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

Mise en situation

Le plan climat a été lancé pour accélérer la transition énergétique et climatique. La programmation pluriannuelle de l'énergie prévoit le développement des énergies renouvelables. Ce sujet porte sur l'étude d'implantation d'une ferme éolienne d'une puissance totale de 12 MW.

Partie 1: comment choisir le lieu d'implantation des éoliennes ?

L'énergie éolienne présente de multiples atouts vis-à-vis de l'environnement. Néanmoins, elle peut apporter certaines nuisances qu'il faut veiller à réduire, voire supprimer. L'étude d'impact a pour objectif de situer le projet au regard des préoccupations environnementales.

La réglementation impose le respect d'une distance minimale de 500 m entre une éolienne et les habitations.

Question 1.1

Sur le schéma d'implantation (document DR1 ci-dessous), tracer la distance minimale imposée à chaque éolienne pour les projets 1 et 2, puis justifier que la réglementation est bien respectée.

Question 1.2

À partir du bilan des critères d'impact (document DT1 ci-dessous), compléter les tableaux d'analyse des deux projets d'implantation (DR2) en indiquant une pondération de +1 pour un critère d'impact favorable ou de -1 pour un critère d'impact défavorable. Calculer les totaux.

Projet N°1 (6 éoliennes):

Critères Projet N°1

C1.1

C1.2

C1.3

C1.4

C1.5

C1.6

C1.7

Total

Pondération

Projet N°2 (5 éoliennes):

Critères Projet N°2

C2.1

C2.2

C2.3

C2.4

C2.5

C2.6

C2.7

Total

Pondération

Question 1.3

À partir des questions précédentes, conclure et justifier le choix du projet d'implantation le plus pertinent.

Partie 2: l'augmentation de cette production « verte » permet-elle d'assurer l'équivalent des besoins en énergie électrique des communes environnantes ?

La solution envisagée est une ferme de cinq éoliennes identiques d'une puissance nominale de 2,4 MW chacune.

Le facteur de charge ($f_c$) ou facteur d'utilisation d'une centrale électrique est le rapport entre l'énergie électrique effectivement produite sur une période donnée et l'énergie qu'elle aurait produite si elle avait fonctionné à sa puissance nominale durant la même période.

$$f_c = \frac{\text{Énergie produite}}{\text{Énergie nominale}}$$

DT2: facteur de charge ($f_c$) pour la région Auvergne Rhône-Alpes

Nucléaire · Thermique fossile · Hydraulique · Éolien · Solaire · Bioénergies

63,1 % · 26,7 % · 27,9 % · 22 % · 13,2 % · 63,3 %

Selon l'agence de la transition écologique, la consommation moyenne annuelle d'électricité est de 3 200 kW·h par foyer français (hors production d'eau chaude sanitaire et chauffage).

On compte 7 000 foyers dans les communes environnantes.

DT2: Facteur de charge (fc) pour la région Auvergne Rhône-Alpes

Nucléaire

Thermique fossile

Hydraulique

Éolien

Solaire

Bioénergies

63,1 %

26,7 %

27,9 %

22 %

13,2 %

63,3 %

2.1

Calculer l'énergie électrique produite en MW·h par l'ensemble des cinq éoliennes sur une année en prenant en compte la notion de facteur de charge.

MW·h

Selon l'agence de la transition écologique, la consommation moyenne annuelle d'électricité est de 3 200 kW·h par foyer français (hors production d'eau chaude sanitaire et chauffage).

2.2

Calculer le nombre de foyers auxquels les éoliennes peuvent subvenir en électricité (hors production d'eau chaude sanitaire et chauffage).

foyers

Partie 2: l'augmentation de cette production « verte » permet-elle d'assurer l'équivalent des besoins en énergie électrique des communes environnantes ?

La solution envisagée est une ferme de cinq éoliennes identiques d'une puissance nominale de 2,4 MW chacune.

