Partie 5 - Résistance mécanique du mât · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - ITEC 2025

Partie 5: le mât des éoliennes peut-il résister aux actions mécaniques qu'il subit tout en limitant son impact environnemental ?

Le mât est soumis à des efforts aérodynamiques horizontaux. Dans cette partie, nous étudions uniquement la résistance du mât au vent. Une simulation a été réalisée et les résultats des sollicitations sont donnés sur le document réponse DR7.

DR7: résistance du mât seul

Question 5.1

Indiquer à quelle sollicitation est soumis le mât face au vent, en choisissant parmi les propositions suivantes:

Question 5.2

Sur la simulation du mât isolé (à gauche du document DR7), indiquer la zone de 1 à 6 la plus sollicitée du mât:

Zone

Question 5.3

Données

• La limite élastique du matériau utilisé est $R_e = 6{,}204 \cdot 10^8\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2}$;

• La contrainte maximale relevée dans le mât est $\sigma_{\max} = 7{,}056 \cdot 10^7\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2}$.

Calculer le coefficient de sécurité $s$ en appliquant la formule $s = \dfrac{R_e}{\sigma_{\max}}$:

Question 5.4

On considère qu'un coefficient de sécurité $s = 3$ est suffisant. Préciser, en justifiant, si le mât est correctement dimensionné pour résister aux efforts qu'il subit.

Question 5.5

Proposer deux pistes d'amélioration permettant d'optimiser la conception du mât, en ne considérant que la sollicitation étudiée dans cette partie.

Question 5.6

Solutions envisagées

• Solution 1: forme cylindrique creuse de volume total de matière $V_{\text{cylindrique}} = 34{,}7\ \text{m}^3$;

• Solution 2: forme conique creuse de volume total de matière $V_{\text{conique}} = 27{,}78\ \text{m}^3$.

Dans les deux cas, le matériau utilisé est l'acier.

Calculer en pourcentage le volume d'acier gagné par la solution conique par rapport à la solution cylindrique:

%

Indiquer quels sont les piliers du développement durable les plus concernés par ce gain en justifiant la réponse: