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

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: 15 450 MWh·an -1;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol d'un poste de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 1: Le parc photovoltaïque flottant permet-il de réduire l'impact environnemental ?

Dans cette première partie, il s'agit de quantifier la diminution de production de $\mathrm{CO_2}$ induite par les panneaux photovoltaïques par rapport aux autres moyens de production d'électricité.

Il faudra aussi justifier le choix d'un parc flottant par rapport à un parc photovoltaïque au sol.

Question 1.1

À partir du document DT1 ci-dessous, citer les énergies émettrices de $\mathrm{CO_2}$ qui participent à la production d'électricité en France.

Filière

2021 (%)

Impact $\mathrm{CO_2}$ (Tonne de $\mathrm{CO_2\,eq\,/\,MWh}$)

Charbon · 0,7 % · 0,986

Bioénergie · 1,9 % · 0

Fioul · 0,4 % · 0,777

Gaz · 6,3 % · 0,429

Solaire · 2,7 % · 0

Éolien · 7 % · 0

Hydraulique · 12 % · 0

Nucléaire · 69 % · 0

Question 1.2

Compléter le tableau (DR1) pour les deux autres filières qui émettent du $\mathrm{CO_2}$ pour une production annuelle $P = 15\,450\text{ MWh}$. Calculer la masse totale de $\mathrm{CO_2\,eq}$ générée en un an par ces filières carbonées, puis déduire la masse de $\mathrm{CO_2}$ que la centrale photovoltaïque permet de ne pas émettre en un an.

P: Production annuelle

Filière émettrice

Proportion (%)

W: Énergie produite (MWh/an)

M: Émission annuelle (t $\mathrm{CO_2\,eq}$)

15 450 MWh

Gaz

6,3 %

973,35

417,56

%

%

Masse totale de $\mathrm{CO_2}$ évitée en un an (tonnes de $\mathrm{CO_2\,eq}$):

Question 1.3

Le cahier des charges (DT3 ci-dessous) prévoyait un recouvrement partiel de la surface du lac pour préserver le biotope aquatique (exigence Id = "25": « Occuper moins de 50 % de la surface totale du plan d'eau »). La surface totale des deux îlots est de $12\text{ ha}$ et le plan d'eau a une surface de $27{,}6\text{ ha}$.

Calculer la proportion en % de la surface du plan d'eau recouverte par le parc photovoltaïque.

%

Vérifier le respect de cette valeur par rapport aux exigences attendues et argumenter ce résultat:

Question 1.4

Comparaison entre une centrale terrestre et une centrale flottante (DT2: centrale au sol de Cintegabelle — surface occupée: $7{,}19\text{ ha}$, production: $6\,700\text{ MWh}$). Pour une production électrique équivalente ($15\,450\text{ MWh}$), compléter le tableau DR2 et déterminer la surface cultivable épargnée en ayant construit le parc sur le plan d'eau plutôt que sur le sol.

Grandeur

Parc photovoltaïque au sol de Cintegabelle

Parc photovoltaïque flottant de Saint-Élix

Surface occupée par le parc (ha)

12 ha

Production annuelle du parc (MWh)

15 450

Surface de terres cultivables utilisées pour produire 15 450 MWh (ha)

ha

Question 1.6

Argumenter le fait qu'un parc photovoltaïque flottant permet (ou non) de réduire les impacts environnementaux par rapport aux autres moyens de production d'électricité.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: 15 450 MWh·an -1;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol d'un poste de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Une évaluation des impacts peut être réalisée, le DR3 propose des critères d'évaluations à étudier.

Question 1.5: Sur DR3, noter pour chaque critère dans les cases grisées (favorable +, nuisible - ou neutre 0) et compléter le commentaire pour le critère « occupation des surfaces cultivables » en fonction des résultats de la question 1.4.

Document réponses DR3: critères d'évaluation

Critères

Parc photovoltaïque flottant

Parc au sol

Commentaires

Influence de la température ambiante sur la production

L'eau permet une diminution des températures de fonctionnement, ceci permet un gain de production pour les parcs installés sur l'eau.

Occupation des surfaces cultivables

Impact sur la faune et la flore

Quel que soit le parc, flottant ou au sol, les nuisances apportées à la faune et à la flore sont limitées. Des mesures compensatoires aux quelques impacts générés sont imposés aux abords des installations (mise en place de nichoirs, plantation de haies).