Le facteur de charge ($f_c$) ou facteur d'utilisation d'une centrale électrique est le rapport entre l'énergie électrique effectivement produite sur une période donnée et l'énergie qu'elle aurait produite si elle avait fonctionné à sa puissance nominale durant la même période.

$$f_c = \frac{\text{Énergie produite}}{\text{Énergie nominale}}$$

DT2: facteur de charge ($f_c$) pour la région Auvergne Rhône-Alpes

Nucléaire · Thermique fossile · Hydraulique · Éolien · Solaire · Bioénergies

63,1 % · 26,7 % · 27,9 % · 22 % · 13,2 % · 63,3 %

Selon l'agence de la transition écologique, la consommation moyenne annuelle d'électricité est de 3 200 kW·h par foyer français (hors production d'eau chaude sanitaire et chauffage).

On compte 7 000 foyers dans les communes environnantes.

On compte 7 000 foyers dans les communes environnantes.

Question 2.3: Justifier l'intérêt de ce projet au regard des enjeux climatiques.

Partie 3: ce projet est-il économiquement viable ?

L'installation d'une éolienne représente un investissement important et occasionne une maintenance régulière. La revente de l'énergie électrique à EDF ENR permet le financement de ce projet.

La production moyenne de la ferme est estimée à 25 000 MW·h par an.

La puissance totale installée est de 12 MW.

Les résultats seront exprimés en kilo euros (1 kilo euro = 1 k€ = 1 000 €).

DT3: financement d'une éolienne

Élément

Valeur

Remarque

Investissement

1 500 € TTC par kW installé

Comprend les coûts d'études, de matériels, de raccordement, d'installation, de mise en service et de démantèlement.

Coût d'exploitation, d'entretien et de maintenance

3 % par an de l'investissement

Prix d'achat de l'énergie électrique par EDF ENR

100 € TTC par MW·h

Durée de vie

25 ans

Question 3.1

Compléter le tableau des dépenses et recettes sur une année pour les cinq éoliennes (DR3). Exprimez les montants en k€.

Dépenses (k€)

Recettes (k€)

Investissement

Maintenance (sur 1 an)

Question 3.2

Représenter sur le graphique de viabilité financière (DR4) les dépenses cumulées et les recettes cumulées en respectant la légende donnée.

Question 3.3

ans

Partie 4: les éoliennes choisies conviennent-elles au regard des objectifs de la production visée ?

DT4: synoptique de l'éolienne

Rep. · Désignation · Rep. · Désignation

1 · Fondation · 13 · Multiplicateur de vitesse (rendement 85%)

2 · Mât · 14 · Accouplement mécanique basse vitesse

3 · Pignon d'entraînement de la nacelle · 15 · Arbre lent

4 · Roue dentée liée au mât · 16 · Moyeu du rotor à 3 pales

5 · Moteur d'orientation de la nacelle · 17 · Pales à orientation variable (rendement 80%)

6 · Nacelle orientable · 18 · Convertisseur (rendement 99%)

7 · Unité centrale de traitement · 19 · Dispositif de calage des pales

8 · Girouette · 20 · Groupe hydraulique

9 · Anémomètre · 21 · Transformateur (rendement 95%)

10 · Génératrice asynchrone (rendement 90%) · 22 · Liaison électrique avec réseau triphasé 20 kV ENEDIS

11 · Accouplement mécanique haute vitesse · 23 · Câble basse tension triphasé 690 V~

12 · Frein à disque

DR5: diagramme des blocs internes (ibd)

Le document réponse DR5 présente le diagramme des blocs internes (ibd) de la chaîne cinématique de l'éolienne:

Question 4.1

Préciser les différentes formes d'énergie dans les étiquettes en traits pleins en sortie de chaque élément du diagramme des blocs internes (ibd), en choisissant parmi les six formes d'énergie suivantes: chimique, nucléaire, mécanique, thermique, rayonnante et électrique.

