Sujet du Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable 2024 · Métropole - Architecture et Construction (AC)

Partie 1: le téléphérique de Toulouse Téléo est-il une solution de mobilité urbaine durable et environnementale ?

Mise en situation

Le projet d'un téléphérique urbain, de 3 km, à Toulouse, reliant l'Oncopole à l'Université Paul Sabatier et passant par le CHU de Rangueil, a été inauguré le 13 mai 2022 sous le nom de Téléo.

Trois gares ont été implantées: une gare motrice au niveau de l'Université Paul Sabatier (UPS), une gare retour à l'Oncopole (ONC) et une gare intermédiaire au CHU de Rangueil (CHU).

Le choix d'un téléphérique urbain

Le choix d'un téléphérique et le tracé ont été choisis pour proposer une alternative efficace aux véhicules personnels qui circulent sur un réseau saturé. En effet, la rocade de Toulouse est très souvent embouteillée aux heures de pointe.

Particularités du type de téléphérique à câbles retenu

Le téléphérique est de type 3S; constitué de trois câbles: un câble tracteur et deux câbles porteurs. Le câble tracteur met en mouvement les cabines et les deux câbles porteurs supportent le déplacement de l'ensemble chariot, suspente et cabine.

Données comparatives de déplacement

En voiture, le trajet de 7,4 km entre la gare de l'Université Paul Sabatier (UPS) et la gare de l'Oncopole, dure en moyenne 14 minutes en temps normal et 28 minutes en heures de pointe. La distance parcourue par le téléphérique entre la gare de l'Université Paul Sabatier et la gare Oncopole est de 3 km.

Documents Techniques (DT1 à DT5)

DT1: diagramme d'exigences partiel du téléphérique

DT2: évolution des parts des modes de transport (en nombre de déplacements) en France métropolitaine entre 2008 et 2019

DT3: caractéristiques des différentes typologies des télécabines à mouvement unidirectionnel continu

DT4: comparatif des émissions de gaz à effet de serre de différents modes de transport

DT5: document d'informations du téléphérique réalisé par TISSEO

Question 1.1

À partir du document DT2:

Question 1.3

En voiture, le trajet de 7,4 km entre la gare de l'Université Paul Sabatier (UPS) et la gare de l'Oncopole, dure en moyenne 14 minutes en temps normal et 28 minutes en heures de pointe. La distance parcourue par le téléphérique entre la gare de l'Université Paul Sabatier et la gare Oncopole est de 3 km.

Question 1.4

À partir des documents DT4 et DT5:

Question 1.5

Mise en situation

Le projet d'un téléphérique urbain, de 3 km, à Toulouse, reliant l'Oncopole à l'Université Paul Sabatier et passant par le CHU de Rangueil, a été inauguré le 13 mai 2022 sous le nom de Téléo.

Trois gares ont été implantées: une gare motrice au niveau de l'Université Paul Sabatier (UPS), une gare retour à l'Oncopole (ONC) et une gare intermédiaire au CHU de Rangueil (CHU).

Le choix d'un téléphérique urbain

Le choix d'un téléphérique et le tracé ont été choisis pour proposer une alternative efficace aux véhicules personnels qui circulent sur un réseau saturé. En effet, la rocade de Toulouse est très souvent embouteillée aux heures de pointe.

Particularités du type de téléphérique à câbles retenu

Le téléphérique est de type 3S; constitué de trois câbles: un câble tracteur et deux câbles porteurs. Le câble tracteur met en mouvement les cabines et les deux câbles porteurs supportent le déplacement de l'ensemble chariot, suspente et cabine.

Données comparatives de déplacement

En voiture, le trajet de 7,4 km entre la gare de l'Université Paul Sabatier (UPS) et la gare de l'Oncopole, dure en moyenne 14 minutes en temps normal et 28 minutes en heures de pointe. La distance parcourue par le téléphérique entre la gare de l'Université Paul Sabatier et la gare Oncopole est de 3 km.

Documents Techniques (DT1 à DT5)

DT1: diagramme d'exigences partiel du téléphérique

DT2: évolution des parts des modes de transport (en nombre de déplacements) en France métropolitaine entre 2008 et 2019

DT3: caractéristiques des différentes typologies des télécabines à mouvement unidirectionnel continu

DT4: comparatif des émissions de gaz à effet de serre de différents modes de transport

DT5: document d'informations du téléphérique réalisé par TISSEO

1.2.a

Relever toutes les valeurs associées à l'exigence « besoin performance » concernant le débit attendu de passagers (DT1).

1.2.b

Justifier la typologie de télécabines à mouvement unidirectionnel continu retenue pour le téléphérique de Toulouse (DT1, DT3).

Partie 2: quelles solutions mettre en œuvre pour optimiser la consommation énergétique du téléphérique ?

La variation de la vitesse des cabines en fonction des heures d'affluence et l'optimisation du rendement du système d'entraînement principal du câble tracteur sont deux des solutions envisagées afin de réduire la consommation énergétique du téléphérique.

Pour la suite, l'étude porte sur le cas où un seul moteur actionne le système d'entraînement principal du câble tracteur par l'intermédiaire d'une poulie.

Choix du système d'entraînement principal du câble tracteur

Deux typologies de systèmes motorisés et pilotés par un variateur de vitesse ont été envisagées par le bureau d'études pour l'entraînement principal du câble tracteur:

Système d'entraînement principal 1: un moteur asynchrone associé à un réducteur de vitesse entraîne la poulie motrice.

Système d'entraînement principal 2: un moteur brushless est en prise directe avec la poulie motrice (Direct Drive).

Étude de l'influence du choix de la variation de vitesse selon des plages horaires

Le bureau d'études a choisi de mettre en place le système d'entraînement motorisé en prise directe avec la poulie motrice (Direct Drive) et de limiter la vitesse de déplacement des cabines en fonction des plages horaires:

Vitesse 1: vitesse de fonctionnement en heures normales ($v_1 = 6\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$).

