Partie spécifique - Partie C : Structure tubulair… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - AC 2022

PARTIE SPÉCIFIQUE (8 points) — ARCHITECTURE ET CONSTRUCTION

Études thermique de l'espace vie du bateau et de la structure du portique arrière

Mise en situation

Après deux années de navigation et d'optimisation, Energy Observer s'apprête à accomplir une navigation historique, la plus longue depuis son départ de Saint-Malo en 2017. Il va devenir le premier navire au monde à rejoindre le cercle polaire arctique uniquement propulsé par des énergies renouvelables et de l'hydrogène: 2 400 milles à parcourir entre Saint-Pétersbourg et Longyearbyen au Spitzberg en longeant la côte ouest de la Norvège.

Travail demandé

Ce travail se décompose en deux études:

1 ère étude consacrée au confort thermique dans la base vie.

2 ème étude consacrée à la structure du portique qui supporte les panneaux photovoltaïques.

Dans un premier temps nous allons étudier les performances énergétiques de l'espace de vie du bateau, la « Nacelle ». Pour cela, il faut déterminer les besoins en chauffage pour maintenir une température convenable à l'intérieur du bateau.

Pour la construction navale, les parois sont faites en composite à structure sandwich. Ce matériau est adapté pour sa légèreté et sa rigidité. Il est composé d'une âme en mousse PVC prise entre deux plaques de kevlar.

Les parois vitrées sont en plexiglass d'une épaisseur de 7 mm et la conductivité thermique ($\lambda$) est de $0{,}19\text{ W}\cdot\text{m}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$.

Partie C: Quel est l'intérêt de choisir une structure tubulaire pour la structure porteuse ?

En raison d'un ensoleillement moins important et d'un soleil plus bas, la perspective d'une navigation en Europe du Nord laisse craindre aux ingénieurs une production réduite de 75 % avec les équipements actuels.

Pour compenser ces pertes, un portique à l'arrière de la base vie a été installé afin d'augmenter de 20 % la surface de panneaux photovoltaïques disponible.

Le portique se compose de 2 poutres principales, 8 traverses et 4 poteaux. Nous allons vérifier le dimensionnement des poutres de cette structure.

Dimensions d'une poutre creuse principale:

Données et charges à supporter

La structure doit supporter:

$27\text{ m}^2$ de panneaux photovoltaïques (charge permanente);

son propre poids (charge permanente);

l'action d'une vague d'eau (charge variable);

la charge liée à la maintenance (charge variable).

On considère que les charges sont uniformément réparties sur toute la surface de la structure et les actions sont toutes verticales et orientées vers le bas.

Masse des panneaux: $6\text{ kg}\cdot\text{m}^{-2}$;

Masse surfacique de la structure (sans les poteaux): $10\text{ kg}\cdot\text{m}^{-2}$;

Pression exercée par le vent sur la structure: $500\text{ N}\cdot\text{m}^{-2}$;

Charge d'exploitation (maintenance): $1\text{ kN}\cdot\text{m}^{-2}$;

Accélération de la pesanteur: $g = 9{,}81\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}$;

Formule à l'ELU (DT S3): $P = 1{,}35\cdot G + 1{,}5\cdot Q$.

C.1

Calculer les charges permanentes ($G$) et variables ($Q$) qui s'appliquent sur toute la surface du portique à partir du document DT S3.

C.2

En déduire la charge totale qui s'applique sur une seule poutre à l'état limite ultime (ELU).

C.3

Expliquer l'intérêt d'une structure porteuse tubulaire par rapport à une structure pleine.