Question 4.2

Qualifier la nature de l'énergie aux étiquettes des points A et B du diagramme des blocs internes (ibd), en choisissant parmi les quatre propositions: primaire, secondaire, finale et utile.

Question 4.3

Tracer en rouge le flux d'énergie principal en partant du vent vers le réseau électrique.

Tracer en vert les flux d'information.

Partie 4: les éoliennes choisies conviennent-elles au regard des objectifs de la production visée ?

DT4: synoptique de l'éolienne

Rep. · Désignation · Rep. · Désignation

1 · Fondation · 13 · Multiplicateur de vitesse (rendement 85%)

2 · Mât · 14 · Accouplement mécanique basse vitesse

3 · Pignon d'entraînement de la nacelle · 15 · Arbre lent

4 · Roue dentée liée au mât · 16 · Moyeu du rotor à 3 pales

5 · Moteur d'orientation de la nacelle · 17 · Pales à orientation variable (rendement 80%)

6 · Nacelle orientable · 18 · Convertisseur (rendement 99%)

7 · Unité centrale de traitement · 19 · Dispositif de calage des pales

8 · Girouette · 20 · Groupe hydraulique

9 · Anémomètre · 21 · Transformateur (rendement 95%)

10 · Génératrice asynchrone (rendement 90%) · 22 · Liaison électrique avec réseau triphasé 20 kV ENEDIS

11 · Accouplement mécanique haute vitesse · 23 · Câble basse tension triphasé 690 V~

12 · Frein à disque

DR5: diagramme des blocs internes (ibd)

La vitesse moyenne du vent sur le site de la ferme éolienne est estimée à $5{,}5\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}$ tout au long d'une année.

Question 4.4

Placer ce point de fonctionnement sur la courbe de puissance du vent (DR6).

En déduire la puissance disponible fournie par le vent $P_v$ (en kW).

$P_v =$

kW

Partie 4: les éoliennes choisies conviennent-elles au regard des objectifs de la production visée ?

DT4: synoptique de l'éolienne

Rep. · Désignation · Rep. · Désignation

1 · Fondation · 13 · Multiplicateur de vitesse (rendement 85%)

2 · Mât · 14 · Accouplement mécanique basse vitesse

3 · Pignon d'entraînement de la nacelle · 15 · Arbre lent

4 · Roue dentée liée au mât · 16 · Moyeu du rotor à 3 pales

5 · Moteur d'orientation de la nacelle · 17 · Pales à orientation variable (rendement 80%)

6 · Nacelle orientable · 18 · Convertisseur (rendement 99%)

7 · Unité centrale de traitement · 19 · Dispositif de calage des pales

8 · Girouette · 20 · Groupe hydraulique

9 · Anémomètre · 21 · Transformateur (rendement 95%)

10 · Génératrice asynchrone (rendement 90%) · 22 · Liaison électrique avec réseau triphasé 20 kV ENEDIS

11 · Accouplement mécanique haute vitesse · 23 · Câble basse tension triphasé 690 V~

12 · Frein à disque

DR5: diagramme des blocs internes (ibd)

4.5

Compléter la chaîne de puissance en précisant le rendement de chaque bloc dans les cases grisées du document DR5.

Bloc

Désignation (DT4)

Rendement

Pale (Rotor-Hub)

Pales à orientation variable

$\eta_p =$

Multiplicateur

Multiplicateur de vitesse

$\eta_m =$

Génératrice asynchrone

Génératrice asynchrone

$\eta_g =$

Convertisseur

Convertisseur

$\eta_c =$

Transformateur

Transformateur

$\eta_t =$

4.6

Calculer le rendement global $\eta$ pour une éolienne.

En déduire l'énergie produite sur une année en prenant la puissance moyenne fournie par le vent égale à 1 MW pour une éolienne.

