Sujet du Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable 2025 · Métropole remplacement - Systèmes d'Information et Numérique (SIN)

Mise en situation

Un système d'assainissement collecte les eaux usées chez les particuliers en limite de propriété. Il achemine les effluents (eaux usées) vers la Station de Traitement des Eaux Usées (STEU) qui les traite avant de les rejeter dans le milieu naturel.

Cycle de l'assainissement →

Le Grand LYON gère, sur les 59 communes de la métropole, l'ensemble du cycle de l'eau urbaine et plus particulièrement le traitement des eaux usées.

En 2011 la STEU AQUALYON « Feyssine » a été mise en service dans la périphérie de Lyon. Cette STEU a pour objectif de délester celle de Saint-Fons afin de garantir la conformité vis-à-vis de la directive européenne sur les « Eaux Résiduaires Urbaines » (ERU).

Les STEU, par leur process, créent un déchet ultime appelé « boue ». Cette dernière a un impact majeur sur l'environnement par son traitement. La STEU de la Feyssine, dans un souci d'éco-performance, réduit la quantité de boues à l'aide d'une unité de méthanisation. Cette unité permet de valoriser le déchet en énergie et donc de réduire l'impact environnemental de l'usine.

Dans cette partie commune, l'étude porte sur les performances de l'unité de méthanisation.

Travail demandé

Partie 1: comment la station de la Feyssine permet de répondre aux besoins de la métropole ?

Pour permettre le développement d'un territoire et être conforme, il faut que le système de traitement des eaux ne soit pas saturé.

La population du Grand Lyon est passée de 1 070 000 habitants en 2011 à 1 170 000 habitants en 2021.

Partie 1: comment la station de la Feyssine permet de répondre aux besoins de la métropole ?

Pour permettre le développement d'un territoire et être conforme, il faut que le système de traitement des eaux ne soit pas saturé.

La population du Grand Lyon est passée de 1 070 000 habitants en 2011 à 1 170 000 habitants en 2021.

DT1: évolution de la charge entrante de la STEU de Saint Fons en DBO5

La DBO5 est un indicateur de quantification de la pollution. Une STEU est dimensionnée pour une quantité maximale de pollution appelée charge nominale. Si cette charge est dépassée la station ne peut plus traiter les effluents.

Question 1.1

Donner l'état de saturation de la station de Saint-Fons avant 2011.

Expliquer pourquoi il était nécessaire de mettre en service une nouvelle STEU.

DT2: diagramme d'exigences partiel de la STEU de la Feyssine

DT3: plan de situation de la STEU de la Feyssine

Question 1.2

Justifier que les caractéristiques du terrain du site de la Feyssine permettent de répondre aux exigences d'implantation d'une STEU.

Mise en situation

Un système d'assainissement collecte les eaux usées chez les particuliers en limite de propriété. Il achemine les effluents (eaux usées) vers la Station de Traitement des Eaux Usées (STEU) qui les traite avant de les rejeter dans le milieu naturel.

Cycle de l'assainissement →

Le Grand LYON gère, sur les 59 communes de la métropole, l'ensemble du cycle de l'eau urbaine et plus particulièrement le traitement des eaux usées.

En 2011 la STEU AQUALYON « Feyssine » a été mise en service dans la périphérie de Lyon. Cette STEU a pour objectif de délester celle de Saint-Fons afin de garantir la conformité vis-à-vis de la directive européenne sur les « Eaux Résiduaires Urbaines » (ERU).

Les STEU, par leur process, créent un déchet ultime appelé « boue ». Cette dernière a un impact majeur sur l'environnement par son traitement. La STEU de la Feyssine, dans un souci d'éco-performance, réduit la quantité de boues à l'aide d'une unité de méthanisation. Cette unité permet de valoriser le déchet en énergie et donc de réduire l'impact environnemental de l'usine.

Dans cette partie commune, l'étude porte sur les performances de l'unité de méthanisation.

Travail demandé

Partie 1: comment la station de la Feyssine permet de répondre aux besoins de la métropole ?

