm{m^3\cdot s^{-1}}$, puis convertir ce débit en $\mathrm{m^3\cdot h^{-1}}$.

3.3

Le gonflage du dôme nécessite un débit de $60\,000\ \mathrm{m^3\cdot h^{-1}}$ indépendamment des fuites. Choisir le modèle le plus adapté pour les trois générateurs d'air d'après le document technique DT5 ci-dessous.

3.4

Le dôme étant sous pression, toutes les entrées sont conçues pour qu'un minimum d'air s'échappe grâce à des sas (portes tambour ou sas technique à deux portes de garage actionnées en différé).

Indiquer aux étapes 2, 3 et 4 sur le document réponses DR3, le niveau de pression dans le sas technique pour l'entrée d'une personne dans le vélodrome.

3.5

Conclure sur l'importance des sas vis-à-vis du choix des générateurs d'air chaud.

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Le vélodrome Raymond Poulidor est situé à Bonnac-la-Côte à moins de 5 minutes de l'autoroute, près de Limoges dans le département de la Haute-Vienne. Il a été inauguré le 3 juillet 2019.

Ce vélodrome couvert avec une piste en béton est unique en France. Il répond à la demande des différentes associations sportives et clubs du territoire, voire au-delà.

Il met à disposition de tous un site d'entraînement sécurisé, permettant le développement de la pratique du cyclisme sur piste à tous niveaux et par tous.

Afin de s'assurer de l'homologation de l'équipement, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) a été associée à sa conception et à sa réalisation. Ainsi, le vélodrome et ses annexes ont été conçus pour accueillir des compétitions de niveau national.

Projet initial (sans couverture):

Le projet initial sans couverture a été achevé en juin 2017. Il était configuré comme ci-dessus et comprenait:

une piste en béton de 250 m de long sur 7 m de large, à virages relevés avec une inclinaison maximale de 40,39°;

le quartier des coureurs, à l'intérieur de la piste, accessible par un tunnel abritant des sanitaires;

une piste d'apprentissage et d'échauffement lors des compétitions, de 125 m de long sur 4 m de large. Elle sert aussi aux enfants;

une extension de la halle des sports communale, bâtiment d'environ 100 m² avec un accès indépendant qui abrite les locaux de stockage du matériel, l'atelier de petite mécanique, une salle de réunion, un bureau à disposition des éducateurs du vélodrome et un local pour l'assistance médicale.

Nécessité d'une couverture

Pour maintenir la piste sèche et assurer une utilisation continue de l'équipement quelles que soient les conditions météorologiques, l'exploitant a choisi d'équiper le vélodrome d'une couverture en structure gonflable appelé « dôme » composée d'une double toile tendue.

Un système de soufflerie injecte de l'air sous pression qui la tient gonflée et tendue.

Ce dôme, d'une surface totale de 11 158 m², a pour vocation de couvrir l'ensemble des existants du vélodrome dans un seul volume, comme sur l'image ci-dessous.

Le site peut accueillir jusqu'à 1 636 spectateurs, répartis dans les tribunes, autour de la piste et dans le quartier des coureurs.

Partie 4: comment évaluer le risque de condensation sur la piste ?

Lors de la mise en fonctionnement du dôme, de l'eau est apparue sur la piste par effet de condensation (phénomène de rosée).

Pour déterminer le risque de condensation sur la piste, six zones ont été définies dans le vélodrome avec pour chacune (voir DT6):

1 sonde de température pour la mesure de l'air ambiant notée $T_{\text{air}}$;

1 sonde pour la mesure de l'humidité relative notée $\text{HR}$;

1 sonde de température pour la mesure de la température sol notée $T_{\text{piste}}$.

Mesure de température par sonde Pt100

Pour les sondes de température, on donne:

$$\theta = \frac{R - 100}{0{,}385}$$

avec:

$\theta$: température mesurée en °C

$R$: résistance de la sonde de température Pt100 en $\Omega$

DT6: schéma d'implantation des sondes

DT7: température de condensation en fonction de la température et de l'humidité relative de l'air

4.1

Question 4.1: Calculer les températures du sol $\theta$ en complétant le DR4 ci-dessous.

4.2

Question 4.2: Déterminer les températures de condensation manquantes dans le DR4 à partir du DT7. Indiquer la présence de condensation (OUI ou NON) sur la piste.

