Partie A - Questions A.1 à A.4 · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - ITEC 2021

Mise en situation

Afin d'assurer une meilleure sécurité de l'Arche des petites bêtes, une étude est menée afin de remplacer la passerelle d'entrée fixe par un système (passerelle + pont-levis) mobile bloquant le passage pendant les horaires de fermeture du parc de Thoiry. Le pont sera actionné par 2 câbles tirés par un treuil installé sur la berge, sous la structure d'accès. Sa commande sera programmée ou effectuée à distance. La passerelle de sortie emploiera une solution équivalente non étudiée ici.

Une structure rigide doit assurer le guidage des câbles grâce à un point d'appui en hauteur. Symboliquement, il est décidé de lui donner la forme d'une arche, le visiteur devant la franchir afin d'accéder à l'Arche des petites bêtes.

L'ensemble de la structure sera en bois (pin) afin de s'intégrer non seulement à l'environnement et au bâtiment existant, mais aussi pour valoriser la démarche d'éco-conception.

La structure ne doit pas dépasser les 5 mètres de hauteur pour ne pas être visible depuis l'extérieur du parc.

Une solution consommant un minimum d'énergie lors des mouvements de relèvement / descente du pont-levis est recherchée. Deux solutions techniques structurelles sont comparées: une version A classique et une version B avec contrepoids qui rapporte le centre de gravité du pont mobile plus près de son axe de rotation, mais qui est plus lourde.

Version A: Pont-levis et arche statique fixée au sol

Version B: Pont-levis avec arche mobile fixée au pont

Partie A: Comment choisir la structure la plus adaptée d'un point de vue fonctionnel et éco-environnemental ?

Cette partie est traitée à partir de simulations numériques effectuées sur les deux versions de pont, avec les mêmes paramètres d'entrées (loi de vitesse sur les câbles tractant le pont mobile, matériaux employés). Les frottements ont été négligés dans l'étude.

Validation du mouvement

Afin de comparer les mouvements des deux versions, une loi de vitesse de traction des câbles est définie. Elle est donnée dans le DT-S1.

DT-S1: Loi de vitesse de traction des câbles programmée sur le logiciel de simulation

DT-S2: Diagramme des exigences

Question A.1

Déterminer la valeur de l'accélération en m·s⁻² sur chacune des plages de vitesse. Indiquer si cette loi de vitesse est cohérente avec l'exigence de durée de fermeture de l'accès à l'Arche des animaux.

Les DT-S3 et DT-S4 représentent les résultats de simulation pour chacune des deux solutions.

DT-S3: Analyse du déplacement angulaire du pont et de l'effort total dans les câbles avec la solution A

DT-S4: Analyse du déplacement angulaire du pont et de l'effort total dans les câbles avec la solution B

Question A.2

Identifier l'angle d'inclinaison maximal obtenu par chaque solution. Indiquer pour chaque solution si l'exigence angulaire du pont en position haute est respectée.

Le treuil est composé d'un motoréducteur et d'un tambour unique sur lequel s'enroule les 2 câbles (voir DT-S6). Il permet d'enrouler les deux câbles à une vitesse constante.

Validation de la puissance du moteur

Question A.3

À partir des documents DT-S3 et DT-S4, identifier l'effort de traction maximale des câbles nécessaire pour chaque solution.

Question A.4

Identifier dans le DT-S1 la vitesse maximale de déplacement des câbles. Dans la plage de vitesse constante, calculer, pour chaque solution, la puissance nécessaire pour tracter les câbles. Identifier, pour chaque solution, si l'exigence de puissance maximale est respectée.