Pour permettre le développement d'un territoire et être conforme, il faut que le système de traitement des eaux ne soit pas saturé.

La population du Grand Lyon est passée de 1 070 000 habitants en 2011 à 1 170 000 habitants en 2021.

La STEU de la Feyssine a une capacité de 300 000 Équivalent Habitant. Elle élimine 17 100 kg de DBO5.

DT4: données de dimensionnement des STEU en fonction du type de traitement et de la capacité

Question 1.3

Calculer les éléments manquants sur le document-réponse DR1.

Capacité de la station de la Feyssine: 300 000 Équivalent Habitant (EqHab)

Capacité d'élimination de la pollution: 17 100 kgDBO5 éliminé

Donnée / Unité

Types de traitement

Filtre plantée de Roseaux

Boue Activée aération prolongée

Biofiltre

Surface

m²

318 000

75 000

Énergie consommée

kW·h

8 550

76 950

Coût investissement

M€

540

68,4

Question 1.4

La STEU de la Feyssine est implantée sur un terrain de 400 000 m².

Déterminer le type de traitement le plus adapté pour ce type de terrain en justifiant votre réponse.

Partie 2: comment la digestion des boues permet d'améliorer les performances d'une STEU dans une démarche de développement durable ?

La gestion des boues d'une STEU peut se faire de deux manières différentes:

traitement des boues d'une STEU de type 1: sans digestion des boues, les boues passent simplement en centrifugeuses pour évacuer un maximum d'eau;

traitement des boues d'une STEU de type 2: avec digestion des boues (cas de la STEU de la Feyssine). La digestion est un processus naturel de décomposition de la matière organique permettant de diminuer les nuisances olfactives tout en produisant une énergie valorisable: le biogaz. Ce dernier, une fois filtré, peut être revendu et réinjecté sur le réseau GRDF.

La siccité de la boue correspond au pourcentage de matière sèche (MS) dans la boue, par opposition au taux d'humidité qui représente le pourcentage d'eau dans la boue.

À l'issue de la digestion, les boues sont séchées pour atteindre une siccité de 89% en moyenne (contre 21,6% à l'issue d'un traitement sans digestion). Elles possèdent alors un pouvoir calorifique important et peuvent être utilisées comme combustible pour remplacer une partie de la consommation d'énergie fossile.

Le document-technique DT5 présente les diagrammes de blocs internes (ibd) des synoptiques simplifiés des deux types de STEU, faisant apparaître les flux de matières et d'énergies.

Le document-technique DT5 présente les diagrammes de blocs internes (ibd) des synoptiques simplifiés des deux types de STEU, faisant apparaître les flux de matières et d'énergies.

Question 2.1

Lister les différents flux d'énergies entrants et sortants pour les deux types de STEU.

STEU de type 1:

STEU de type 2:

Partie 2: comment la digestion des boues permet d'améliorer les performances d'une STEU dans une démarche de développement durable ?

La gestion des boues d'une STEU peut se faire de deux manières différentes:

traitement des boues d'une STEU de type 1: sans digestion des boues, les boues passent simplement en centrifugeuses pour évacuer un maximum d'eau;

traitement des boues d'une STEU de type 2: avec digestion des boues (cas de la STEU de la Feyssine). La digestion est un processus naturel de décomposition de la matière organique permettant de diminuer les nuisances olfactives tout en produisant une énergie valorisable: le biogaz. Ce dernier, une fois filtré, peut être revendu et réinjecté sur le réseau GRDF.

La siccité de la boue correspond au pourcentage de matière sèche (MS) dans la boue, par opposition au taux d'humidité qui représente le pourcentage d'eau dans la boue.

À l'issue de la digestion, les boues sont séchées pour atteindre une siccité de 89% en moyenne (contre 21,6% à l'issue d'un traitement sans digestion). Elles possèdent alors un pouvoir calorifique important et peuvent être utilisées comme combustible pour remplacer une partie de la consommation d'énergie fossile.