Vitesse 2: vitesse de fonctionnement en heures de pointe ($v_2 = 6{,}8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$).

DT6: système d'entraînement principal du câble tracteur

Représentation schématique simplifiée du système d'entraînement principal du câble tracteur à la gare Université Paul Sabatier:

Le système d'entraînement principal du câble tracteur est composé de:

2 motorisations d'entraînement: Les moteurs M1 et/ou M2 entraînent le câble à une vitesse maximale de $7{,}5\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$ via les poulies motrices 1 et 2. Chaque moteur est dimensionné pour pouvoir entraîner seul le câble tracteur. Si le choix est fait d'utiliser les deux moteurs pour entraîner le câble tracteur, alors ils fonctionnent à puissance réduite. Le diamètre d'une poulie motrice est de $4{,}55\text{ m}$.

1 poulie de déviation permet de contrôler la tension du câble tracteur et garantir son adhérence sur les poulies motrices.

DT7: vitesse du téléphérique sur le trajet UPS-CHU-Oncopole à Vitesse 1 et à Vitesse 2

UPS = Université Paul Sabatier | CHU = Centre Hospitalier Universitaire | ONC = Oncopole

Question 2.1 (DT6)

•

•

•

Partie 2: quelles solutions mettre en œuvre pour optimiser la consommation énergétique du téléphérique ?

La variation de la vitesse des cabines en fonction des heures d'affluence et l'optimisation du rendement du système d'entraînement principal du câble tracteur sont deux des solutions envisagées afin de réduire la consommation énergétique du téléphérique.

Pour la suite, l'étude porte sur le cas où un seul moteur actionne le système d'entraînement principal du câble tracteur par l'intermédiaire d'une poulie.

Choix du système d'entraînement principal du câble tracteur

Deux typologies de systèmes motorisés et pilotés par un variateur de vitesse ont été envisagées par le bureau d'études pour l'entraînement principal du câble tracteur:

Système d'entraînement principal 1: un moteur asynchrone associé à un réducteur de vitesse entraîne la poulie motrice.

Système d'entraînement principal 2: un moteur brushless est en prise directe avec la poulie motrice (Direct Drive).

Étude de l'influence du choix de la variation de vitesse selon des plages horaires

Le bureau d'études a choisi de mettre en place le système d'entraînement motorisé en prise directe avec la poulie motrice (Direct Drive) et de limiter la vitesse de déplacement des cabines en fonction des plages horaires:

Vitesse 1: vitesse de fonctionnement en heures normales ($v_1 = 6\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$).

Vitesse 2: vitesse de fonctionnement en heures de pointe ($v_2 = 6{,}8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$).

DT6: système d'entraînement principal du câble tracteur

Représentation schématique simplifiée du système d'entraînement principal du câble tracteur à la gare Université Paul Sabatier:

Le système d'entraînement principal du câble tracteur est composé de:

2 motorisations d'entraînement: Les moteurs M1 et/ou M2 entraînent le câble à une vitesse maximale de $7{,}5\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$ via les poulies motrices 1 et 2. Chaque moteur est dimensionné pour pouvoir entraîner seul le câble tracteur. Si le choix est fait d'utiliser les deux moteurs pour entraîner le câble tracteur, alors ils fonctionnent à puissance réduite. Le diamètre d'une poulie motrice est de $4{,}55\text{ m}$.

1 poulie de déviation permet de contrôler la tension du câble tracteur et garantir son adhérence sur les poulies motrices.

DT7: vitesse du téléphérique sur le trajet UPS-CHU-Oncopole à Vitesse 1 et à Vitesse 2

UPS = Université Paul Sabatier | CHU = Centre Hospitalier Universitaire | ONC = Oncopole

Question 2.2 (DR1): Compléter les diagrammes ibd partiels des systèmes d'entraînement principaux 1 et 2, en précisant la nature des flux d'énergies en utilisant les termes proposés.

1.

2.

3.

4.

Partie 2: quelles solutions mettre en œuvre pour optimiser la consommation énergétique du téléphérique ?

La variation de la vitesse des cabines en fonction des heures d'affluence et l'optimisation du rendement du système d'entraînement principal du câble tracteur sont deux des solutions envisagées afin de réduire la consommation énergétique du téléphérique.

Pour la suite, l'étude porte sur le cas où un seul moteur actionne le système d'entraînement principal du câble tracteur par l'intermédiaire d'une poulie.

Choix du système d'entraînement principal du câble tracteur

Deux typologies de systèmes motorisés et pilotés par un variateur de vitesse ont été envisagées par le bureau d'études pour l'entraînement principal du câble tracteur:

Système d'entraînement principal 1: un moteur asynchrone associé à un réducteur de vitesse entraîne la poulie motrice.

Système d'entraînement principal 2: un moteur brushless est en prise directe avec la poulie motrice (Direct Drive).

Étude de l'influence du choix de la variation de vitesse selon des plages horaires

Le bureau d'études a choisi de mettre en place le système d'entraînement motorisé en prise directe avec la poulie motrice (Direct Drive) et de limiter la vitesse de déplacement des cabines en fonction des plages horaires:

Vitesse 1: vitesse de fonctionnement en heures normales ($v_1 = 6\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$).

Vitesse 2: vitesse de fonctionnement en heures de pointe ($v_2 = 6{,}8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$).

DT6: système d'entraînement principal du câble tracteur

Représentation schématique simplifiée du système d'entraînement principal du câble tracteur à la gare Université Paul Sabatier:

Le système d'entraînement principal du câble tracteur est composé de:

2 motorisations d'entraînement: Les moteurs M1 et/ou M2 entraînent le câble à une vitesse maximale de $7{,}5\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$ via les poulies motrices 1 et 2. Chaque moteur est dimensionné pour pouvoir entraîner seul le câble tracteur. Si le choix est fait d'utiliser les deux moteurs pour entraîner le câble tracteur, alors ils fonctionnent à puissance réduite. Le diamètre d'une poulie motrice est de $4{,}55\text{ m}$.