4.7

Le bureau d'études estime à 25 000 MW·h l'énergie électrique produite par la ferme éolienne pour une année.

Conclure sur l'estimation du bureau d'études pour le parc de cinq éoliennes.

Partie 5: le mât des éoliennes peut-il résister aux actions mécaniques qu'il subit tout en limitant son impact environnemental ?

Le mât est soumis à des efforts aérodynamiques horizontaux.

Dans cette partie, nous étudions uniquement la résistance du mât au vent.

Une simulation a été réalisée et les résultats des sollicitations sont donnés sur le DR7.

Deux solutions peuvent être envisagées pour la réalisation du mât:

solution 1: une forme cylindrique creuse dont le volume total de matière est $V_{\text{cylindrique}} = 34{,}7\text{ m}^3$;

solution 2: une forme conique creuse dont le volume total de matière est $V_{\text{conique}} = 27{,}78\text{ m}^3$.

Dans les deux cas, le matériau utilisé est l'acier.

Question 5.1

Indiquer à quelle sollicitation est soumis le mât face au vent, en choisissant parmi les propositions suivantes: torsion, traction, flexion, compression et cisaillement.

Question 5.2

Sur la simulation du mât isolé (DR7 ci-dessous), indiquer la zone de 1 à 6 la plus sollicitée du mât.

Zone

Question 5.3

La limite élastique du matériau utilisé est $R_e = 6,204\cdot 10^8\text{ N}\cdot\text{m}^{-2}$ et la contrainte maximale relevée dans le mât est $\sigma_{\max} = 7,056\cdot 10^7\text{ N}\cdot\text{m}^{-2}$.

Calculer le coefficient de sécurité $s$ en appliquant la formule $s = \frac{R_e}{\sigma_{\max}}$.

Question 5.4

On considère qu'un coefficient de sécurité $s = 3$ est suffisant. Préciser, en justifiant, si le mât est correctement dimensionné pour résister aux efforts qu'il subit.

Question 5.5

Proposer deux pistes d'amélioration permettant d'optimiser la conception du mât, en ne considérant que la sollicitation étudiée dans cette partie.

Question 5.6

Deux solutions peuvent être envisagées pour la réalisation du mât:

- solution 1: une forme cylindrique creuse dont le volume total de matière est $V_{\text{cylindrique}} = 34,7\text{ m}^3$;

- solution 2: une forme conique creuse dont le volume total de matière est $V_{\text{conique}} = 27,78\text{ m}^3$.

Dans les deux cas, le matériau utilisé est l'acier.

Calculer en pourcentage le volume d'acier gagné par la solution conique par rapport à la solution cylindrique.

%

Partie 5: le mât des éoliennes peut-il résister aux actions mécaniques qu'il subit tout en limitant son impact environnemental ?

Le mât est soumis à des efforts aérodynamiques horizontaux.

Dans cette partie, nous étudions uniquement la résistance du mât au vent.

Une simulation a été réalisée et les résultats des sollicitations sont donnés sur le DR7.

Deux solutions peuvent être envisagées pour la réalisation du mât:

solution 1: une forme cylindrique creuse dont le volume total de matière est $V_{\text{cylindrique}} = 34{,}7\text{ m}^3$;

solution 2: une forme conique creuse dont le volume total de matière est $V_{\text{conique}} = 27{,}78\text{ m}^3$.

Dans les deux cas, le matériau utilisé est l'acier.

5.6

Indiquer quels sont les piliers du développement durable les plus concernés par ce gain en justifiant la réponse.

Partie 6: comment surveiller à distance et de façon fiable le fonctionnement des éoliennes ?

L'exploitant du parc éolien désire pouvoir surveiller le fonctionnement des éoliennes en contrôlant certaines informations (ex: production électrique, température de la nacelle, vitesse des pales,...). Ce contrôle est effectué à distance afin de regrouper la surveillance de plusieurs parcs éoliens en un même lieu. L'exploitant surveille vingt sites de cinq éoliennes.