Impact visuel

+

-

Le parc flottant ne doit pas dépasser la surface de l'eau de plus de 44 cm, ceci lui permet d'être discret et peu visible.

Le parc au sol est visible car les panneaux sont inclinés à 30° et plus grands que ceux utilisés pour les parcs flottants. L'impact visuel est important.

Maintenance de l'installation

La maintenance d'un parc au sol est facile à réaliser car l'accès au parc est peu contraint. Pour les parcs flottants, l'accès au système se fait sur des passerelles flottantes et en milieu humide, ceci complique les opérations de maintenance.

Déterminer le parc le moins impactant. Justifier.

Parc photovoltaïque flottant

Parc au sol

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: 15 450 MWh·an -1;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol d'un poste de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 2: comment optimiser la production d'énergie électrique dans l'espace disponible du plan d'eau ?

Le client annonce que la centrale a une puissance totale installée de 13 000 kWc. Le nombre de panneaux installés est inchangé (34 000 panneaux).

Question 2.1

Calculer la puissance crête installée $P_c$ [MWc] réelle sachant que la référence des panneaux est SPR-Max3-425 (DT5).

Question 2.2

Estimer la puissance crête minimale $P_{c25}$ [MWc] garantie par le constructeur des panneaux au bout de 25 ans (DT3, DT4, DT5). Vérifier la conformité au cahier des charges.

Une simulation de production avec le logiciel PVGIS est envisagée pour une rangée de 20 panneaux de référence SPR-Max3-425 avec une inclinaison de 11° et un azimut de 15°.

Question 2.5

DR5: paramétrage du logiciel PVGIS

Cocher les paramètres à configurer pour les deux premières lignes et saisir les valeurs pour les trois dernières lignes.

Paramètre

Options / Valeur

Technologie d'un panneau

Silicium monocristallin ?

CIS (Cuivre Indium et Sélénium) ?

Cdte (Tellurure de Cadmium) ?

Position de montage

À l'air libre ?

Intégré au bâtiment ?

Puissance crête (kWc)

Inclinaison (°)

Azimut (°)

Les panneaux sont positionnés de la manière suivante:

Questions 2.6 et 2.7

Question 2.6: À partir du résultat de la simulation du DT8, relever l'énergie électrique totale produite $E_{an}$ [kWh] par une rangée de 20 panneaux sur un an et compléter le DR6.

Question 2.7: Calculer, pour la rangée de 20 panneaux, le ratio énergétique $RA$ [$\mathrm{kWh\cdot m^{-1}}$] de la production électrique fournie $E_{an}$ par rapport à la distance $Dp$ [m] séparant deux rangées pour chaque situation ($RA = E_{an} / Dp$). Compléter les 3 cases du DR6.

Angle d'inclinaison $\alpha$ (°)

11

22

35

Distance Dp (m) entre deux panneaux

1,58 (noté 158)

2,05 (noté 205)

2,51 (noté 251)

Énergie électrique produite $E_{an}$ (kWh)

12 673

13 053

Ratio RA ($\mathrm{kWh\cdot m^{-1}}$) = $E_{an} / Dp$

Question 2.8

Conclure sur les paramètres influents permettant d'optimiser la production d'énergie électrique injectée au réseau public de distribution.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: 15 450 MWh·an -1;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol d'un poste de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 2: comment optimiser la production d'énergie électrique dans l'espace disponible du plan d'eau ?

L'objectif est de caractériser les flux principaux d'énergie de la centrale.

Question 2.3

Le diagramme de blocs internes du DR4 montre l'orientation du flux de l'énergie permettant d'alimenter les auxiliaires la nuit. Représenter par des flèches, l'orientation du flux d'énergie électrique le jour.

Question 2.4

Placer sur le diagramme de blocs internes (zones grisées), les identifiants des flux:

énergie électrique: AC HTA;

énergie électrique: DC BT;

énergie électrique: AC BT.

Justifier le rôle d'un onduleur.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: 15 450 MWh·an -1;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol d'un poste de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 3: comment maintenir des modules photovoltaïques en surface d'un plan d'eau en toute sécurité et en minimisant les impacts environnementaux ?

L'objectif de cette partie est d'identifier les impacts environnementaux possibles et de vérifier les conditions de flottaison.