1 poulie de déviation permet de contrôler la tension du câble tracteur et garantir son adhérence sur les poulies motrices.

DT7: vitesse du téléphérique sur le trajet UPS-CHU-Oncopole à Vitesse 1 et à Vitesse 2

UPS = Université Paul Sabatier | CHU = Centre Hospitalier Universitaire | ONC = Oncopole

Partie 2 - Cinématique et puissance mécanique

Question 2.4

Relever la vitesse maximale et la durée du trajet en secondes pour le fonctionnement à vitesse 2 entre les gares UPS et Oncopole.

Comparer la durée du trajet UPS-Oncopole en téléphérique à la durée du même trajet en voiture qui est de 14 minutes en temps normal.

Compléter les trois premières lignes du document réponses DR3.

m·s⁻¹

s

Question 2.5

Le document technique DT6 présente le système d'entraînement principal. Le diamètre d'une poulie motrice est de 4,55 m.

Les vitesses des cabines sont de 6 m·s⁻¹ pour V1 et de 6,8 m·s⁻¹ pour V2.

Calculer la vitesse angulaire d'une poulie motrice en rad·s⁻¹ pour la vitesse 2. Reporter la valeur sur le DR3.

rad·s⁻¹

Question 2.6

Le couple de la poulie motrice est égal à 307 kN·m quelle que soit la vitesse des cabines.

Vérifier que la puissance mécanique fournie par le moteur pour la vitesse 2 est 917,6 kW.

Partie 2: quelles solutions mettre en œuvre pour optimiser la consommation énergétique du téléphérique ?

La variation de la vitesse des cabines en fonction des heures d'affluence et l'optimisation du rendement du système d'entraînement principal du câble tracteur sont deux des solutions envisagées afin de réduire la consommation énergétique du téléphérique.

Pour la suite, l'étude porte sur le cas où un seul moteur actionne le système d'entraînement principal du câble tracteur par l'intermédiaire d'une poulie.

Choix du système d'entraînement principal du câble tracteur

Deux typologies de systèmes motorisés et pilotés par un variateur de vitesse ont été envisagées par le bureau d'études pour l'entraînement principal du câble tracteur:

Système d'entraînement principal 1: un moteur asynchrone associé à un réducteur de vitesse entraîne la poulie motrice.

Système d'entraînement principal 2: un moteur brushless est en prise directe avec la poulie motrice (Direct Drive).

Étude de l'influence du choix de la variation de vitesse selon des plages horaires

Le bureau d'études a choisi de mettre en place le système d'entraînement motorisé en prise directe avec la poulie motrice (Direct Drive) et de limiter la vitesse de déplacement des cabines en fonction des plages horaires:

Vitesse 1: vitesse de fonctionnement en heures normales ($v_1 = 6\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$).

Vitesse 2: vitesse de fonctionnement en heures de pointe ($v_2 = 6{,}8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$).

DT6: système d'entraînement principal du câble tracteur

Représentation schématique simplifiée du système d'entraînement principal du câble tracteur à la gare Université Paul Sabatier:

Le système d'entraînement principal du câble tracteur est composé de:

2 motorisations d'entraînement: Les moteurs M1 et/ou M2 entraînent le câble à une vitesse maximale de $7{,}5\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$ via les poulies motrices 1 et 2. Chaque moteur est dimensionné pour pouvoir entraîner seul le câble tracteur. Si le choix est fait d'utiliser les deux moteurs pour entraîner le câble tracteur, alors ils fonctionnent à puissance réduite. Le diamètre d'une poulie motrice est de $4{,}55\text{ m}$.

1 poulie de déviation permet de contrôler la tension du câble tracteur et garantir son adhérence sur les poulies motrices.

DT7: vitesse du téléphérique sur le trajet UPS-CHU-Oncopole à Vitesse 1 et à Vitesse 2

UPS = Université Paul Sabatier | CHU = Centre Hospitalier Universitaire | ONC = Oncopole

2.3

À partir du DR1, calculer les rendements globaux $r_1$ et $r_2$ des systèmes d'entraînement principaux 1 et 2.

En déduire le système d'entraînement principal le plus avantageux concernant l'optimisation de la consommation d'énergie.

2.7

Le rendement global variateur-moteur est de 95 % pour les deux plages horaires.

Calculer la puissance électrique consommée par le moteur en kW pour la vitesse 2 ($P_{a2}$). Reporter la valeur sur le DR3.

kW

2.8

La durée de fonctionnement à la vitesse 2 est de 2 heures par jour.

Calculer l'énergie totale consommée en une journée par le moteur en $\text{kW}\cdot\text{h}$ pour la vitesse 2 ($E_2$). Reporter la valeur sur le DR3.

kW·h

2.10

Conclure sur les moyens mis en œuvre pour réduire la consommation énergétique du système motorisé d'entraînement principal du câble tracteur, tout en gardant un service rendu satisfaisant à l'utilisateur.

Partie 2: quelles solutions mettre en œuvre pour optimiser la consommation énergétique du téléphérique ?

La variation de la vitesse des cabines en fonction des heures d'affluence et l'optimisation du rendement du système d'entraînement principal du câble tracteur sont deux des solutions envisagées afin de réduire la consommation énergétique du téléphérique.

Pour la suite, l'étude porte sur le cas où un seul moteur actionne le système d'entraînement principal du câble tracteur par l'intermédiaire d'une poulie.

Choix du système d'entraînement principal du câble tracteur

Deux typologies de systèmes motorisés et pilotés par un variateur de vitesse ont été envisagées par le bureau d'études pour l'entraînement principal du câble tracteur:

Système d'entraînement principal 1: un moteur asynchrone associé à un réducteur de vitesse entraîne la poulie motrice.