Le document DR8 propose une vision partielle du réseau d'un site.

DR8: réseau local (LAN) site d'éoliennes

6.1

Proposer pour chaque éolienne une adresse IP du réseau local.

6.2

Indiquer, en justifiant, le nombre d'adresses encore disponibles pour étendre le parc éolien.

6.4

Conclure sur la possibilité de surveiller tous les parcs éoliens.

Partie 6: comment surveiller à distance et de façon fiable le fonctionnement des éoliennes ?

L'exploitant du parc éolien désire pouvoir surveiller le fonctionnement des éoliennes en contrôlant certaines informations (ex: production électrique, température de la nacelle, vitesse des pales,...). Ce contrôle est effectué à distance afin de regrouper la surveillance de plusieurs parcs éoliens en un même lieu. L'exploitant surveille vingt sites de cinq éoliennes.

Le document DR8 propose une vision partielle du réseau d'un site.

DR8: réseau local (LAN) site d'éoliennes

Un analyseur de trame récupère les valeurs des octets correspondant aux différentes données transmises. Pour la donnée « fréquence de rotation des pales », la valeur de l'octet transmis est (en binaire) $N = (01101001)_2$.

6.3

Calculer la valeur de cet octet en décimal.

Déterminer la fréquence de rotation des pales en $\text{tr}\cdot\text{min}^{-1}$ sachant que la valeur décimale de l'octet représente 10 fois la valeur réelle.

tr·min⁻¹

6.4

La fréquence de rotation maximale des pales fixée par le constructeur est de $13{,}2\ \text{tr}\cdot\text{min}^{-1}$. La précision de mesure de vitesse nécessaire au fonctionnement de l'éolienne est de $0{,}1\ \text{tr}\cdot\text{min}^{-1}$.

Conclure sur la possibilité de surveiller tous les parcs éoliens et de mesurer la vitesse de rotation des pales.

Mise en situation

Afin d'optimiser au maximum l'efficacité énergétique d'une éolienne, la nacelle doit toujours être positionnée face au vent pour disposer du maximum de puissance. Il faut donc connaître l'orientation de la nacelle par rapport au vent à tout moment.

Partie A: comment acquérir l'orientation de la nacelle ?

Question A.1

Compléter sur le diagramme de blocs internes « orientation de la nacelle » les blocs de la chaîne d'information qui répondent aux fonctions: Acquérir - Traiter - Communiquer.

Question A.2

En vous aidant des exemples ci-dessous, indiquer la nature des signaux présents sur les points 1, 2, 3 et 4 du diagramme de bloc interne « orientation de la nacelle »:

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

La nacelle est autorisée à faire trois tours autour de son axe. Ensuite elle doit retourner à sa position initiale. Pour détecter la position de la nacelle on utilise un codeur entraîné par un système couronne / pignon qui multiplie par 20/3 le nombre de tours effectués par la nacelle.

Les données du codeur sont envoyées à l'unité de traitement par un bus de communication SSI.

Question A.3

En justifiant votre réponse, choisir dans le document technique DTS1 le codeur à utiliser afin de connaître à tout moment la position angulaire de la nacelle.

()

Le codeur choisi transmet deux informations:

- le nombre de tours effectués codé sur 12 bits;

- la position angulaire sur un tour codé sur 12 bits.

Question A.4

Calculer le nombre de positions angulaires mesurables pour un tour de codeur.

Question A.5

Le cahier des charges impose de mesurer l'angle de la nacelle avec une précision de 2°.

Calculer le plus petit angle mesurable sur le déplacement de la nacelle.

Question A.6

Conclure sur le système d'acquisition de la position de la nacelle au vu des exigences données.

Partie B: comment obtenir une information exploitable de la position angulaire de la nacelle ?