Le document-technique DT5 présente les diagrammes de blocs internes (ibd) des synoptiques simplifiés des deux types de STEU, faisant apparaître les flux de matières et d'énergies.

Document-réponse DR2: comparaison des STEU avec et sans digestion des boues

Question 2.2

L'énergie consommée par une STEU de type 1 en une année est de $6\,160\,000\text{ kW}\cdot\text{h}$, sachant qu'un $\text{kW}\cdot\text{h}$ d'énergie électrique consommée émet $0{,}1\text{ kg}_{\text{eq.CO2}}$.

Calculer les émissions de $\text{CO}_2$ dues à la consommation d'énergie électrique en $\text{kg}_{\text{eq.CO2}}\cdot\text{an}^{-1}$ et compléter la deuxième case de la ligne (1) « Énergie électrique consommée » dans le tableau du document-réponse DR2.

$\text{kg}_{\text{eq.CO2}}\cdot\text{an}^{-1}$

Question 2.3

La quantité de biogaz réinjectée sur le réseau GRDF pour l'année 2022 s'élève à $5\,296\,000\text{ kW}\cdot\text{h}\cdot\text{an}^{-1}$. La production d'un $\text{kW}\cdot\text{h}$ de biogaz équivaut à une absorption de $0{,}2\text{ kg}_{\text{eq.CO2}}$.

Calculer l'impact négatif de $\text{CO}_2$ dues à cette production de biogaz en $\text{kg}_{\text{eq.CO2}}\cdot\text{an}^{-1}$ pour une STEU de type 2 et compléter la ligne (4) « Production de Gaz naturel » dans le tableau du document-réponse DR2.

$\text{kg}_{\text{eq.CO2}}\cdot\text{an}^{-1}$

Question 2.4

Sur le document-réponse DR2, calculer les impacts totaux en $\text{kg}_{\text{eq.CO2}}\cdot\text{an}^{-1}$ pour les deux types de STEU:

$\text{kg}_{\text{eq.CO2}}\cdot\text{an}^{-1}$

$\text{kg}_{\text{eq.CO2}}\cdot\text{an}^{-1}$

Conclure sur l'intérêt de la digestion des boues au sein d'une STEU comme celle de la Feyssine d'un point de vue développement durable (aborder les aspects économique, environnemental et sociétal):

Partie 3: comment la maîtrise de l'information permet de garantir la sécurité des personnes ?

Un des enjeux majeurs pour ce site industriel porte sur la sécurité des personnels intervenants sur la station.

Hormis les risques classiques que l'on peut trouver au sein d'une installation industrielle, les risques d'intoxication dus à la présence de gaz nocifs sont à surveiller de près.

Dans le but de renforcer la sécurité, les personnels sont équipés de détecteurs multi-gaz connectés au réseau Ethernet du site de la station qui permet une surveillance des personnels en temps réel.

Pour cela, 150 points d'accès WiFi sont installés de manière à couvrir l'ensemble des installations. L'administrateur réseau du site a fourni les informations suivantes:

l'adresse du réseau est 172.16.0.0;

le masque de sous-réseau est 255.255.0.0.

DT6: schéma du réseau de la station

Question 3.1

Calculer le nombre d'hôtes maximal que peut contenir ce réseau.

Le numéro d'hôte attribué à la première borne WiFi (n°1) est donné en binaire sur le document-technique DT6. Convertir ce numéro en décimal pour obtenir son adresse IP.

Question 3.2

Proposer une adresse IP pour la borne WiFi (n°2) compatible avec le réseau Ethernet de la station et la plage d'adresses IP réservées aux bornes WiFi. Justifier votre réponse.

Question 3.3

Conclure quant à la capacité de l'installation à garantir la sécurité des personnes.

Partie 4: comment justifier l'utilisation d'un séparateur de boues biologiques ?

Afin de pouvoir valoriser les boues biologiques, il est nécessaire de réduire la teneur en eau c'est-à-dire d'augmenter le taux de siccité. Les boues sont épaissies par centrifugation.