Système d'entraînement principal 2: un moteur brushless est en prise directe avec la poulie motrice (Direct Drive).

Étude de l'influence du choix de la variation de vitesse selon des plages horaires

Le bureau d'études a choisi de mettre en place le système d'entraînement motorisé en prise directe avec la poulie motrice (Direct Drive) et de limiter la vitesse de déplacement des cabines en fonction des plages horaires:

Vitesse 1: vitesse de fonctionnement en heures normales ($v_1 = 6\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$).

Vitesse 2: vitesse de fonctionnement en heures de pointe ($v_2 = 6{,}8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$).

DT6: système d'entraînement principal du câble tracteur

Représentation schématique simplifiée du système d'entraînement principal du câble tracteur à la gare Université Paul Sabatier:

Le système d'entraînement principal du câble tracteur est composé de:

2 motorisations d'entraînement: Les moteurs M1 et/ou M2 entraînent le câble à une vitesse maximale de $7{,}5\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$ via les poulies motrices 1 et 2. Chaque moteur est dimensionné pour pouvoir entraîner seul le câble tracteur. Si le choix est fait d'utiliser les deux moteurs pour entraîner le câble tracteur, alors ils fonctionnent à puissance réduite. Le diamètre d'une poulie motrice est de $4{,}55\text{ m}$.

1 poulie de déviation permet de contrôler la tension du câble tracteur et garantir son adhérence sur les poulies motrices.

DT7: vitesse du téléphérique sur le trajet UPS-CHU-Oncopole à Vitesse 1 et à Vitesse 2

UPS = Université Paul Sabatier | CHU = Centre Hospitalier Universitaire | ONC = Oncopole

Lorsque la vitesse des cabines est fixée à sa valeur maximale, l'énergie consommée en une journée par le moteur est de $19\,200\text{ kW}\cdot\text{h}$.

Lorsque le déplacement des cabines est géré en fonction des deux vitesses $V_1$ et $V_2$, l'énergie consommée en une journée par le moteur est de $15\,569\text{ kW}\cdot\text{h}$.

Question 2.9

En sachant que le prix TTC du $\text{kW}\cdot\text{h}$ est de $0{,}075\text{ €}$, calculer l'économie journalière en euros réalisée par la mise en œuvre d'une variation de vitesse des cabines. Reporter la valeur sur le DR3.

€

Partie 3: comment faciliter l'accès du Téléo aux personnes à mobilité réduite (P.M.R.) ?

Tous les moyens de transport, y compris les téléphériques, doivent être accessibles aux personnes en situation de handicap.

• Zone « parking » Oncopole:

Question 3.1

Vérifier la conformité du parking vis-à-vis des quatre exigences manquantes de la réglementation à savoir: situation, nombre, caractéristiques dimensionnelles, atteintes et usages.

DT8: extrait du plan d'aménagement du parking Oncopole

Compléter le document réponses DR4:

EXIGENCES

Critères

OUI/NON

JUSTIFICATION

Situation

Places de stationnement adaptées localisées à proximité d'une entrée

Repérage

Présence d'un marquage au sol

Oui

Indiqué sur la vue en plan

Présence d'une signalisation verticale

Oui

Indiqué sur le repérage

Nombre

2% du nombre total de places de parking

Caractéristiques dimensionnelles

Dévers inférieur ou égal à 2%

Largeur minimale des places adaptées est de 3,30m

Longueur minimale des places adaptées est de 5 m.

Atteinte et usage

Appareils d'interphonie munis d'un système permettant de visualiser le conducteur.

• Rampe d'accès nord de la gare Oncopole:

Question 3.2

Calculer la pente moyenne en % entre les profils 1N et 6N.

DT9: profil en long de la passerelle nord

%

Lorsqu'une dénivellation ne peut être évitée, un plan incliné de pente inférieure ou égale à 6 % doit être aménagé afin de la franchir.

Question 3.3

Conclure quant à la conformité de la zone « parking Oncopole » y compris la rampe d'accès nord vis-à-vis de la réglementation.

Partie 4: comment identifier une personne à distance ?

Le site comprend 280 caméras connectées au réseau informatique local.

Configuration du réseau informatique:

Le document DR2 représente de manière simplifiée le réseau de vidéoprotection limité à quatre caméras par gare.

Rappel: un masque de sous-réseau 255.255.0.0 peut aussi s'écrire « /16 ».

Identification de la personne:

Quand une cabine se présente à la gare CHU, le quai est filmé par une caméra positionnée à une distance de 6 mètres face aux portes de la cabine. Son angle de vue horizontal est de 70°.

Extrait du cahier des charges (DT1 - Diagramme d'exigences):

Besoin Opérationnel Id = "20": Identifier dans de bonnes conditions

« La vidéoprotection doit permettre l'identification des personnes dans de bonnes conditions. »

DT10: besoin en vidéoprotection

Partie 4: comment identifier une personne à distance ?

Le site comprend 280 caméras connectées au réseau informatique local.

Configuration du réseau informatique:

Le document réponses DR2 représente de manière simplifiée le réseau de vidéoprotection limité à quatre caméras par gare.

Rappel: un masque de sous réseau 255.255.0.0 peut aussi s'écrire « /16 ».

Question 4.1

Compléter le DR2 en proposant des adresses IP compatibles avec leurs masques de sous-réseau associés pour les caméras de la gare CHU.

Gare centre Hospitalier (CHU)

V_CHU01:

/

V_CHU02:

/

V_CHU03:

/

V_CHU04:

/

Question 4.2

Déterminer le nombre maximal de clients que l'on peut adresser sur ce réseau.

Valider le choix d'un masque « /16 » pour adresser l'ensemble des 280 caméras du site.

Partie 4: comment identifier une personne à distance ?