Document réponses DR4: sondes de température

Grandeur / Donnée

Questions

Zone 1

Zone 2

Zone 3

Zone 4

Zone 5

Zone 6

Résistance sol Pt100 en $\Omega$

—

102,7

103,1

102,7

102,6

102,7

102,6

Température sol en °C

Q4.1

7,01

6,75

7,01

6,75

Température de condensation en °C

Q4.2

7,4

7

7,4

7,2

Condensation: OUI ou NON

4.3

Question 4.3: Conclure sur la nécessité d'avoir plusieurs zones de mesures pour évaluer le risque de condensation sur la piste.

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor est situé à Bonnac-la-Côte à moins de 5 minutes de l'autoroute, près de Limoges dans le département de la Haute-Vienne. Il a été inauguré le 3 juillet 2019.

Ce vélodrome couvert avec une piste en béton est unique en France. Il répond à la demande des différentes associations sportives et clubs du territoire, voire au-delà.

Il met à disposition de tous un site d'entraînement sécurisé, permettant le développement de la pratique du cyclisme sur piste à tous niveaux et par tous.

Afin de s'assurer de l'homologation de l'équipement, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) a été associée à sa conception et à sa réalisation. Ainsi, le vélodrome et ses annexes ont été conçus pour accueillir des compétitions de niveau national.

Projet initial (sans couverture):

Le projet initial sans couverture a été achevé en juin 2017. Il était configuré comme ci-dessus et comprenait:

une piste en béton de 250 m de long sur 7 m de large, à virages relevés avec une inclinaison maximale de 40,39°;

le quartier des coureurs, à l'intérieur de la piste, accessible par un tunnel abritant des sanitaires;

une piste d'apprentissage et d'échauffement lors des compétitions, de 125 m de long sur 4 m de large. Elle sert aussi aux enfants;

une extension de la halle des sports communale, bâtiment d'environ 100 m² avec un accès indépendant qui abrite les locaux de stockage du matériel, l'atelier de petite mécanique, une salle de réunion, un bureau à disposition des éducateurs du vélodrome et un local pour l'assistance médicale.

Nécessité d'une couverture

Pour maintenir la piste sèche et assurer une utilisation continue de l'équipement quelles que soient les conditions météorologiques, l'exploitant a choisi d'équiper le vélodrome d'une couverture en structure gonflable appelé « dôme » composée d'une double toile tendue.

Un système de soufflerie injecte de l'air sous pression qui la tient gonflée et tendue.

Ce dôme, d'une surface totale de 11 158 m², a pour vocation de couvrir l'ensemble des existants du vélodrome dans un seul volume, comme sur l'image ci-dessous.

Le site peut accueillir jusqu'à 1 636 spectateurs, répartis dans les tribunes, autour de la piste et dans le quartier des coureurs.

Partie 5: comment éliminer le risque de condensation sur la piste ?

Pour éviter la condensation sur la piste, la solution retenue a été de déshumidifier une partie de l'air soufflé dans le dôme grâce à une roue déshydratante (roue dessicante), dont le principe est exposé dans le DT8.

Cette roue est constituée d'un matériau hygroscopique qui retient l'humidité de l'air.

La roue fournit $15\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ d'air sec répartis équitablement sur les trois générateurs d'air chaud. Avec cette proportion d'air sec, l'air entrant dans le dôme ne pourra pas condenser sur la piste quelles que soient les conditions de températures.

DT8: roue déshydratante - principe

5.1

Sur le diagramme de blocs internes de la roue déshydratante (DR5), identifier les deux flux d'air en repassant sur les traits avec deux couleurs différentes, l'une pour l'air humide et l'autre pour l'air sec.

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor est situé à Bonnac-la-Côte à moins de 5 minutes de l'autoroute, près de Limoges dans le département de la Haute-Vienne. Il a été inauguré le 3 juillet 2019.

Ce vélodrome couvert avec une piste en béton est unique en France. Il répond à la demande des différentes associations sportives et clubs du territoire, voire au-delà.

Il met à disposition de tous un site d'entraînement sécurisé, permettant le développement de la pratique du cyclisme sur piste à tous niveaux et par tous.

Afin de s'assurer de l'homologation de l'équipement, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) a été associée à sa conception et à sa réalisation. Ainsi, le vélodrome et ses annexes ont été conçus pour accueillir des compétitions de niveau national.