Le mélange est introduit à l'intérieur de la machine par une alimentation axiale (voir descriptif ci-après) qui débouche dans un distributeur tournant.

Sous l'action de la force centrifuge, les boues injectées sont plaquées contre la paroi du bol en rotation ($2\,600\text{ tr}\cdot\text{min}^{-1}$) et raclées par la vis de convoyage conique vers l'extrémité de la centrifugeuse pour être compactée puis évacuée.

Les eaux sont éjectées à l'autre extrémité de la centrifugeuse. La vis tourne plus vite que le bol grâce à un multiplicateur à arbre parallèle.

Question 4.1: Sur le document-réponse DR3, inscrire la nature des flux d'énergie circulant dans le système (énergie électrique, énergie mécanique).

1.

2.

3.

Partie 4: comment justifier l'utilisation d'un séparateur de boues biologiques ?

Afin de pouvoir valoriser les boues biologiques, il est nécessaire de réduire la teneur en eau c'est-à-dire d'augmenter le taux de siccité. Les boues sont épaissies par centrifugation.

Le mélange est introduit à l'intérieur de la machine par une alimentation axiale (voir descriptif ci-après) qui débouche dans un distributeur tournant.

Sous l'action de la force centrifuge, les boues injectées sont plaquées contre la paroi du bol en rotation ($2\,600\text{ tr}\cdot\text{min}^{-1}$) et raclées par la vis de convoyage conique vers l'extrémité de la centrifugeuse pour être compactée puis évacuée.

Les eaux sont éjectées à l'autre extrémité de la centrifugeuse. La vis tourne plus vite que le bol grâce à un multiplicateur à arbre parallèle.

Question 4.2

La fréquence de rotation est de $2\;600\text{ tr}\cdot\text{min}^{-1}$, calculer $\Omega_{\text{bol}}$ la vitesse angulaire du bol en $\text{rad}\cdot\text{s}^{-1}$.

Pour la suite du sujet, la vitesse angulaire du bol $\Omega_{\text{bol}}$ est de $300\text{ rad}\cdot\text{s}^{-1}$.

Question 4.3

DT7 Calculer $\text{F}_{\text{cb}}$ la force centrifuge appliquée aux boues biologiques en kN.

En considérant que la force centrifuge appliquée à l'eau est: $\text{F}_{\text{ce}} = 30\;200\text{ kN}$.

Question 4.4

Comparer les forces $\text{F}_{\text{cb}}$ et $\text{F}_{\text{ce}}$ la force centrifuge appliquée aux boues et à l'eau puis conclure sur le dispositif de séparation par centrifugation.

Partie 5: peut-on valider l'implantation d'une torchère ?

Dans toute cette étude, $g = 9{,}81\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}$.

Une des étapes du traitement de l'eau consiste à séparer l'eau et les boues (déchets solides). Ces boues sont valorisées par traitement dans un digesteur.

La digestion anaérobie (sans oxygène) des boues est faite par des bactéries qui consomment la pollution tout en créant un biogaz qui contient 60 à 65% de méthane. Celui-ci est ensuite extrait pour être réinjecté dans le réseau de la ville.

Une zone de stockage temporaire du méthane avant réinjection dans le réseau permet de compenser les fluctuations de production de gaz (zone tampon). En cas de surproduction, le méthane doit être évacué ce qui peut être fait de deux manières possibles:

solution 1: le méthane est rejeté directement dans l'air;

solution 2: le méthane est brûlé dans une torchère.

Une dalle en béton existe déjà dans la zone prévue pour l'implantation de la torchère. Il faut vérifier que le sol et cette dalle sont capables d'accueillir cette installation.

La torchère est composée d'un fût à l'intérieur duquel est installé le brûleur. Elle repose sur quatre cornières qui sont vissées sur la dalle en béton. Des équipements supplémentaires sont fixés sur la torchère et permettent de l'alimenter en gaz et de piloter son fonctionnement.