Le site comprend 280 caméras connectées au réseau informatique local.

Configuration du réseau informatique:

Le document DR2 représente de manière simplifiée le réseau de vidéoprotection limité à quatre caméras par gare.

Rappel: un masque de sous-réseau 255.255.0.0 peut aussi s'écrire « /16 ».

Identification de la personne:

Quand une cabine se présente à la gare CHU, le quai est filmé par une caméra positionnée à une distance de 6 mètres face aux portes de la cabine. Son angle de vue horizontal est de 70°.

Extrait du cahier des charges (DT1 - Diagramme d'exigences):

Besoin Opérationnel Id = "20": Identifier dans de bonnes conditions

« La vidéoprotection doit permettre l'identification des personnes dans de bonnes conditions. »

DT10: besoin en vidéoprotection

Identification de la personne:

Le schéma simplifié ci-dessous représente la zone surveillée par la caméra V_CHU01:

Quand une cabine se présente à la gare CHU, le quai est filmé par une caméra positionnée à une distance de 6 mètres face aux portes de la cabine. Son angle de vue horizontal est de 70°.

Question 4.3

À partir du schéma simplifié en vue de dessus, calculer la largeur de la zone surveillée en m.

m

La largeur de la zone surveillée est de 8,5 mètres.

Question 4.4

En sachant que la caméra a une résolution horizontale de 2 688 pixels, calculer la largeur en cm que représente 1 pixel sur l'image captée par la caméra.

cm

Question 4.5

Citer le type de besoin opérationnel imposé par le cahier des charges fonctionnel concernant la vidéoprotection (DT1, DT10).

En déduire le nombre minimum de pixels horizontaux pour filmer un visage.

pixels

La largeur d'un pixel sur l'image captée représente 0,32 cm.

Question 4.6

En considérant qu'une personne a une largeur de visage de 16 cm, justifier par un calcul et une comparaison que l'exigence sur l'identification des personnes est bien validée.

pixels

Partie 5: comment assurer le confort thermique des passagers d'une cabine ?

La cabine ne dispose pas de fenêtres ouvrantes. En cas d’arrêt prolongé en plein soleil, la température intérieure peut atteindre des valeurs difficilement supportables pour les passagers.

DT1: diagramme d'exigences partiel du téléphérique

Principe de fonctionnement de la ventilation

Le principe de la ventilation de la cabine est présenté sur le DT11. Quatre fonctionnements sont possibles:

En fonctionnement NORMAL: la cabine est en mouvement et elle se ventile naturellement grâce aux grilles d’aération hautes et basses. Sans passager, tous les ventilateurs sont arrêtés. En présence de passager(s), les ventilateurs bas (VB) fonctionnent et tout l’air est rejeté à l’arrière de la cabine du fait de son déplacement.

En fonctionnement ARRET PROLONGÉ: sans passager, tous les ventilateurs sont arrêtés. En présence de passager(s), les ventilateurs bas (VB) fonctionnent tout comme le ventilateur d’extraction (VEX) qui extrait l’air de la cabine entrant par les grilles d’aération.

En fonctionnement EXTRACTION: avec ou sans passager(s), tous les ventilateurs fonctionnent.

En fonctionnement PARKING: tous les ventilateurs sont arrêtés.

DT11: principe de la ventilation de la cabine

La ventilation passive est réalisée grâce à des grilles d’aération en bas et au plafond à l’avant et à l’arrière de la cabine. La ventilation active est réalisée par des ventilateurs situés en bas de la cabine (VB) et en toiture (VEX). Un détecteur de mouvements fixé au plafond détecte la présence de passagers (DP).

Le spoiler est un élément de carrosserie dont la forme a été étudiée pour canaliser le flux d'air. Il permet de diminuer les turbulences et d'améliorer le débit d'air.

Résultats des tests de confort thermique

Date du test: 21 juin 2022 | Température extérieure: 37,5 °C

Relevés des températures ambiantes à l'intérieur de la cabine: · Spoiler AR · Spoiler AV · Fonctionnement normal · Arrêt prolongé

Test n°1 · retiré · retiré · 38,5 °C · 44 °C

Test n°2 · en place · retiré · 38 °C · 42,7 °C

Test n°3 · retiré · en place · 38,5 °C · 42,7 °C

Test n°4 · en place · en place · 37,7 °C · 42 °C

Spoiler AR = spoiler à l'arrière de la cabine; Spoiler AV = spoiler à l'avant de la cabine

Partie 5: Confort thermique et aérodynamique de la cabine

5.1

Citer l'exigence imposée concernant le confort thermique de la cabine en fonctionnement normal et en arrêt prolongé par temps chaud (document technique DT1).

5.2

Compléter le document réponses DR5 en représentant avec des flèches les flux d'air entrant et sortant de la cabine en présence de passagers en fonctionnement NORMAL et en ARRÊT PROLONGÉ.

Exemple de référence: fonctionnement NORMAL sans passager (DR5)

Zones à compléter pour le fonctionnement NORMAL et ARRÊT PROLONGÉ avec passagers (DR5)

5.5

À partir des résultats des tests de confort thermique (DT11), montrer que seul le choix d'équiper la cabine de deux spoilers (AV et AR) permet de répondre aux exigences de confort imposées.

Partie 5: comment assurer le confort thermique des passagers d'une cabine ?

La cabine ne dispose pas de fenêtres ouvrantes. En cas d’arrêt prolongé en plein soleil, la température intérieure peut atteindre des valeurs difficilement supportables pour les passagers.

DT1: diagramme d'exigences partiel du téléphérique

Principe de fonctionnement de la ventilation

Le principe de la ventilation de la cabine est présenté sur le DT11. Quatre fonctionnements sont possibles:

En fonctionnement NORMAL: la cabine est en mouvement et elle se ventile naturellement grâce aux grilles d’aération hautes et basses. Sans passager, tous les ventilateurs sont arrêtés. En présence de passager(s), les ventilateurs bas (VB) fonctionnent et tout l’air est rejeté à l’arrière de la cabine du fait de son déplacement.