Projet initial (sans couverture):

Le projet initial sans couverture a été achevé en juin 2017. Il était configuré comme ci-dessus et comprenait:

une piste en béton de 250 m de long sur 7 m de large, à virages relevés avec une inclinaison maximale de 40,39°;

le quartier des coureurs, à l'intérieur de la piste, accessible par un tunnel abritant des sanitaires;

une piste d'apprentissage et d'échauffement lors des compétitions, de 125 m de long sur 4 m de large. Elle sert aussi aux enfants;

une extension de la halle des sports communale, bâtiment d'environ 100 m² avec un accès indépendant qui abrite les locaux de stockage du matériel, l'atelier de petite mécanique, une salle de réunion, un bureau à disposition des éducateurs du vélodrome et un local pour l'assistance médicale.

Nécessité d'une couverture

Pour maintenir la piste sèche et assurer une utilisation continue de l'équipement quelles que soient les conditions météorologiques, l'exploitant a choisi d'équiper le vélodrome d'une couverture en structure gonflable appelé « dôme » composée d'une double toile tendue.

Un système de soufflerie injecte de l'air sous pression qui la tient gonflée et tendue.

Ce dôme, d'une surface totale de 11 158 m², a pour vocation de couvrir l'ensemble des existants du vélodrome dans un seul volume, comme sur l'image ci-dessous.

Le site peut accueillir jusqu'à 1 636 spectateurs, répartis dans les tribunes, autour de la piste et dans le quartier des coureurs.

Partie 5: comment éliminer le risque de condensation sur la piste ?

Pour éviter la condensation sur la piste, la solution retenue a été de déshumidifier une partie de l'air soufflé dans le dôme grâce à une roue déshydratante (roue dessicante). Cette roue est constituée d'un matériau hygroscopique qui retient l'humidité de l'air.

La roue déshydratante s'active sur le principe de l'algorigramme présenté sur le DR6, en prenant en compte la température minimum du sol et la température minimum de condensation des différentes zones présentes dans le vélodrome.

Document réponses DR6: algorigramme de commande

5.2

Indiquer sur le DR6 si la roue déshydratante s'active ou non en fonction des différents cas proposés.

· Cas 1 · Cas 2 · Cas 3

Température_mini_sol · 14 °C · 14 °C · 10 °C

Température_mini_condensation · 15 °C · 8 °C · 8 °C

Activation de la roue déshydratante (OUI / NON)

5.3

L'air contenu dans le vélodrome se renouvelle totalement toutes les 4 h environ.

Conclure sur le choix du constructeur d'avoir ajouté une marge de sécurité de 5 °C pour l'activation de la roue déshydratante.

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

DTS1: les technologies de ventilateur

Les ventilateurs centrifuges

Dans ce type de ventilateur, l'air est aspiré axialement et est rejeté radialement. Les centrifuges permettent de générer des pressions élevées.

Les ventilateurs hélicoïdes

Dans ce type de ventilateur, l'air est aspiré et refoulé axialement. Ces ventilateurs ne permettent pas de générer des pressions très élevées, mais ils peuvent en revanche fournir des débits très importants. Ils sont donc limités dans les applications de type procédé industriel lorsque la perte de charge du circuit est élevée. Ces ventilateurs peuvent atteindre des rendements élevés (85 %).

Question A.1

À partir du DTS1, citer deux avantages qui ont amené au choix de souffleries équipées de ventilateurs centrifuges.

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

Question A.2

La structure de la chaîne de puissance du système pour maintenir la toiture du vélodrome en place est donnée sur le DRS1.

Compléter les cadres pointant les flux d'énergie du DRS1 en indiquant leur nature: énergie mécanique, énergie fluidique, énergie électrique.

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l'année ?

Pour maintenir le dôme sous une surpression de 300 Pa, des générateurs d'air chaud et un groupe électrogène de secours sont installés.

A.3

En se basant sur les caractéristiques du générateur d'air (DTS2, perte de charge négligée), déterminer la puissance du flux d'air $Pv$ pour le débit maximal.

Rappel: Puissance du flux d'air $Pv = qv \times \Delta Pt$ ($qv$ en $\text{m}^3\cdot\text{s}^{-1}$, $\Delta Pt$ en $\text{Pa}$).

A.4

D'après le schéma fonctionnel du générateur d'air chaud (DRS1) et le document technique DTS2, identifier les deux puissances correspondant aux repères 1 et 2 de la chaîne de puissance:

A.5

Déterminer la puissance à la sortie du bloc « poulies courroie » (rendement: 0,93).