Pour simplifier les calculs, le fût sera considéré comme un cylindre creux.

Question 5.1

Calculer le volume de matière du fût de la torchère.

La masse des équipements fixés sur la torchère est estimée à $1\,250\text{ kg}$. La masse volumique de l'inox 316 est de $8\,000\text{ kg}\cdot\text{m}^{-3}$.

Question 5.2

Calculer la masse du fût de la torchère.

Calculer le poids $P_c$ que devra supporter chaque cornière.

Un calcul a permis de déterminer que le poids de la dalle équipée (dalle en béton + torchère + autres équipements) est de $200\,000\text{ N}$.

La contrainte admissible (résistance à la compression) du sol a été mesurée à cet endroit et vaut $0{,}1\text{ MPa}$.

Question 5.3

Calculer la surface de la dalle en béton.

Calculer la valeur de la contrainte de compression $\sigma_{\text{sol}}$ que subit le sol sous la dalle équipée.

Conclure sur la capacité du sol à supporter l'implantation de ce système.

Question 5.4

Conclure sur l'intérêt et la possibilité d'installer une torchère sur ce site.

Partie B: comment garantir la transmission des informations et la sécurité du site ?

L'installation de la valorisation des boues possède des zones à risque étant donné la production, la circulation et le stockage de méthane, gaz extrêmement inflammable à l'air et explosif. L'instrumentation du digesteur et de l'ensemble des zones à risques nécessite un choix de technologie adapté permettant de limiter au maximum les risques.

Le choix du bus de terrain pour équiper l'ensemble de la station s'est porté sur un modèle PROFIBUS qui se décline en deux catégories: DP (Decentralized Peripherals) et PA (Automatisation de Process).

Le bus de terrain PROFIBUS-PA est compatible avec un emploi en AT mosphère EX plosible (dites « ATEX ») zones 0 et 1 (voir tableau ci-contre).

Signification · Gaz/vapeurs · Poussière

Danger certain · Zone 0 · Zone 20

Danger probable · Zone 1 · Zone 21

Danger peu probable · Zone 2 · Zone 22

Implantation des zones 0 ATEX (en gris foncé ci-dessous):

Au sein des zones à risque de l'unité de traitement des boues, on estime que le bus de terrain doit pouvoir couvrir une distance minimale de 200 m.

Partie A: comment maîtriser la température au sein du digesteur pour garantir son bon fonctionnement ?

La température au sein du digesteur est relevée à l'aide d'un capteur composé (voir le document-technique DTS1):

d'une sonde PT100;

d'un transmetteur permettant de communiquer l'information aux systèmes de supervision;

d'un afficheur permettant de visualiser sur place la température mesurée.

Question A.1

Sur le document-réponse DRS1:

Compléter les noms manquants des 3 blocs fonctionnels de la chaîne d'information de l'ensemble du système de mesure de la température du digesteur;

En vous aidant des exemples ci-dessous, indiquer la nature des informations demandées (flux F1 à F4, étiquettes grisées à l'extérieur du diagramme ibd du capteur de température digesteur).

Exemples: Grandeur physique / Courant analogique / Information numérique / Signal logique / Tension analogique

Blocs fonctionnels de la chaîne d'information:

Nature des informations (flux F1 à F4):

Question A.2

Compléter le tableau du document-réponse DRS2 en précisant les valeurs minimales et maximales (flux F1 à F4 dans le tableau).

Repère du flux d'information sur l'ibd

Valeurs mini et maxi

unité

mini

maxi

F1

Degrés [°C]

F2

Ohms [Ω]

F3

Volts [V]

F4

Sans unité

Question A.3

Le document-technique DTS3 présente les mesures de la tension en entrée et en sortie des composants de la chaîne de conditionnement du signal.

Sur le document-réponse DRS3, compléter le tableau en identifiant les numéros des relevés en entrée et en sortie du bloc d'amplification.

