Partie Spécifique - Partie A : Efforts engendrés… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - ITEC 2022

PARTIE SPÉCIFIQUE (8 points)

INNOVATION TECHNOLOGIQUE ET ÉCO-CONCEPTION

Étude de l’implantation des ailes rigides OceanWings

Mise en situation

Alors qu'il constitue une ressource inépuisable en mer, le vent reste encore difficile à exploiter pour le transport maritime à grande échelle.

Energy Observer, en tant que navire expérimental, s'est fixé pour mission de tester toutes les solutions disponibles et prometteuses. Ainsi en 2019, le navire a testé un tout nouveau système: des propulseurs éoliens appelés OceanWings® (voir DT.S1). Ces propulseurs éoliens sont des voiles rigides escamotables semblables à des ailes d'avion. Elles sont installées, comme représentée sur la photo, sur les deux flotteurs du navire. Elles vont démultiplier les performances du navire en permettant:

d’accroître la vitesse, en complément des moteurs électriques;

de réduire les dépenses énergétiques, lorsqu'elles viendront soulager les moteurs électriques;

d’augmenter la production d'énergie pendant les navigations grâce à la production d'énergie hydrolienne (inversion des moteurs électriques en hydrogénérateurs).

Deux propulseurs éoliens sont implantés, un sur chaque flotteur. La liaison entre le flotteur et le propulseur doit:

supporter les efforts;

permettre la rotation des propulseurs autour de leur axe vertical;

permettre l'implantation des chaînes de puissance (rotation du propulseur éolien autour de son axe, affalage et réglage de sa courbure).

Partie A: quels sont les efforts engendrés par le vent sur un propulseur éolien ?

Question A.1

Les DT.S1 et DT.S2 présentent les propulseurs éoliens. Relever les caractéristiques de hauteur et de surface de la voile. En déduire la largeur de cette voile qui est assimilée à un rectangle.

DT.S1: OceanWings

Les Oceanwings® sont le fruit d'un concept breveté par VPLP design co-développé en partenariat avec CNIM où elles sont assemblées.

Sur Energy Observer ces ailes auront une surface de 31,5 m² chacune. La voile doit être affalée si le vent dépasse 61 km·h⁻¹.

DT.S2: implantation des mâts

Question A.2

Le propulseur éolien utilise le principe des ailes d'avions. L'écoulement de l'air autour d'une forme d'aile génère deux actions mécaniques: une portance et une trainée (voir DT.S3). La somme de ces deux vecteurs s'appelle la résultante aérodynamique.

Pour connaitre l'intensité maximale de cette résultante aérodynamique, une simulation de l'écoulement de l'air autour de celle-ci est réalisée. Les résultats sont donnés document DT.S3.

La vitesse maximale d'utilisation du propulseur éolien est de 61 km·h⁻¹.

Calculer la vitesse maximale d'utilisation en m·s⁻¹. Trouver l'incidence de la voile qui permet d'obtenir la résultante aérodynamique la plus grande. Relever sur le graphique, l'intensité maximale de cet effort.

DT.S3: résultat de la simulation d'écoulement de l'air sur la voile