Partie Spécifique - Partie C : Dimensionnement de… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - EE 2026

Mise en situation

Dans le cadre de la transition énergétique et du développement durable, les établissements de santé doivent aujourd'hui répondre à des enjeux cruciaux de sécurité tout en intégrant les préoccupations environnementales.

L'objectif de garantir un niveau de sécurité maximal lors de l'arrivée d'un patient par hélicoptère impose d'assurer la visibilité permanente de l'hélistation en toutes circonstances. Par ailleurs, l'acheminement sécurisé du patient, depuis l'hélicoptère jusqu'à sa prise en charge par les services d'urgences, nécessite le fonctionnement d'au moins un ascenseur dédié au transport médical d'urgence.

Cette double exigence, balisage lumineux de l'hélistation et alimentation d'un ascenseur, impose une disponibilité énergétique permanente, fiable et indépendante des défaillances potentielles du réseau électrique principal.

Pour répondre à cette exigence, plusieurs dispositifs d'alimentation électrique sont déployés:

des groupes électrogènes programmés pour un déclenchement automatique en cas de défaillance du réseau de distribution d'énergie électrique;

des circuits d'alimentation de secours raccordés au réseau principal.

Problématique générale

Comment garantir l'autonomie énergétique de l'hélistation en cas de défaillance simultanée du réseau de distribution d'énergie électrique et des groupes électrogènes de secours ?

PARTIE C: Comment assurer l'autonomie énergétique de l'ascenseur et du balisage de l'hélistation en cas de défaillance majeure ?

Pour la suite, le besoin global en énergie électrique $E_{\text{besoin}}$ permettant d'assurer le fonctionnement de l'ascenseur et du balisage sera pris égal à $3\,000\text{ Wh}$ par jour.

Une simulation numérique Calsol permet d'évaluer l'irradiation solaire moyenne journalière sur l'année.

DTS3: Irradiation solaire à Sens obtenue par simulation Calsol

Valeurs moyennes de l'irradiation solaire exprimées en $\text{kWh}\cdot\text{m}^{-2}$ par jour, pour une orientation optimale des panneaux solaires. IGP = Irradiation Globale sur le Plan des panneaux solaires (IGP = IBP + IDP + IRP).

Irradiation

Jan

Fév.

Mars

Avr.

Mai

Juin

Juil.

Août

Sep.

Oct.

Nov.

Déc.

Année

Directe (IBP)

1,77 · 1,42 · 2,24 · 2,62 · 2,93 · 2,92 · 2,53 · 2,63 · 2,82 · 1,97 · 0,94 · 0,68 · 2,12

Diffuse (IDP)

0,65 · 0,99 · 1,48 · 2,04 · 2,44 · 2,62 · 2,57 · 2,22 · 1,67 · 1,14 · 0,71 · 0,52 · 1,59

Réfléchie (IRP)

0,03 · 0,03 · 0,06 · 0,08 · 0,1 · 0,11 · 0,1 · 0,09 · 0,07 · 0,04 · 0,02 · 0,01 · 0,06

Globale (IGP)

2,44 · 2,44 · 3,77 · 4,74 · 5,46 · 5,65 · 5,19 · 4,93 · 4,56 · 3,15 · 1,67 · 1,21 · 3,78

Question C.1

Déterminer la valeur moyenne quotidienne la plus défavorable de l'Irradiation Globale sur le Plan (IGP).

DTS4: Dimensionnement du parc photovoltaïque

Formule de calcul de la puissance crête minimale à installer:

$$P_c \ge \frac{E_{\text{besoin}} \times P_i}{E_i \times PR}$$

$P_c$: puissance crête du champ photovoltaïque (kW).

$E_i$: irradiation solaire IGP ($\text{kWh/m}^2$ par jour).

$E_{\text{besoin}}$: besoin énergétique journalier ($\text{kWh}$ par jour).

$P_i$: puissance d'éclairement du panneau solaire aux conditions standards ($P_i = 1\text{ kW/m}^2$).

$PR$: ratio de performance (sans unité).

Question C.2

Les panneaux solaires sont connectés à un régulateur Maximum Power Point Tracker (MPPT) et bénéficient d'une bonne ventilation. Calculer la puissance crête à installer ($P_c$).

DTS5: Calcul de la capacité du parc de batteries

L'autonomie de réserve correspond à la capacité du parc de batteries à alimenter seul les charges électriques pendant un nombre déterminé de jours, sans apport solaire.

Autonomie de réserve ($N_J$)

Profondeur maximale de décharge ($P_D$)

Autonomie de réserve ($N_J$) $\ge 8$ jours · $80\% \le P_D$

$3\text{ jours} \le \text{Autonomie de réserve } (N_J) \le 7\text{ jours}$ · $50\% \le P_D \le 80\%$

Autonomie de réserve ($N_J$) $\le 3$ jours · $50\%$

Sens

Record de chaleur · $63{,}4\text{ }^\circ\text{C}$

Record de froid · $-10\text{ }^\circ\text{C}$

Température de fonctionnement des batteries

$-20\text{ }^\circ\text{C}$

$-10\text{ }^\circ\text{C}$

$0\text{ }^\circ\text{C}$

$10\text{ }^\circ\text{C}$

$20\text{ }^\circ\text{C}$

$30\text{ }^\circ\text{C}$

$40\text{ }^\circ\text{C}$

$50\text{ }^\circ\text{C}$

Coefficient de température ($K_T$)

0,80 · 0,85 · 0,90 · 0,95 · 1,00 · 1,04 · 1,10 · 1,13

Formule de calcul de la capacité minimale du parc de batteries à installer:

$$C_{Td} \ge \frac{N_j \times E_{\text{besoin}}}{P_D \times K_T \times U_{\text{bat}}}$$

$C_{Td}$: capacité exprimée en (Ah) du parc de batteries pour la durée Td (heure).

$Td$: $Td = N_j \times 24$ (unité en heure).

$E_{\text{besoin}}$: besoin énergétique journalier (Wh/j).

$P_D$: profondeur maximale de décharge (sans unité).

$K_T$: coefficient correctif de température (sans unité).

$U_{\text{bat}}$: tension du parc de batteries fixée à $48\text{ V}$.

$N_j$: nombre de jours d'autonomie.

Question C.3

L'autonomie de réserve souhaitée en cas de rupture totale des alimentations de secours est fixée à 2 jours. L'hôpital est situé dans une zone géographique où les températures peuvent être très basses en hiver. Déterminer dans ces conditions:

Question C.4

Calculer la capacité $C_{48}$ nécessaire du parc de batteries pour assurer une autonomie de 48 heures ($Td = 2 \times 24\text{ h}$).

Question C.5

Expliquer en quoi la solution retenue répond à la problématique générale.