Préciser dans la zone grisée du tableau la nature du filtre utilisé (filtre passe bas, passe haut ou passe bande).

Composant de la chaîne de conditionnement du signal

Flux en entrée et en sortie du composant

Numéro du relevé correspondant (voir DTS2)

Amplification

Entrée:

Relevé n°

Sortie:

Relevé n°

Filtre

Entrée:

Sortie:

Relevé n° 1

Relevé n° 2

Question A.4

Le transmetteur est équipé d'un convertisseur analogique-numérique permettant de générer une valeur numérique image de la température mesurée qui sera ensuite traitée et transmise via le module de communication PROFIBUS®-PA.

Calculer la valeur du quantum $q$ du convertisseur analogique-numérique exprimée en mV.

Question A.5

Pour la suite de l'étude, la valeur du quantum du CAN est $q = 0{,}16\text{ mV}$.

Calculer la valeur de la résolution de la chaîne d'acquisition $R$ en °C.

Question A.6

Conclure sur la qualité de la mesure de la température au sein du digesteur au regard du diagramme d'exigences. Justifier votre réponse.

Partie B: comment garantir la transmission des informations et la sécurité du site ?

L'installation de la valorisation des boues possède des zones à risque étant donné la production, la circulation et le stockage de méthane, gaz extrêmement inflammable à l'air et explosif. L'instrumentation du digesteur et de l'ensemble des zones à risques nécessite un choix de technologie adapté permettant de limiter au maximum les risques.

Le choix du bus de terrain pour équiper l'ensemble de la station s'est porté sur un modèle PROFIBUS qui se décline en deux catégories: DP (Decentralized Peripherals) et PA (Automatisation de Process).

Le bus de terrain PROFIBUS-PA est compatible avec un emploi en AT mosphère EX plosible (dites « ATEX ») zones 0 et 1 (voir tableau ci-contre).

Signification · Gaz/vapeurs · Poussière

Danger certain · Zone 0 · Zone 20

Danger probable · Zone 1 · Zone 21

Danger peu probable · Zone 2 · Zone 22

Implantation des zones 0 ATEX (en gris foncé ci-dessous):

Au sein des zones à risque de l'unité de traitement des boues, on estime que le bus de terrain doit pouvoir couvrir une distance minimale de 200 m.

DTS4: diagramme d'exigences partiel

DTS5: comparatif protocoles industriels

Ethernet

HART

MODBUS

PROFIBUS-DP

PROFIBUS-PA

Longueur maximale

100 m

3000 m

300 m

1900 m

1900 m

Vitesse de transmission

100 Mbit·s⁻¹

3600 bit·s⁻¹

19,2 kbit·s⁻¹

12 Mbit·s⁻¹

31,2 kbit·s⁻¹

Zone ATEX (atmosphère explosive)

Zone 1

ATEX II 2 G

Zone 0

(ATEX II 1G)

Zone 2

ATEX II 3 G

Zone 1

ATEX II 2 G

Zone 0

ATEX II 1G

Utilisation courante

Ethernet est le protocole standard pour la transmission de données sur les réseaux et sur Internet.

Protocole de communication bidirectionnelle qui établit la communication entre les instruments de terrain et les systèmes de contrôle. Il comprend deux voies de communication simultanée: analogique et numérique.

C'est un protocole de communication non-propriétaire utilisé pour des réseaux d'automates programmables. Ce protocole basé sur une structure hiérarchisée entre un client unique et plusieurs serveurs est dans le domaine public et sa spécification est publique.

Utilisé pour connecter des équipements actifs et des détecteurs à un contrôleur central dans des applications de production industrielle.

Utilisé pour des équipements de mesure et de surveillance; il est particulièrement conçu pour les zones à risques (d'explosion notamment).

B.1

Relever la vitesse de transmission minimale requise pour la transmission des relevés de température (exigence Id = "5.3.3").

Justifier le choix du protocole PROFIBUS-PA comme bus de terrain pour les zones à risque ATEX zone 0 de l'unité de traitement des boues de la station.