En fonctionnement ARRET PROLONGÉ: sans passager, tous les ventilateurs sont arrêtés. En présence de passager(s), les ventilateurs bas (VB) fonctionnent tout comme le ventilateur d’extraction (VEX) qui extrait l’air de la cabine entrant par les grilles d’aération.

En fonctionnement EXTRACTION: avec ou sans passager(s), tous les ventilateurs fonctionnent.

En fonctionnement PARKING: tous les ventilateurs sont arrêtés.

DT11: principe de la ventilation de la cabine

La ventilation passive est réalisée grâce à des grilles d’aération en bas et au plafond à l’avant et à l’arrière de la cabine. La ventilation active est réalisée par des ventilateurs situés en bas de la cabine (VB) et en toiture (VEX). Un détecteur de mouvements fixé au plafond détecte la présence de passagers (DP).

Le spoiler est un élément de carrosserie dont la forme a été étudiée pour canaliser le flux d'air. Il permet de diminuer les turbulences et d'améliorer le débit d'air.

Résultats des tests de confort thermique

Date du test: 21 juin 2022 | Température extérieure: 37,5 °C

Relevés des températures ambiantes à l'intérieur de la cabine: · Spoiler AR · Spoiler AV · Fonctionnement normal · Arrêt prolongé

Test n°1 · retiré · retiré · 38,5 °C · 44 °C

Test n°2 · en place · retiré · 38 °C · 42,7 °C

Test n°3 · retiré · en place · 38,5 °C · 42,7 °C

Test n°4 · en place · en place · 37,7 °C · 42 °C

Spoiler AR = spoiler à l'arrière de la cabine; Spoiler AV = spoiler à l'avant de la cabine

Question 5.3: Table de vérité de VB

Les bits B0 et B1 permettent de coder le mode de fonctionnement de la ventilation.

Un niveau logique 0 sur VB ou VEX signifie que le ventilateur est à l'arrêt.

Un niveau logique 1 sur DP signifie qu'une personne est détectée dans la cabine.

Compléter la colonne VB dans la table de vérité ci-dessous.

fonctionnement

B1

B0

DP

VB

VEX

NORMAL

0

0

0

0

0

0

0

1

0

ARRÊT PROLONGÉ

0

1

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1

1

1

EXTRACTION

1

0

0

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1

PARKING

1

1

0

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1

1

1

0

Question 5.4: Algorigramme du pilotage des ventilateurs

Compléter l'algorigramme du pilotage des ventilateurs en utilisant les termes: activer ou arrêter.

Fonctionnement NORMAL

Fonctionnement ARRÊT PROLONGÉ

Fonctionnement EXTRACTION

Fonctionnement PARKING

Mise en situation

La station UPS du téléphérique Téléo de Toulouse est constituée entre autre:

de la station proprement dite comprenant le système tracteur du téléphérique;

d'un garage atelier de maintenance nécessaire à l'entretien des cabines;

d'un local de distribution HTA (15 à 30 kV), nécessaire à l'alimentation du téléphérique;

d'un local vigie permettant la surveillance, le bon fonctionnement du téléphérique et la sécurité des usagers.

Partie A: comment assurer le confort visuel des utilisateurs du « local vigie » tout en optimisant l'efficacité énergétique de l'éclairage ?

Les obligations du code du travail permettent de s'assurer à la fois de la sécurité et du confort des utilisateurs et des salariés.

Le bureau d'études a opté pour la technologie LED de type SMD (Surface Mounting Device) code 840 utilisant des composants très fins (moins de 1 mm d'épaisseur) montés en surface d'un circuit imprimé. Les LED SMD 840 sont insérées dans quatre luminaires à diffuseur opaque.

Définitions et normes

La répartition lumineuse ou l'uniformité des niveaux d'éclairage qui caractérise les variations du niveau d'éclairement est définie comme étant le rapport entre l'éclairement minimum et l'éclairement moyen observé sur le plan utile:

$$U = \frac{E_{\text{minimum}}}{E_{\text{moyen}}}$$ Selon la norme EN 12464-1, les tâches à concentration intensive nécessitent un indice d'uniformité $U$ au moins égal à 0,6.

L'efficacité lumineuse en $\text{lm}\cdot\text{W}^{-1}$ est définie par:

$$\eta_v = \frac{\text{flux lumineux de la source } \Phi\text{ (lm)}}{\text{puissance consommée (W)}}$$ Actuellement les lampes LED ont une efficacité énergétique maximale de $100\ \text{lm}\cdot\text{W}^{-1}$.

DTS1: réglementation de l'éclairage

Code identifiant le modèle du luminaire:

IRC minimal pour assurer un certain confort: 80. IRC maximal: 100.

L'IRC est souvent indiqué sur les lampes à l'aide d'un code de trois chiffres qui combine l'IRC et la température de couleur. Seul le premier chiffre concerne l'IRC.

Code · IRC

Indice couleurs · Température de couleur

Teinte de lumière

825 · 82 à 85 · 2500K blanc orangé

827 · 82 à 85 · 2700K blanc très chaud

830 · 82 à 85 · 3000K blanc chaud

840 · 82 à 85 · 4000K lumière du jour

930 · 92 à 98 · 3000K blanc chaud

940 · 92 à 98 · 4000K lumière du jour

Éclairements règlementaires ($E_{\text{moy}}$):

Circulation, couloirs: 100 Lux

Bureaux, salles de travail, local vigie: 500 Lux

Courbe de Kruithof:

Elle décrit une zone où les niveaux d'éclairement et les températures de couleur sont considérés comme confortables. Les ambiances en fonction des zones sont les suivantes:

A: Ambiance lumineuse trop chaude

B: Zone de confort

C: Ambiance lumineuse trop froide

L'entrée dans la courbe se fait par la valeur d'éclairement souhaitée et la zone de confort. On en déduit la plage des températures de couleurs possibles.