L'installation des panneaux sur le plan d'eau a été réalisée en mettant en œuvre un système de flotteurs, mais d'autres solutions auraient pu être envisagées. Le document technique DT9 présente quelques autres solutions.

DT9: solutions d'installation de panneaux en surface du plan d'eau

Question 3.1: Compléter le DR7 en précisant le nom des parties manquantes sur l'IBD partiel des solutions 2 et 3.

DR7: diagramme de bloc interne partiel des différentes solutions de maintien de panneaux en surface

Solution n°1: Centrale sur flotteurs (référence, complète)

Solution n°2: Centrale sur pilotis

Solution n°3: Centrale suspendue

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: 15 450 MWh·an -1;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol d'un poste de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 3 - Calculs géométriques des surfaces de masque et d'appui

Question 3.2

Calculer, à partir du DT10, la surface totale $S$ en $\text{m}^2$ délimitée par le rectangle.

Les surfaces hachurées $S_1$ et $S_2$ sont les surfaces qui laissent passer le rayonnement solaire. $S_m$ représente la surface qui empêche le rayonnement solaire de parvenir jusqu'à la surface de l'eau.

Déterminer la surface de masque $S_m$ en $\text{m}^2$ de l'ensemble « panneau + flotteurs » sachant que:

$S_1 = 63\,248\text{ mm}^2$

$S_2 = 35\,140\text{ mm}^2$

Sachant qu'il y a $34\,000$ panneaux, en déduire la surface de masque totale $S_{mt}$ de la centrale.

Question 3.4

Le module SPR-Max3-425 repose sur un flotteur dont la forme est précisée ci-dessous:

Calculer la surface $S_a$ [$\text{m}^2$] d'appui du flotteur sur l'eau (surface grisée).

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: 15 450 MWh·an -1;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol d'un poste de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Les facteurs qui favorisent l'évaporation de l'eau sont:

la valeur de la surface exposée;

le type de matériau;

la présence ou non de vent;

la valeur de l'humidité de l'air (l'évaporation est plus facile dans un milieu sec qu'humide);

un apport de chaleur.

Question 3.3

Justifier en quoi la centrale limite l'évaporation de l'étendue d'eau.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: 15 450 MWh·an -1;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol d'un poste de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

L'ensemble constitué du flotteur, d'un panneau et de la structure d'accrochage a une masse totale de 34,4 kg.

L'ensemble est en équilibre sur l'eau, ce qui signifie que son poids est compensé par la poussée de l'eau.

Cela se traduit par:

$$F_{\text{eau/flotteur}} = \text{Poids} = \rho \times S_1 \times h_i \times g \quad \text{en unité S.I.}$$

$\rho =$ masse volumique de l'eau, $1\,000\text{ kg}\cdot\text{m}^{-3}$

$$h_i =$$ hauteur d'immersion du flotteur

$$g =$$ accélération de la pesanteur: $9{,}81\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}$

Question 3.5

Calculer la hauteur d'immersion $h_i$ (mm) de l'ensemble avec $S_a = 1{,}60\text{ m}^2$.

Question 3.6

La structure reste-elle en surface du plan d'eau ? Justifier.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: 15 450 MWh·an -1;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol d'un poste de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 4: comment stabiliser la position de la centrale sur le lac ?

L'objectif est de vérifier que la centrale sera maintenue dans une position respectant les contraintes environnementales (20 m minimum des bords du lac) quelles que soient les conditions météorologiques (niveau d'eau, vent,...).

Le maître d'ouvrage envisage de mettre en place des filins ancrés dans les sables des berges par une technique de pieux vissés « Techno Pieux » qui permettront de stabiliser chacun des deux îlots.

Il s'avère que les sollicitations liées au vent sont les plus problématiques pour le maintien de la position de la centrale.

Détermination des efforts liés au vent

Pour limiter la complexité de l'étude, les calculs ne seront réalisés que selon la direction des vents dominants du site: la direction Nord-Ouest. De plus, seul l'îlot principal Sud sera considéré.

La station météo la plus proche de Saint-Élix le Château se situe à Palaminy. Ce sont donc les données de cette station qui serviront pour le dimensionnement de la structure.

Document technique DT11: fiche climatologique – station de Palaminy

Question 4.1

Indiquer la valeur maximale de vent en rafale relevé à Palaminy.