B.6

Conclure sur la pertinence du choix de technologie réalisé pour la transmission des informations du digesteur.

Partie B: comment garantir la transmission des informations et la sécurité du site ?

L'installation de la valorisation des boues possède des zones à risque étant donné la production, la circulation et le stockage de méthane, gaz extrêmement inflammable à l'air et explosif. L'instrumentation du digesteur et de l'ensemble des zones à risques nécessite un choix de technologie adapté permettant de limiter au maximum les risques.

Le choix du bus de terrain pour équiper l'ensemble de la station s'est porté sur un modèle PROFIBUS qui se décline en deux catégories: DP (Decentralized Peripherals) et PA (Automatisation de Process).

Le bus de terrain PROFIBUS-PA est compatible avec un emploi en AT mosphère EX plosible (dites « ATEX ») zones 0 et 1 (voir tableau ci-contre).

Signification · Gaz/vapeurs · Poussière

Danger certain · Zone 0 · Zone 20

Danger probable · Zone 1 · Zone 21

Danger peu probable · Zone 2 · Zone 22

Implantation des zones 0 ATEX (en gris foncé ci-dessous):

Au sein des zones à risque de l'unité de traitement des boues, on estime que le bus de terrain doit pouvoir couvrir une distance minimale de 200 m.

L'adresse des différents constituants (capteurs, automates, coupleurs, etc.) est fixe et peut être définie à l'aide des commutateurs DIP situés à l'arrière de l'afficheur:

L'adresse hardware, codée sur 7 bits (de 0 à 127), est configurée via les commutateurs DIP 1 (1) - 7 (64). Le commutateur DIP « SW-HW » doit être réglé sur « HW » et le commutateur DIP « ADDR ACTIVE » sur « ON ».

Le capteur de température doit être configuré à l'adresse 89.

Question B.2

Convertir l'adresse du capteur de température en binaire.

Compléter le document-réponse DRS4 en indiquant les positions des différents commutateurs DIP pour paramétrer correctement ce capteur.

Position des commutateurs DIP (indiquer ON ou OFF pour chaque commutateur):

DIP 1 (1, LSB) · DIP 2 (2) · DIP 3 (4) · DIP 4 (8) · DIP 5 (16) · DIP 6 (32) · DIP 7 (64, MSB) · SW-HW · ADDR ACTIVE

Question B.3

Calculer la durée d'un bit en µs sur le bus de terrain PROFIBUS®.

Préciser le nombre de bits nécessaires au transfert d'un octet.

En déduire la durée de transmission d'une trame contenant 14 octets.

Question B.4

Le document-réponse DRS5 donne la trame incomplète de la réponse du capteur de température (adresse 0x59 (=59₁₆)) suite à la requête du composant maître (Master-DP, 0x2F) lui demandant la mesure de la température dans le digesteur.

Compléter le document-réponse DRS5 de manière à définir l'adresse source (octet SA) de la trame.

Compléter les bits transmis pour l'octet SA (0x59) dans le chronogramme (ordre de transmission Little Endian: D0 à D7, puis bit de parité):

Start · D0 (LSB) · D1 · D2 · D3 · D4 · D5 · D6 · D7 (MSB) · Bit de parité · Stop

0 · · · · · · · · · · 1

Question B.5

À l'aide de la table ASCII partielle donnée (DTS8), décoder la valeur de la température renvoyée par le capteur codée dans les 8 octets de données (PDU) de la trame réponse du document-réponse DRS5.

Partie C: comment le traitement des informations délivrées par les capteurs permet d'optimiser la surveillance ?

Le système de supervision du site (voir figure ci-contre) surveille en permanence les paramètres au sein du digesteur en relevant toutes les 10 secondes:

la température (qui doit rester comprise entre 35 °C à 37 °C pour garantir le bon fonctionnement du digesteur);

la hauteur de boues (en m);

la pression (en mbar).

Des scripts Python utilisent ces données pour gérer l'IHM (Interface Homme-Machine) de supervision et pour réaliser des traitements statistiques sur les performances de la station.