Le codeur fournit la position angulaire et le nombre de tours effectués en code Gray (un seul bit doit varier entre deux positions successives). Ces deux informations sont envoyées à l'unité de traitement sur trois octets. Les douze premiers bits représentent la position angulaire sur un tour avec le bit de poids fort en premier et les douze suivants le nombre de tours effectués toujours avec le bit de poids fort en premier.

L'oscillogramme suivant représente la capture d'une trame entre le codeur et l'unité de traitement:

Question B.1

À partir de cette trame, compléter le logigramme de conversion Gray Binaire en indiquant la valeur de chaque bit de la position angulaire sur un tour ($G_{11}$ à $G_0$):

$G_{11}$ · $G_{10}$ · $G_9$ · $G_8$ · $G_7$ · $G_6$ · $G_5$ · $G_4$ · $G_3$ · $G_2$ · $G_1$ · $G_0$

Question B.2

Il est nécessaire d'effectuer un traitement informatique afin de rendre ces données exploitables. Ce traitement consiste à convertir le code Gray issu du codeur en binaire naturel pour finalement obtenir une valeur décimale.

Cette conversion peut se représenter par un logigramme utilisant des OU Exclusif. L'opération de conversion commence par le bit de poids fort.

DTS2: Table de vérité de la fonction « OU Exclusif »

A · B · S

0 · 0 · 0

0 · 1 · 1

1 · 0 · 1

1 · 1 · 0

En vous aidant de la table de vérité de la fonction OU EXCLUSIF, compléter la deuxième partie du logigramme de conversion Gray $\rightarrow$ Binaire ($B_{11}$ à $B_0$):

$B_{11}$ · $B_{10}$ · $B_9$ · $B_8$ · $B_7$ · $B_6$ · $B_5$ · $B_4$ · $B_3$ · $B_2$ · $B_1$ · $B_0$

Question B.3

Le codeur n'incluant pas ce système, la conversion est réalisée par la fonction informatique « convertir_G_to_B » (convertir du code gray vers le code binaire naturel).

En vous aidant de l'algorigramme de conversion Gray $\rightarrow$ Binaire (DTS3), compléter les parties grisées du code de la fonction (DRS3):

mot binaire conversion_G_to_B(mot binaire: nbre_a_conv) {

booléen tab_g[12] = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};

booléen tab_b[12] = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};

// Début de la conversion

; //le bit de poids fort du mot binaire naturel est le même que le bit de poids fort du mot en code gray

// pour les 11 autres bits on effectue un "ou exclusif" entre le bit en cours et le bit résultat

// du "ou exclusif" précédent.

POUR (

) {

booléen memo = tab_b[i - 1];

; //ou exclusif ("^") entre la valeur du tableau tab_g à l'indice "i" et le résultat précédent ("memo")

}

//on reforme le mot binaire à partir du tableau de données

POUR (octet i = 0; jusqu'à i < 12; par pas de 1) {

ecrire_le_bit(nbre_bin, i, tab_b[11 - i]);

}

Retourner (nbre_bin);

}

Question B.4

L'écran de supervision de la salle de contrôle indique une orientation de la nacelle de 331.5° pour la trame capturée ci-dessus.

Sachant que cet angle est 1/10 de la valeur renvoyée par la fonction convertir_G_to_B, calculer la valeur binaire correspondant à cet angle et conclure sur le fonctionnement de cette fonction.

Partie C: comment orienter l'éolienne face au vent ?

Le codeur monté sur la nacelle de l'éolienne permet de mesurer son orientation. Pour pouvoir la maintenir face au vent il faut aussi connaitre la direction du vent. Comme pour la nacelle, le cahier des charges impose de connaître l'orientation du vent avec une précision de 2°.

Cette mesure est réalisée grâce à une girouette électronique modèle CS024A dont les caractéristiques sont données sur le document DTS4.

L'Est est considéré comme l'origine de l'orientation (0° du cercle trigonométrique).