A.6

Déterminer le rendement du ventilateur centrifuge (sachant que la puissance fluidique fournie est de 2 500 W au repère 3).

A.8

En se basant sur le relevé de consommation annuelle d'électricité (DTS4, total sur 1 an du 01/06/2021 au 31/05/2022: 51 542 kWh), déterminer la puissance moyenne de la soufflerie en kW sachant qu'elle fonctionne 24h/24, 7j/7.

A.10

Pour pallier une éventuelle coupure, un groupe électrogène est installé. En se basant sur les caractéristiques du groupe (DTS5: alternateur 100 kVA), déterminer la puissance active nominale en kW que peut fournir l'alternateur pour un facteur de puissance $\cos\varphi = 0{,}85$.

Rappel: facteur de puissance $\cos\varphi = \frac{P}{S}$.

A.11

Toutes portes d'accès fermées, une puissance de 5 100 W est nécessaire pour maintenir un débit d'air neuf de 24 000 m³·h⁻¹. Déterminer le taux de charge de l'alternateur.

A.12

Le groupe de secours dispose d'une cuve de carburant de 1 100 litres. À l'aide de la courbe de consommation de carburant (DTS5), déterminer le temps de fonctionnement du groupe électrogène en heures en cas de coupure d'électricité et conclure sur le respect du cahier des charges (autonomie exigée: 5 jours).

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

Question A.7

Pour gérer le débit d'air en fonction de la pression dans le dôme, un capteur de pression relative est installé: Ref 699.B13214. D'après la documentation technique, justifier son choix et indiquer la nature du signal électrique de sortie.

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

Question A.9

Pour un prix du kWh de 0,173 €, déterminer le coût moyen journalier de fonctionnement pour maintenir le vélodrome sous pression.

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

Partie B: comment permettre aux personnes à mobilité réduite d'accéder aux tribunes ?

Pour le public, une tribune de 250 places assises a été aménagée au niveau supérieur de la piste. Huit places PMR sont distribuées au premier rang des tribunes afin de permettre l'accueil de tous et en famille. Un ascenseur hydraulique permet aux personnes à mobilité réduite d'accéder à cette tribune située à 3 m au-dessus du sol.

Tribune du vélodrome Raymond Poulidor

DTS6: comment fonctionne un ascenseur hydraulique ?

L'ascenseur hydraulique s'adapte à des espaces restreints, pour de faibles élévations et à des vitesses de déplacement modérées.

Contrairement à l'ascenseur électrique, il ne dispose pas de contrepoids, car la cabine est propulsée grâce à un système de vérin.

L'ascenseur se déplace par pression, grâce à une pompe hydraulique qui envoie progressivement de l'huile dans le piston afin de le pousser. Lorsque le piston se remplit, la cabine monte.

Pour descendre, la pression doit être stoppée et l'huile du piston-vérin (tube cylindrique) évacuée.

Dans le cas d'une panne, les personnes peuvent être facilement évacuées grâce à une manipulation simple qui ne nécessite pas d'électricité.

D'une manière générale, l'ascenseur hydraulique présente ces avantages par rapport à l'ascenseur électrique:

il est silencieux;

il est facile à installer;

les déplacements de la cabine s'effectuent en douceur;

son entretien est relativement simple.

DTS7: caractéristiques de l'ascenseur hydraulique du vélodrome

Type d'appareil

élévateur pour personne à mobilité réduite

Technologie

hydraulique

Entraînement

1 vérin télescopique 2 éléments 35/55mm (Ø tige)

Course (mm)

3240

Nombre total de niveaux desservis

2

Charge nominale

385 kg

Vitesse nominale

0,15 m·s⁻¹

Alimentation électrique

Mono 230V – 50 Hz – Ph+N+T

Puissance du moteur

1,5 kW

B.1

Justifier le choix d'un ascenseur hydraulique pour le vélodrome.

B.2

Justifier la course du vérin.

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

Partie B: comment permettre aux personnes à mobilité réduite d'accéder aux tribunes ?

Pour le public, une tribune de 250 places assises a été aménagée au niveau supérieur de la piste. Huit places PMR sont distribuées au premier rang des tribunes afin de permettre l'accueil de tous et en famille. Un ascenseur hydraulique permet aux personnes à mobilité réduite d'accéder à cette tribune située à 3 m au-dessus du sol.

B.3 & B.5

Question B.3: Entourer en rouge sur le schéma simplifié du DRS2, l'élément qui permet de mettre sous pression le circuit hydraulique de l'ascenseur.

Question B.5: Sur le document réponse DRS2, représenter en bleu le parcours de l'huile pour faire sortir la tige du vérin et ainsi élever la cabine de l'ascenseur.

B.4

Question B.4: D'après le schéma hydraulique simplifié de l'ascenseur, indiquer la pression maximale qui peut être atteinte.

B.6 & B.7

Question B.6: Sur le document réponse DRS3, représenter en bleu le parcours de l'huile pour faire rentrer la tige du vérin et ainsi faire descendre la cabine de l'ascenseur.

Question B.7: Sur le document réponse DRS3, entourer en rouge l'élément qui contrôle la vitesse de descente de la cabine de l'ascenseur.

B.8

Question B.8: Justifier qu'en cas de panne d'électricité, les personnes bloquées dans la cabine de l'ascenseur pourront tout de même descendre au niveau du sol du parking.

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

Partie C: Comment diminuer la consommation électrique de l'éclairage ?

Le niveau d'éclairage vertical requis pour un classement en catégorie 2 du vélodrome est 1 000 lux minimum avec un coefficient d'uniformité de 0,7 (Uo).

Pour les entraînements sans spectateur, un éclairage de 300 lux minimum est préconisé.

Le pilotage de l'éclairage du vélodrome s'effectue via l'application SMARTDOME sur tablette, PC, smartphone ou en manuel sur site depuis l'armoire de commande. Dans tous les cas, quatre possibilités sont offertes: 0 lux, 300 lux, 700 lux, 1 000 lux.

Luminaires installés sur mât pour l'éclairage intérieur du dôme

C.1

D'après les fiches techniques des luminaires à éclairage direct et indirect (DTS9 et DTS10), identifier la technologie des luminaires installés pour éclairer l'intérieur du dôme.

C.5

Les résultats de la simulation du niveau d'éclairement pour 1 000 lux sont donnés sur le document technique DTS13:

DTS13: Simulation du niveau d'éclairement pour 1000 lux

Données du logiciel:

Hauteur de la surface: 4,30 m — Facteur de maintenance: 0,90

Éclairement moyen: $E_{\text{moy}} = 994\text{ lx}$

Éclairement minimum: $E_{\text{min}} = 705\text{ lx}$ — Éclairement maximum: $E_{\text{max}} = 1330\text{ lx}$

Uniformité de la surface $U_o = E_{\text{min}} / E_{\text{moy}} = 0{,}71$

C.6

L'éclairage naturel moyen sur une journée nuageuse et pluvieuse à l'extérieur est d'environ 3 000 à 5 000 lux. L'éclairage extérieur moyen par jour ensoleillé est d'environ 35 000 à 130 000 lux.

La translucidité de la double membrane blanche du dôme est de 3 % (100 lux à l'extérieur fournit 3 lux à l'intérieur).

Calculer l'apport minimum d'éclairage naturel à travers la membrane du toit du vélodrome pour un jour ensoleillé.

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

Partie C: comment diminuer la consommation électrique de l'éclairage ?

Le niveau d'éclairage vertical requis pour un classement en catégorie 2 du vélodrome est 1 000 lux minimum avec un coefficient d'uniformité de 0,7 (Uo). Pour les entraînements sans spectateur, un éclairage de 300 lux minimum est préconisé. Le pilotage de l'éclairage s'effectue via l'application SMARTDOME. Quatre possibilités sont offertes: 0 lux, 300 lux, 700 lux, 1 000 lux.

DTS9 & DTS10: Caractéristiques des luminaires (DUOL)

DTS9: Éclairage direct (LaserLED direct L2)

Flux lumineux des modules LED · 21 900 lm

Puissance consommée · 197 W

Température de couleur · 4 000 K

Durée de vie · 80 000 h

DTS10: Éclairage indirect (LaserLED indirect L2)

Flux lumineux des modules LED · 57 600 lm

Puissance consommée · 402 W

Température de couleur · 4 000 – 6 000 K

Durée de vie · 100 000 h

DTS11: Étiquette énergétique des lampes et luminaires

Classe d'efficacité énergétique

Efficacité lumineuse totale

Ancienne classe correspondante

A · Supérieure à 210 lm·W⁻¹ · N'existait pas

B · Entre 185 et 210 lm·W⁻¹ · N'existait pas

C · Entre 160 et 185 lm·W⁻¹ · N'existait pas

D · Entre 135 et 160 lm·W⁻¹ · A++

E · Entre 110 et 135 lm·W⁻¹ · A++

F · Entre 85 et 110 lm·W⁻¹ · A++ à A+

G · Inférieure à 85 lm·W⁻¹ · A+ à E

Question C.2

Calculer l'efficacité lumineuse des luminaires utilisés pour l'éclairage indirect en lm·W⁻¹. Indiquer leur classe d'efficacité énergétique. Conclure sur les performances de ces luminaires.