Document technique DT12: forces exercées sur la structure en fonction du vent

Question 4.2

Déterminer l'effort maximal du vent (noté $F_v$) exercé horizontalement selon la direction Nord-Ouest à partir de la courbe du document technique.

Détermination de la résistance des Techno Pieux

L'ancrage du système de retenue du parc flottant sur les berges est prévu au moyen de pieux vissés de type Techno Pieux (technique présentée dans le document technique 13).

Document technique DT13: les Techno Pieux

Qu'est-ce qu'un Techno Pieu:

Le pieu vissé de marque « Techno Pieux » agit comme une grande vis qui est installée dans le sol par une machine spéciale, jusqu'à atteindre un sol permettant d'obtenir la capacité portante voulue suivant la structure. Plusieurs dimensions de pieux et d'hélices ont été ainsi conçues dans le but d'assurer que chaque projet profite d'un maximum de support.

La solution Techno Pieu permet de réaliser des fondations avec une machine de faible gabarit, dans une grande diversité de sol. Ces fondations faciles à mettre en œuvre sont également faciles à démanteler, puisque seulement vissées dans le sol. Il s'agit de fondation éco-responsable ne laissant qu'une faible trace lors de la démolition des ouvrages.

Le dimensionnement des Techno Pieux se fait classiquement à partir d'un tableau de corrélation entre le couple de rotation lors de la mise en place des pieux et la résistance aux efforts de portance et d'arrachement des pieux.

Remarque: Les valeurs des capacités incluent un facteur de sécurité supérieur ou égal à 2 contre la rupture, ce qui permet de limiter le déplacement total à +/- 10 mm sous la charge en service (ELS).

Question 4.3

Le pieu d'essai (de type L5K-200) réalisé en préalable au chantier a conduit à un couple de rotation moyen au sein de la couche d'ancrage de $6\,700\text{ N}\cdot\text{m}$.

Justifier le choix de prendre la valeur de $6\,404\text{ N}\cdot\text{m}$ dans le tableau de corrélation du document technique.

Question 4.4

Relever, dans le tableau de corrélation fourni par l'entreprise Techno Pieux, la résistance d'un Techno Pieu L5K-200 à l'arrachement (en tension) qui sera noté $T_{\text{A L5K}}$.

Les Techno Pieux seront mis en œuvre sur les berges avec une inclinaison de $12^\circ$ par rapport à l'horizontale (selon le schéma ci-dessous). La résistance à l'arrachement mobilisable horizontalement $T_{\text{H L5K}}$ pour chacun des pieux dans cette configuration sera alors de: $T_{\text{A L5K}} \times \cos 12^\circ$.

Question 4.5

Calculer l'effort à l'arrachement mobilisable horizontalement (noté $T_{\text{H L5K}}$) pour un Techno Pieux L5K-200.

Déterminer le nombre de Techno Pieux nécessaire pour reprendre les efforts horizontaux liés au vent $F_v$.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: 15 450 MWh·an -1;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol d'un poste de transformation est d'environ 15 m².

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 5: comment structurer le réseau de communication ?

Quelques équipements sont installés en réseau dans le but de mesurer et de transmettre des informations pour la bonne gestion de la centrale.

Le schéma partiel ci-dessous présente le principe et quelques clients connectés (caméras et station météo).

Question 5.1

DT7: Identifier la nature du flux transmis au logiciel distant SCADA.

Question 5.2

Proposer une adresse IP pour la caméra 2.

Question 5.3

Déterminer le nombre de clients connectés au réseau LAN. Identifier et justifier les deux types de réseau.

Mise en situation

Dans le projet de la ferme photovoltaïque « Le Vignoble », il est prévu l'installation d'un bâtiment destiné à promouvoir le photovoltaïque flottant. L'exploitant du parc a décidé d'installer ce bâtiment sur les berges du plan d'eau où seront implantés les panneaux flottants. Ce bâtiment aura pour fonction:

d'abriter le matériel de maintenance du parc flottant (flotteurs de rechange, zodiac …);

d'accueillir le poste de contrôle et de pilotage du parc photovoltaïque;

de proposer un hall d'exposition. Cette zone qui représentera la plus grande surface du bâtiment pourra également être utilisée comme salle de conférence.