Pour positionner la nacelle face au vent, il faut la faire tourner dans le bon sens. Cette rotation se fera si la différence entre l'orientation du vent et celle de la nacelle est supérieure à ±6°. Dans ce cas, on considère que la nacelle est alignée avec le vent.

Les entrées analogiques de l'unité de traitement possèdent un convertisseur analogique-numérique avec une plage de tension de 0 V à 10 V et une résolution de 10 bits.

DTS4: documentation technique du capteur CS024A

CS024A - Spécifications

Capteur · Girouette

Description mesure · Direction du vent

Plage de mesure · 0 à 360°

Tension de sortie · 0 à 10 V

Seuil de démarrage · 0,45 m·s⁻¹

Exactitude de mesure · ±2°

Température de fonctionnement · -50°C à +70°C

Plage d'alimentation · 4,5V à 30V DC

Potentiomètre (0% à 100%) · 0 à 10 kΩ

Hauteur totale · 33,8 cm

Longueur totale · 44,7 cm

Hauteur de l'empenage · 30,5 cm

Caractéristiques

Pour positionner la nacelle face au vent, il faut la faire tourner dans le bon sens. Cette rotation se fera si la différence entre l'orientation du vent et celle de la nacelle est supérieure à $\pm 6^\circ$. Dans ce cas, on considère que la nacelle est alignée avec le vent.

Question C.2: À l'aide de la vue de dessus de l'éolienne donnée ci-dessus, compléter l'algorigramme de rotation de la nacelle (document DRS5) en plaçant les différents textes proposés.

DRS5: Algorigramme de rotation de la nacelle

Partie C: comment orienter l'éolienne face au vent ?

Le codeur monté sur la nacelle de l'éolienne permet de mesurer son orientation. Pour pouvoir la maintenir face au vent il faut aussi connaitre la direction du vent. Comme pour la nacelle, le cahier des charges impose de connaître l'orientation du vent avec une précision de 2°.

Cette mesure est réalisée grâce à une girouette électronique modèle CS024A dont les caractéristiques sont données sur le document DTS4.

L'Est est considéré comme l'origine de l'orientation (0° du cercle trigonométrique).

Pour positionner la nacelle face au vent, il faut la faire tourner dans le bon sens. Cette rotation se fera si la différence entre l'orientation du vent et celle de la nacelle est supérieure à ±6°. Dans ce cas, on considère que la nacelle est alignée avec le vent.

Les entrées analogiques de l'unité de traitement possèdent un convertisseur analogique-numérique avec une plage de tension de 0 V à 10 V et une résolution de 10 bits.

DTS4: documentation technique du capteur CS024A

CS024A - Spécifications

Capteur · Girouette

Description mesure · Direction du vent

Plage de mesure · 0 à 360°

Tension de sortie · 0 à 10 V

Seuil de démarrage · 0,45 m·s⁻¹

Exactitude de mesure · ±2°

Température de fonctionnement · -50°C à +70°C

Plage d'alimentation · 4,5V à 30V DC

Potentiomètre (0% à 100%) · 0 à 10 kΩ

Hauteur totale · 33,8 cm

Longueur totale · 44,7 cm

Hauteur de l'empenage · 30,5 cm

Caractéristiques

Question C.1

En vous aidant de la documentation technique du capteur CS024A (DTS4), compléter le raccordement de ce capteur sur l'unité de traitement (DRS4). L'acquisition se fait sur l'entrée analogique n°3.

Question C.3

Les entrées analogiques de l'unité de traitement possèdent un convertisseur analogique-numérique avec une plage de tension de 0 V à 10 V et une résolution de 10 bits.

Question C.4

Le nombre obtenu en sortie du convertisseur analogique-numérique est $N = 768$.

Question C.5

Le codeur de position angulaire de la nacelle indique une orientation de 264,7° par rapport à l'angle 0° du cercle trigonométrique.