DTS2: synthèse des résultats de la simulation de l'éclairage du local vigie

Simulation d'éclairage sur le plan utile:

Luminaires Normalit LX34 Luzerna Avant 600x600 4000K, avec LED SMD 840

Luminaire à diffuseur opaque

Hypothèses:

Hauteur pièce (m) · Hauteur montage (m) · Facteur de maintenance · Hauteur plan utile (m)

3,30 · 3,34 · 0,90 · 0,80

Indice d'uniformité:

Indice d'uniformité · $U = E_{\text{min}} / E_{\text{moy}}$

Plan utile · 0,759

Sol · 0,577

Plafond · 0,526

Liste des luminaires:

N° · Quantité · Désignation · $\Phi$ luminaire (lm) · $\Phi$ lampe LED (lm) · Puissance consommée (W)

1 · 4 · Luminaires Normalit LX34 Luzerna Avant 600x600 4000K, LED SMD 840 · 3992 · 5190 · 36,0

Total · 15968 · 20760 · 144,0

Question A.1 (DTS1)

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

Question A.2 (DTS2)

2.1

2.2

2.3

2.4

Mise en situation

La station UPS du téléphérique Téléo de Toulouse est constituée entre autre:

de la station proprement dite comprenant le système tracteur du téléphérique;

d'un garage atelier de maintenance nécessaire à l'entretien des cabines;

d'un local de distribution HTA (15 à 30 kV), nécessaire à l'alimentation du téléphérique;

d'un local vigie permettant la surveillance, le bon fonctionnement du téléphérique et la sécurité des usagers.

Partie A: comment assurer le confort visuel des utilisateurs du « local vigie » tout en optimisant l'efficacité énergétique de l'éclairage ?

Les obligations du code du travail permettent de s'assurer à la fois de la sécurité et du confort des utilisateurs et des salariés.

Le bureau d'études a opté pour la technologie LED de type SMD (Surface Mounting Device) code 840 utilisant des composants très fins (moins de 1 mm d'épaisseur) montés en surface d'un circuit imprimé. Les LED SMD 840 sont insérées dans quatre luminaires à diffuseur opaque.

Définitions et normes

La répartition lumineuse ou l'uniformité des niveaux d'éclairage qui caractérise les variations du niveau d'éclairement est définie comme étant le rapport entre l'éclairement minimum et l'éclairement moyen observé sur le plan utile:

$$U = \frac{E_{\text{minimum}}}{E_{\text{moyen}}}$$ Selon la norme EN 12464-1, les tâches à concentration intensive nécessitent un indice d'uniformité $U$ au moins égal à 0,6.

L'efficacité lumineuse en $\text{lm}\cdot\text{W}^{-1}$ est définie par:

$$\eta_v = \frac{\text{flux lumineux de la source } \Phi\text{ (lm)}}{\text{puissance consommée (W)}}$$ Actuellement les lampes LED ont une efficacité énergétique maximale de $100\ \text{lm}\cdot\text{W}^{-1}$.

DTS1: réglementation de l'éclairage

Code identifiant le modèle du luminaire:

IRC minimal pour assurer un certain confort: 80. IRC maximal: 100.

L'IRC est souvent indiqué sur les lampes à l'aide d'un code de trois chiffres qui combine l'IRC et la température de couleur. Seul le premier chiffre concerne l'IRC.

Code · IRC

Indice couleurs · Température de couleur

Teinte de lumière

825 · 82 à 85 · 2500K blanc orangé

827 · 82 à 85 · 2700K blanc très chaud

830 · 82 à 85 · 3000K blanc chaud

840 · 82 à 85 · 4000K lumière du jour

930 · 92 à 98 · 3000K blanc chaud

940 · 92 à 98 · 4000K lumière du jour

Éclairements règlementaires ($E_{\text{moy}}$):

Circulation, couloirs: 100 Lux

Bureaux, salles de travail, local vigie: 500 Lux

Courbe de Kruithof:

Elle décrit une zone où les niveaux d'éclairement et les températures de couleur sont considérés comme confortables. Les ambiances en fonction des zones sont les suivantes:

A: Ambiance lumineuse trop chaude

B: Zone de confort

C: Ambiance lumineuse trop froide

L'entrée dans la courbe se fait par la valeur d'éclairement souhaitée et la zone de confort. On en déduit la plage des températures de couleurs possibles.

DTS2: synthèse des résultats de la simulation de l'éclairage du local vigie

Simulation d'éclairage sur le plan utile:

Luminaires Normalit LX34 Luzerna Avant 600x600 4000K, avec LED SMD 840

Luminaire à diffuseur opaque

Hypothèses:

Hauteur pièce (m) · Hauteur montage (m) · Facteur de maintenance · Hauteur plan utile (m)

3,30 · 3,34 · 0,90 · 0,80

Indice d'uniformité:

Indice d'uniformité · $U = E_{\text{min}} / E_{\text{moy}}$

Plan utile · 0,759

Sol · 0,577

Plafond · 0,526

Liste des luminaires:

N° · Quantité · Désignation · $\Phi$ luminaire (lm) · $\Phi$ lampe LED (lm) · Puissance consommée (W)

1 · 4 · Luminaires Normalit LX34 Luzerna Avant 600x600 4000K, LED SMD 840 · 3992 · 5190 · 36,0

Total · 15968 · 20760 · 144,0

Questions A.3 et A.4: Efficacité énergétique de l'éclairage

L'efficacité lumineuse en $\text{lm}\cdot\text{W}^{-1}$ est définie par:$$\eta_v = \frac{\text{flux lumineux de la source }\Phi\text{ (lm)}}{\text{puissance consommée (W)}}$$

A.3

À partir des données du document technique DTS2:

A.4

Actuellement les lampes LED ont une efficacité énergétique maximale de $100\text{ lm}\cdot\text{W}^{-1}$.