Localisation du site « Le Vignoble »

Le bâtiment sera constitué de 8 éléments modulaires répartis comme suit:

partie hall d'exposition (74 m² pour 3 m de hauteur): 4 modules de type A (4,36 x 3,00 m) + 2 modules de type B (4,36 x 2,48 m);

partie bureau / atelier-stockage (36 m² pour 3 m de hauteur): 2 modules de type C (7,36 x 2,48 m).

Les planchers des modules sont autoportants ce qui permet de limiter les terrassements et surfaces d'appui. Il subsistera un vide sous les planchers en contact direct avec l'extérieur, similaire à un vide sanitaire ventilé.

Les planchers des modules sont autoportants, ce qui permet de limiter les terrassements et surfaces d'appui. Il subsistera un vide sous les planchers en contact direct avec l'extérieur, similaire à un vide sanitaire ventilé.

Partie A: comment assurer la bonne mise en place des modules sur ce site ?

L'étude porte sur la livraison des éléments modulaires et plus particulièrement sur le choix de la grue mobile pour les décharger et les mettre en place. Il faut dans un premier temps déterminer le poids des modules de type C, les plus gros éléments.

A.1

Compléter la ligne propre au « VIROC » pour un module de type C (7,36 x 2,48 m) dans le tableau de descente de charges du DRS1 (document DTS1).

Niveau · Désignation des ouvrages · Longueur L [m] · Largeur l [m] · Hauteur H [m] · Masse volumique [kg·m⁻³] · Masse totale [kg]

N1 (toiture) · Complexe: bac acier, isolant thermique et acoustique · · 464

N2 (parois verticales) · Panneau sandwich et bardage · · 2 332

N3 (plancher Viroc carrelée) · Viroc - épaisseur 22 mm

· Reste du complexe du plancher · · 1 578

Total: · —

Quel que soit le résultat trouvé, la masse des modules de type C sera prise égale à 5 tonnes dans la suite de l'étude.

Pour des raisons de stabilité, et compte tenu de la présence d'un talus, la grue mobile ne pourra pas se rapprocher à moins de 26 m de l'emplacement définitif du bungalow le plus excentré (position donnée sur le plan de masse précédent). De plus, l'appareillage de levage impose que la hauteur du crochet de la grue atteigne au moins 14 m tout en portant la charge du bungalow.

A.2

Relever la capacité de levage de la grue pour les caractéristiques de ce chantier (document DTS3):

tonnes

A.3

Conclure sur la pertinence du choix de la grue Liebherr LTM 1060-3.1. Proposer une solution qui serait plus adaptée.

Mise en situation

Dans le projet de la ferme photovoltaïque « Le Vignoble », il est prévu l'installation d'un bâtiment destiné à promouvoir le photovoltaïque flottant. L'exploitant du parc a décidé d'installer ce bâtiment sur les berges du plan d'eau où seront implantés les panneaux flottants. Ce bâtiment aura pour fonction:

d'abriter le matériel de maintenance du parc flottant (flotteurs de rechange, zodiac …);

d'accueillir le poste de contrôle et de pilotage du parc photovoltaïque;

de proposer un hall d'exposition. Cette zone qui représentera la plus grande surface du bâtiment pourra également être utilisée comme salle de conférence.

Localisation du site « Le Vignoble »

Le bâtiment sera constitué de 8 éléments modulaires répartis comme suit:

partie hall d'exposition (74 m² pour 3 m de hauteur): 4 modules de type A (4,36 x 3,00 m) + 2 modules de type B (4,36 x 2,48 m);

partie bureau / atelier-stockage (36 m² pour 3 m de hauteur): 2 modules de type C (7,36 x 2,48 m).

Les planchers des modules sont autoportants ce qui permet de limiter les terrassements et surfaces d'appui. Il subsistera un vide sous les planchers en contact direct avec l'extérieur, similaire à un vide sanitaire ventilé.

Partie B: les fondations envisagées sont-elles adaptées au sol support des bungalows ?

Les fondations envisagées sont des plots en béton coulés en place sur lesquels viennent s'ancrer les platines des structures modulaires. L'étude se limitera à l'appui A16 (voir le DRS3), l'appui de l'angle Sud du bâtiment.

B.1

Représenter la zone d'influence cotée de cet appui sur le schéma de détail des bungalows du DRS3 (ci-dessous). Calculer cette surface d'influence.

Les charges variables à considérer sont: les charges d'exploitations pour une zone d'atelier et de stockage; les charges de neige $S = \mu_1\cdot C_e\cdot C_t\cdot S_k$ à calculer selon l'Eurocode 1 dans le cas de neige non exceptionnelle, zone A2, et altitude 227 m.

