Partie B - Choix multicritères des matériaux · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - ITEC 2024

Innovation technologique et éco-conception — Parc photovoltaïque flottant

Mise en situation

Le projet concerne une centrale solaire flottante. La structure accueillant la couverture photovoltaïque est composée de flotteurs de deux types:

les flotteurs principaux sont conçus pour supporter les panneaux photovoltaïques;

les flotteurs secondaires (longs ou courts), plus petits, servent d'allées de maintenance et conservent l'écartement entre les flotteurs principaux, et les flotteurs d'accès des berges à la station (non étudiés dans la partie commune).

Plan d'eau avec chemin d'accès et panneaux photovoltaïques

L'assemblage de ces flotteurs forme un îlot. La centrale est composée de deux îlots. Les flotteurs sont assemblés par des clés de connexion sauf les flotteurs du chemin d'accès à la station qui sont articulés entre eux.

Flotteur secondaire long, flotteur secondaire court, flotteur principal, biellettes, système de fixation et clé de connexion

Plusieurs modèles de panneaux peuvent être installés sur les flotteurs en adaptant le cadre qui les supporte, dans notre cas l'étude sera réalisée avec des panneaux de 1,7 m de long par 1 m de large.

Panneau photovoltaïque fixé sur un flotteur principal

Le point haut des modules photovoltaïques se situe à moins de 80 cm au-dessus de la surface de l'eau. Cette faible hauteur permet de minimiser l'impact visuel de la centrale photovoltaïque.

La structure flottante est sollicitée par divers éléments de son environnement (aléas climatiques par exemple), l'étude qui suit permettra:

de valider si le système de fixation permet une bonne stabilité des panneaux sur la structure flottante (PARTIE A);

de valider le choix du matériau des flotteurs qui sont en contact avec l'eau (PARTIE B);

de vérifier la bonne tenue aux frottements des articulations entre les flotteurs du chemin d'accès à la station (PARTIE C).

Partie A: comment s'assurer que le système de fixation des panneaux sur la structure flottante est bien adapté ?

Vue de profil du flotteur avec le système de fixation entouré

L'étude va être réalisée pour un des panneaux du parc flottant. Il s'agit d'étudier le comportement de la structure quand le vent souffle à une vitesse extrême de 150 km·h⁻¹ et particulièrement la résistance des biellettes, éléments importants de l'architecture.

L'ensemble est à l'équilibre, la masse des éléments est négligée sauf celle du panneau ($m_{panneau}$ = 18 kg) et les solides sont considérés indéformables pour les questions A1 à A4. L'étude sera réalisée dans le plan du schéma ci-dessus.

Partie B: quel matériau choisir pour les flotteurs afin de réduire l'impact environnemental ?

La station photovoltaïque est en contact direct avec l'eau. Il est primordial de bien choisir le matériau plastique des flotteurs.

Document technique DTS2: caractéristiques des matériaux plastiques

Question B.1

Trois matériaux plastiques (PVC, PETP et PEHD) peuvent convenir pour fabriquer la structure flottante. Compléter le tableau pour le PEHD et PETP en indiquant la valeur du critère puis son évaluation (+ ou -).

Critères technologiques

PVC

PEHD

PETP

Module de Young E

(valeur mini 1000 MPa)

3000 MPa

+

Étanchéité

(absorption d'eau, valeur maxi 0,2%)

0.2 %

+

Densité

(valeur maxi 1,36 g/cm³)

1.36 g/cm³

+

Température maxi d'utilisation

(valeur 60 °C)

60 °C

+

Température mini d'utilisation

(valeur mini -15°C)

-16 °C

+

Bilan

(nombre de + et de -)

5+ 0-

Question B.2

Choisir les deux matériaux qui conviennent le mieux parmi les trois possibles. Justifier votre réponse.