Partie D: comment afficher les paramètres de chaque éolienne en temps réel dans la salle de supervision ?

Chaque site de production possède plusieurs éoliennes et un serveur local de données. Ce dernier permet d'enregistrer les données en provenance de chaque éolienne et de les transmettre via Internet vers le serveur. Pour fonctionner en temps réel, la salle de supervision reçoit, toutes les secondes les données, de plusieurs sites de production.

Les données de chaque site sont transmises, enregistrées et mises à jour sur les écrans de supervision.

Pour vérifier la faisabilité de cette mise à jour sur ces écrans, on étudie la quantité de données à faire transiter et la vitesse de transmission.

Pour chaque éolienne, il est possible de surveiller jusqu'à 300 paramètres.

Le protocole de stockage pour 1 paramètre est le suivant:

Question D.1

Calculer la taille du fichier de stockage de l'ensemble des paramètres d'une éolienne. Exprimer le résultat en kilo-octet (1 ko = 1024 octets).

ko

Dans la salle de supervision, un serveur enregistre toutes les données reçues et chaque ordinateur vient mettre à jour son affichage en envoyant une requête.

L'architecture du réseau de la salle de supervision est donnée ci-dessous:

Le fichier de données ne peut pas être envoyé en une seule trame car celle-ci est limitée à 1 514 octets de données. Le PC n°2 transmet une requête au serveur afin de mettre à jour son affichage. L'ensemble du dialogue entre les deux machines est détaillé ci-dessous.

N°

Temps (s)

Source

Destination

Protocole

Taille (octet)

Information

1 · 0.000000 · 172.17.231.12 · 172.17.231.10 · TCP · 380 · Get /data/site23/eol08.dat TCP/1.1

2 · 0.000253 · 172.17.231.10 · 172.17.231.12 · TCP · 60 · 80 49236 [ack] Seq=470 Ack=624 win=64240 Len=0

3 · 0.000293 · 172.17.231.10 · 172.17.231.12 · TCP · 757 · [TCP segment of the reassembled PDU]

4 · 0.000798 · 172.17.231.10 · 172.17.231.12 · TCP · 757 · [TCP segment of the reassembled PDU]

5 · 0.001303 · 172.17.231.12 · 172.17.231.10 · TCP · 54 · 49236 80 [ack] Seq=624 Ack=1876 win=64240 Len=0

6 · 0.001339 · 172.17.231.10 · 172.17.231.12 · TCP · 757 · [TCP segment of the reassembled PDU]

7 · 0.001843 · 172.17.231.10 · 172.17.231.12 · TCP · 757 · [TCP segment of the reassembled PDU]

8 · 0.002348 · 172.17.231.12 · 172.17.231.10 · TCP · 54 · 49236 80 [ack] Seq=624 Ack=3282 win=64240 Len=0

9 · 0.002384 · 172.17.231.10 · 172.17.231.12 · TCP · 757 · [TCP segment of the reassembled PDU]

10 · 0.002889 · 172.17.231.10 · 172.17.231.12 · TCP · 757 · [TCP segment of the reassembled PDU]

11 · 0.003393 · 172.17.231.12 · 172.17.231.10 · TCP · 54 · 49236 80 [ack] Seq=624 Ack=4396 win=64240 Len=0

12 · 0.003429 · 172.17.231.10 · 172.17.231.12 · TCP · 258 · [TCP segment of the reassembled PDU]

13 · 0.003601 · 172.17.231.12 · 172.17.231.10 · TCP · 54 · 49236 80 [ack] Seq=624 Ack=5126 win=64240 Len=0

Question D.2

Déterminer le temps de transfert pour cette machine.

Calculer le nombre d'éoliennes qu'il est possible de superviser avec un rafraichissement des données chaque seconde.

Question D.3

Pour ce projet de ferme éolienne, conclure sur la possibilité d'effectuer une supervision en temps réel.