B.2

Déterminer la charge surfacique S en kN·m⁻² de la neige à prendre en compte sur la toiture. Calculer et reporter sur le DRS2 le poids de neige repris uniquement par le poteau A16.

B.3

Compléter dans le tableau de descente de charges du DRS2, les charges d'exploitation du plancher bas de l'atelier qui s'appliquent sur l'appui A16.

La combinaison de charge aux ELS est: $N_{ELS} = G + Q + 0{,}7\cdot S$.

B.4

Calculer le poids $N_{ELS}$ transmis à la fondation par la platine A16.

La contrainte (ou pression) transmise par la fondation est donnée par $p_{ELS} = N_{ELS} / Section$.

B.5

Calculer la contrainte $p_{ELS}$ transmise au sol par la fondation en béton de section $S = 0{,}4\times 0{,}4$ m (le poids de béton de fondation sera négligé) ancrée à 1,00 m de profondeur.

Le géotechnicien a réalisé un sondage pressiométrique au droit de la future construction modulaire. L'Eurocode 7 propose de retenir la contrainte admissible du sol $q_{v;k}$ à partir des essais pressiométriques selon la formule $q_{v;k} = \dfrac{K_p \cdot P_l}{\gamma_{R;d;v}\cdot \gamma_{R;v}}$, avec $K_p = 1$, $\gamma_{R;d;v} = 1{,}2$, $\gamma_{R;v} = 2{,}3$ à l'ELS.

B.6

À partir de la fiche de sondage présentée en DTS6, calculer la contrainte admissible du sol $q_{v;k}$ et la comparer au résultat de la question B.4 (ou B.5). Conclure et proposer sans calcul une solution adaptée si nécessaire.

Mise en situation

Dans le projet de la ferme photovoltaïque « Le Vignoble », il est prévu l'installation d'un bâtiment destiné à promouvoir le photovoltaïque flottant. L'exploitant du parc a décidé d'installer ce bâtiment sur les berges du plan d'eau où seront implantés les panneaux flottants. Ce bâtiment aura pour fonction:

d'abriter le matériel de maintenance du parc flottant (flotteurs de rechange, zodiac …);

d'accueillir le poste de contrôle et de pilotage du parc photovoltaïque;

de proposer un hall d'exposition. Cette zone qui représentera la plus grande surface du bâtiment pourra également être utilisée comme salle de conférence.

Localisation du site « Le Vignoble »

Le bâtiment sera constitué de 8 éléments modulaires répartis comme suit:

partie hall d'exposition (74 m² pour 3 m de hauteur): 4 modules de type A (4,36 x 3,00 m) + 2 modules de type B (4,36 x 2,48 m);

partie bureau / atelier-stockage (36 m² pour 3 m de hauteur): 2 modules de type C (7,36 x 2,48 m).

Les planchers des modules sont autoportants ce qui permet de limiter les terrassements et surfaces d'appui. Il subsistera un vide sous les planchers en contact direct avec l'extérieur, similaire à un vide sanitaire ventilé.

Partie C: comment optimiser les pannes de la toiture ?

Les modules sont composés des éléments de structure comme présentés sur le schéma suivant:

Pour les modules B et C la portée des pannes est de 2,48 m, l'entreprise voudrait vérifier que les pannes peuvent être constituées par des barres de 80 mm x 50 mm x 5 mm.

Données sur les pannes des modules B et C:

charges reprises par les pannes (charges liées au poids propre de la couverture, aux charges d'exploitations et climatiques): $q_{\text{ELS}} = 5{,}4\text{ kN}\cdot\text{m}^{-1}$ et $q_{\text{ELU}} = 7{,}8\text{ kN}\cdot\text{m}^{-1}$;

module d'Young de l'acier: $E_{\text{acier}} = 210\,000\text{ MPa}$;

nuance d'acier: S275 - Résistance élastique: $R_e = 275\text{ MPa}$;

moment quadratique: $I_{Gz} = 990\,000\text{ mm}^4 = 9{,}9\cdot 10^{-7}\text{ m}^4$.

Document technique DTS7: formulaire de RDM

Pour le dimensionnement en contrainte, il convient de réaliser les calculs aux ELU, ici avec la charge $q_{\text{ELU}} = 7{,}8\text{ kN}\cdot\text{m}^{-1}$.