%

Partie B: La performance thermique de la station UPS est-elle conforme à la réglementation ?

Le bâtiment est soumis à la RT2012, réglementation relative aux caractéristiques thermiques des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiment. La réalisation de l'étude thermique permet de s'assurer que le projet est conforme aux exigences de la réglementation thermique.

B.1

Calculer les valeurs de la résistance thermique et du coefficient de transmission thermique pour les parois donnant sur l'extérieur ainsi que pour la toiture terrasse puis reporter ces valeurs sur le tableau du DRS1.

DTS3: Formulaire calculs thermiques

Coefficient de transmission thermique: $$U = \frac{1}{R}\quad (\mathrm{W\cdot m^{-2}\cdot ^\circ C^{-1}})$$

Résistance thermique: $$R = R_{si} + R_p + R_{se}\quad (\mathrm{m^2\cdot ^\circ C\cdot W^{-1}})\quad\text{avec}\quad R_p = \sum R_i\quad\text{et}\quad R_i = \frac{e_i}{\lambda_i}$$

$e_i$: épaisseur du matériau $i$ (m); $\lambda_i$: conductivité thermique du matériau $i$ ($\mathrm{W\cdot m^{-1}\cdot ^\circ C^{-1}}$).

Les résistances thermiques des éléments de finition tels que plâtre, enduits et revêtements sont négligées mais pas les résistances superficielles.

Paroi

Matériaux

Épaisseur (cm)

Conductivité $\lambda$ ($\mathrm{W\cdot m^{-1}\cdot ^\circ C^{-1}}$)

Résistance $R_i, R_{se}, R_{si}$ ($\mathrm{m^2\cdot ^\circ C\cdot W^{-1}}$)

$U$ ($\mathrm{W\cdot m^{-2}\cdot ^\circ C^{-1}}$)

Mur extérieur

Béton armé

20

0,800

Laine minérale

14

0,038

$R_{si} + R_{se}$

$R$ ($\mathrm{m^2\cdot ^\circ C\cdot W^{-1}}$):

Toiture terrasse (plancher haut)

Béton armé

20

0,800

Laine minérale

20

0,038

$R_{si} + R_{se}$

$R$ ($\mathrm{m^2\cdot ^\circ C\cdot W^{-1}}$):

B.2

La réglementation RT2012 n'impose pas de garde-fou en ce qui concerne les coefficients de transmission thermique de chaque paroi. Toutefois, les fabricants recommandent des valeurs minimales afin d'optimiser l'atteinte des valeurs réglementaires $Bbio_{\max}$ et $Cep_{\max}$:

Paroi

Coefficient de transmission thermique $U$ ($\mathrm{W\cdot m^{-2}\cdot ^\circ C^{-1}}$)

Paroi verticale donnant sur l'extérieur

$\le 0{,}25$

Paroi horizontale au contact du sol

$\le 0{,}25$

Toiture ou combles

$\le 0{,}125$

B.3

DTS4: Résultats de la Simulation Thermique Dynamique (STD) du bâtiment Garage-Atelier:

Partie C: la structure porteuse de la station UPS garantit-elle la sécurité et le service attendus ?

La structure de la station UPS est une structure métallique dont le modèle numérique est représenté sur le DTS5. La toiture terrasse supporte une bande végétalisée de 9 m de largeur encadrée par deux zones gravillonnées de 3,53 m de largeur.

L'étude porte sur la résistance mécanique ainsi que sur la déformée d'une traverse intermédiaire constituée d'un profilé métallique de type IPE 140 (DTS7) qui supporte la toiture terrasse partiellement végétalisée. Les IPE sont espacés de 1,922 m.

DTS5: Modélisation numérique de la structure

DTS5: Coupe A-A

Question C.1

Calculer la valeur des charges permanentes en $\text{kN}\cdot\text{m}^{-1}$ dues à la bande végétalisée sur le tableau du DRS2.

Calculer les charges réparties à l'état limite ultime ELU et les reporter sur la modélisation des charges mécaniques agissant sur la traverse intermédiaire.

DRS2: Modélisation à l'ELU

Question C.2

Relever la valeur du module d'inertie plastique de flexion $W_{pl,y}$ correspondant au profilé retenu (IPE 140) et la convertir en $\text{mm}^3$.

DTS7: Caractéristiques des profilés IPE

Question C.3

Relever la valeur du moment fléchissant maximum $M_{Ed}$ subi par la traverse à l'ELU.

DTS8: Moment fléchissant à l'ELU (kN·m)

Question C.4

Calculer la valeur du moment résistant de la traverse $M_{c,Rd}$. Conclure quant à la condition de résistance.

Question C.5

Le coefficient de sécurité de conception $s$ est défini par: $s = \frac{\text{charge à l'ELU}}{\text{charge à l'ELS}}$.

La marge de sécurité $m$ désigne la proportion de charge de conception qui excède la charge spécifiée. Dans le domaine de la construction métallique cette marge est généralement proche de $50\,\%: m = s - 1$.

Calculer la valeur du coefficient de sécurité $s$ au droit de l'appui A. En déduire la valeur de la marge de sécurité $m$.

Conclure en comparant cette valeur à l'attendu en construction métallique.

Question C.6

Relever la valeur de la flèche maximale $f_{\max}$ en mm obtenue à l'ELS.

DTS8: Flèche à l'ELS (mm)

Question C.7

La flèche limite retenue par le bureau d'études pour respecter un bon écoulement de l'eau de pluie $f_{\text{limite}}$ est 17 mm.

Conclure quant à la conformité de la solution validée par le bureau d'études d'un point de vue de la résistance, de la sécurité et de la déformation (flèche).