DTS12: Implantation et scénarii d'éclairage

Nombre de luminaires allumés pour 1 000 lux:

144 luminaires indirects (sur 38 piliers) et 56 luminaires directs (sur 30 piliers).

Nombre de luminaires allumés pour 300 lux:

68 luminaires indirects (sur 34 piliers) et 0 luminaire direct.

Question C.3

Calculer la puissance électrique totale consommée et le flux lumineux total produit pour l'éclairage en mode 300 lux et en mode 1 000 lux.

Mode 300 lux:

Mode 1 000 lux:

Question C.4

Calculer en pourcentage l'économie de puissance électrique consommée si les utilisateurs du vélodrome ne choisissaient qu'un éclairage de 300 lux.

%

Question C.8

À partir de l'étude précédente, commenter les résultats obtenus et proposer une solution pour améliorer l'efficacité de l'éclairage.

PARTIE SPÉCIFIQUE (1,5h) — 8 points

Énergie et environnement

VÉLODROME RAYMOND POULIDOR

Mise en situation

Le vélodrome Raymond Poulidor, initialement pensé comme un équipement de plein air, est constitué d’une piste en béton sur remblai pour s’intégrer au mieux à la qualité paysagère du site.

Après la réalisation et l’utilisation des pistes, le besoin d’une couverture est devenu une évidence pour optimiser l’usage de cette structure tout au long de l’année. Une solution gonflable, communément appelée « dôme », a été privilégiée d’un point de vue économique et pour répondre efficacement aux contraintes imposées par le site en pente.

Malgré la couverture, la piste reste humide de par le phénomène de condensation.

La solution pour éviter cette condensation, a été de déshumidifier l’air entrant dans le dôme et de le réchauffer. Le contrôle de la température de l’air, de l’humidité à l’intérieur et de la température du sol permet de régler le problème en s’éloignant du point de rosée.

Travail demandé

Partie A: comment maintenir gonflé le dôme du vélodrome tous les jours de l’année ?

Trois générateurs d'air chaud placés à l'extérieur injectent de l'air neuf dans le volume du dôme afin de maintenir une pression constante de $300\text{ Pa}$ selon les conditions météorologiques.

Chaque générateur d'air a un débit disponible maximum de $30\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$. Dans les pires conditions (ouverture des portes lors des accès, tempêtes où la pression augmente pour stabiliser le dôme) un maximum de $105\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ est requis.

Une centrale de traitement d'air de secours ultime ($35\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$) peut assurer (sans chauffage) un fonctionnement a minima afin de maintenir le dôme en état.

Le débit d'air neuf nominal injecté toutes portes d'accès fermées est de $24\,000\text{ m}^3\cdot\text{h}^{-1}$ environ.

En cas de chute de neige, ou en cas de besoin de monter en température du volume du vélodrome, les brûleurs gaz des trois générateurs d'air sont utilisés. Ils sont alimentés par une cuve de capacité $3\text{ tonnes}$ de propane et se mettent en fonctionnement jusqu'à une température de $10\,^\circ\text{C}$ à l'intérieur du dôme.

Un anémomètre placé à l'extérieur de la couverture permet d'adapter le débit d'air pour compenser la poussée du vent sur le dôme.

Le vélodrome est éclairé tous les jours de l'année. La consommation annuelle d'électricité pour éclairer le vélodrome est de $89\,542\text{ kW}\cdot\text{h}$ pour $3\,000\text{ h}$ d'utilisation par an. La facture d'électricité pour l'éclairage s'élève à $14\,865\text{ €}$.

L'ensoleillement moyen de la commune de Bonnac-la-Côte où se situe le vélodrome est de $1\,958\text{ h}$.

Question C.7: Calculer l'économie sur la consommation annuelle d'électricité et la facture d'électricité si l'éclairage artificiel est coupé aux heures ensoleillées.

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