Question C.1

Calculer le moment fléchissant maximal de la panne aux ELU en utilisant le formulaire de RDM.

La contrainte normale dans une poutre dépend du moment qu'elle subit. La formule de la contrainte normale est: $\sigma = \frac{M_f}{I_{Gz}} \cdot y$, où $y$ est la distance entre le point où l'on calcule la contrainte et l'axe neutre de la poutre.

Question C.2

Déterminer la contrainte normale maximale $\sigma$ aux ELU à laquelle est soumise la panne.

Conclure sur son dimensionnement.

Le calcul de la flèche se fait aux ELS. La charge considérée est $q_{\text{ELS}} = 5{,}4\text{ kN}\cdot\text{m}^{-1}$.

Question C.3

Calculer la flèche maximale aux ELS de la panne courante à partir du formulaire de RDM.

Le cahier des charges impose que la flèche de la poutre n'excède pas 0,5% de sa longueur.

Question C.4

Calculer cette flèche maximale admissible et la comparer à la valeur calculée. Conclure.

Mise en situation

Dans le projet de la ferme photovoltaïque « Le Vignoble », il est prévu l'installation d'un bâtiment destiné à promouvoir le photovoltaïque flottant. L'exploitant du parc a décidé d'installer ce bâtiment sur les berges du plan d'eau où seront implantés les panneaux flottants. Ce bâtiment aura pour fonction:

d'abriter le matériel de maintenance du parc flottant (flotteurs de rechange, zodiac …);

d'accueillir le poste de contrôle et de pilotage du parc photovoltaïque;

de proposer un hall d'exposition. Cette zone qui représentera la plus grande surface du bâtiment pourra également être utilisée comme salle de conférence.

Localisation du site « Le Vignoble »

Le bâtiment sera constitué de 8 éléments modulaires répartis comme suit:

partie hall d'exposition (74 m² pour 3 m de hauteur): 4 modules de type A (4,36 x 3,00 m) + 2 modules de type B (4,36 x 2,48 m);

partie bureau / atelier-stockage (36 m² pour 3 m de hauteur): 2 modules de type C (7,36 x 2,48 m).

Les planchers des modules sont autoportants ce qui permet de limiter les terrassements et surfaces d'appui. Il subsistera un vide sous les planchers en contact direct avec l'extérieur, similaire à un vide sanitaire ventilé.

Partie D: l'isolation thermique du plancher prévue est-elle satisfaisante ?

Les planchers des bungalows ne sont pas en contact avec le sol, ce qui peut engendrer une sensation de froid venant du bas. Pour limiter ce risque, le client souhaite avoir une résistance thermique du plancher minimum de $R = 4\text{ m}^2\cdot\text{K}\cdot\text{W}^{-1}$.

Les planchers sont constitués de panneaux Viroc de $22\text{ mm}$ posés directement sur les solives. Ces panneaux sont recouverts par un carrelage. Le plancher est isolé en sous-face au moyen de blocs de polystyrène JACKODUR KF 300 Standard de $160\text{ mm}$ d'épaisseur. La partie courante du plancher peut être représentée selon le schéma ci-dessous:

Document technique DTS1: caractéristiques techniques des matériaux

Extrait du dossier technique d'application des panneaux VIROC de la société VIROC Portugal INTERNATIONAL

1.7 Caractéristiques mécaniques

Panneau VIROC (aggloméré de bois-ciment)

1.8 Autres caractéristiques

Réaction au feu: B-s1,d0 – Combustible, mais non inflammable

Conductivité thermique: $\lambda = 0{,}22\text{ W}/(\text{m}\cdot\text{K})$

Humidité: En sortie d'usine: $6\text{ à }12\,\%$

Extrait de la fiche technique des isolants de la gamme JACKODUR® de la société JACKON Insulation GmbH.

Document technique DTS2: résistances thermiques superficielles

Question D.1

Calculer la valeur de la résistance thermique $R_{\text{viroc}}$ des panneaux.

Question D.2

Relever les valeurs de la résistance thermique $R_D$ du polystyrène JACKODUR KF 300 – $160\text{mm}$, de $R_{si}$ et de $R_{se}$.

Calculer $R_{\text{global}}$, la résistance thermique globale du plancher bas.

Question D.3

Conclure au regard des exigences du client.