Le script Python nommé « script_alarm » dont le fonctionnement est détaillé sur le document-technique DTS9 s'exécute toutes les minutes et permet de:

lire les relevés de température depuis la table « digesteur »;

surveiller la température actuelle T au sein du digesteur;

calculer la valeur absolue de la variation de la température sur 5 minutes delta_Tc5m et la comparer à la valeur limite prédéfinie delta_Tc5m_max;

calculer la valeur absolue de la variation de la température sur 1 heure delta_Tc1h et la comparer à la valeur limite prédéfinie delta_Tc1h_max;

renseigner la table « alarmes_digesteur » qui répertorie les états logiques des différentes alarmes.

DTS9: surveillance de la température digesteur

Diagramme de séquence du script:

Question C.1

Compléter le tableau du document-réponse DRS6 en précisant le ou les numéros des messages du diagramme de séquence correspondant aux lignes de code Python demandées.

Ligne

Lignes de code Python

N° message(s) du diagramme SD correspondant:

12

Alarmes = [0,0,0,0]

1

134

read_data_digesteur()

135

check_alarms()

136

write_data_alarmes_digesteur()

Question C.2

Compléter la procédure « check_alarm() » du script permettant de définir l'état (0 ou 1) de « alarm_Tinf ».

Aide (DRS7)

Syntaxe

Fonction

alarmes

Liste de 4 éléments séparés par des virgules:

Format: [valeur1, valeur2, valeur3, valeur4]

alarmes[2]

Permet de lire ou d'affecter une valeur à l'élément de la liste alarme placé à l'indice 2 (~position en commençant par 0):

Indices: [0, 1, 2, 3]

Extrait de la fonction (lignes 86 à 90) sous la condition if T < T_sinf::

def check_alarms():

#alarmes = [0,0,0,0] --> liste des niveaux (0 ou 1) des alarmes:

# = [alarm_Tsup, alarm_Tinf, alarm_delta_Tc5m, alarm_delta_Tc1h]

if T > T_ssup:

alarmes[0] = 1

else:

alarmes[0] = 0

if T < T_sinf:

Partie C: comment le traitement des informations délivrées par les capteurs permet d'optimiser la surveillance ?

Le système de supervision du site (voir figure ci-contre) surveille en permanence les paramètres au sein du digesteur en relevant toutes les 10 secondes:

la température (qui doit rester comprise entre 35 °C à 37 °C pour garantir le bon fonctionnement du digesteur);

la hauteur de boues (en m);

la pression (en mbar).

Des scripts Python utilisent ces données pour gérer l'IHM (Interface Homme-Machine) de supervision et pour réaliser des traitements statistiques sur les performances de la station.

Le script Python nommé « script_alarm » dont le fonctionnement est détaillé sur le document-technique DTS9 s'exécute toutes les minutes et permet de:

lire les relevés de température depuis la table « digesteur »;

surveiller la température actuelle T au sein du digesteur;

calculer la valeur absolue de la variation de la température sur 5 minutes delta_Tc5m et la comparer à la valeur limite prédéfinie delta_Tc5m_max;

calculer la valeur absolue de la variation de la température sur 1 heure delta_Tc1h et la comparer à la valeur limite prédéfinie delta_Tc1h_max;

renseigner la table « alarmes_digesteur » qui répertorie les états logiques des différentes alarmes.

Le site de la Feyssine est équipé dans son intégralité de 320 capteurs. Les relevés de ces capteurs sont stockés dans différentes tables de la base de données toutes les 5 minutes. Pour chaque capteur, la taille moyenne d'un relevé est de 10 octets.

Le serveur qui contient la base de données conserve les données pendant 30 jours avant de la transférer sur le serveur d'un data center externe pour archivage.

Question C.3

Calculer la taille de stockage nécessaire sur le serveur de la station en Mo.

Question C.4

Conclure sur la capacité de l'installation à garantir la surveillance du site.