Partie spécifique AC - Partie A : Dimensionnement… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - AC 2026

Mise en situation

Le Centre Hospitalier de Sens réalise une extension comprenant une hélistation en toiture-terrasse. Cette infrastructure spécialisée s'intègre au complexe hospitalier existant tout en constituant un ouvrage architectural et technique à part entière.

Contexte architectural

L'hélistation représente un équipement technique de grande hauteur implanté sur la couverture du bâtiment hospitalier. Sa conception doit concilier:

intégration paysagère dans l'environnement urbain de Sens;

fonctionnalité opérationnelle pour l'évacuation sanitaire d'urgence;

compatibilité avec l'architecture hospitalière existante.

Études à mener

Dans la partie A, le travail porte sur l'indépendance structurelle de la plateforme métallique.

Dans la partie B, l'étude concerne l'intégration d'un dispositif de dégivrage sur la zone d'atterrissage.

Données du projet

Surface utile: zone d'approche finale et de décollage de 20m de diamètre (315 m²)

Charges d'exploitation: 5 tonnes (hélicoptère Airbus H145)

Matériaux principaux: structure acier, plancher aluminium

Contraintes réglementaires: normes aéronautiques, accessibilité, sécurité incendie

Cette réalisation illustre la conception d'un ouvrage technique spécialisé intégrant les exigences architecturales, structurelles et réglementaires propres aux équipements hospitaliers de haute technicité.

Partie A: la structure métallique proposée est-elle correctement dimensionnée pour assurer la stabilité et la sécurité de l'hélistation ?

Dans le cadre de la vérification de la stabilité de la structure de l'hélistation, la poutre repérée B40 est étudiée.

Dans le cadre de cette étude, l'analyse des charges est restreinte à un scénario d'atterrissage standard. Afin de réduire la complexité du modèle, les éléments de fixation (quincaillerie) ne sont pas pris en considération. Les filets de sécurité sont supposés fixés sur des profilés IPE140, eux-mêmes directement assemblés par l'intermédiaire d'un système mécano-soudé aux profilés carrés bordant la plateforme. Ces derniers sont encastrés avec la poutre B40.

DTS1: tableau d'analyse des charges

Type de charge

Désignation

Valeur

Permanentes (G)

Platelage plateforme

$0,4\ \mathrm{kN\cdot m^{-2}}$

Exploitation (Q)

Plateforme (personnel/équipement/hélicoptère)

$0,7\ \mathrm{kN\cdot m^{-2}}$

A.1

Calculer la charge permanente $G$ en kN reprise par la poutre B40.

A.2

Calculer la charge d'exploitation $Q$ en kN reprise par la poutre B40.

La valeur de charge de la neige $S_n$ est de $57\ \mathrm{kN}$, la poutre B40 a une longueur de $18,80\ \mathrm{m}$.

Le poids total aux États Limites de Service est $P_{ELS} = G + Q + S_n$.

A.3

Calculer $P_{ELS}$, le poids total porté par la poutre B40 aux États Limites de Service (ELS), puis en déduire la charge linéique $p_{ELS}$ en $\mathrm{kN\cdot m^{-1}}$ aux États Limites de Service répartie sur la poutre B40.

A.4

Indiquer si la poutre est isostatique ou hyperstatique au vu du schéma mécanique (DTS2), et justifier la réponse sans calcul.

Isostatique

Hyperstatique

A.5

Relever la valeur de la flèche maximale $f_{max}$ en m et la longueur $L$ en m de la travée la plus impactée (DTS3).

A.6

Compte tenu de la sensibilité de l'ouvrage (hôpital), vérifier que la valeur issue de la simulation respecte l'exigence du diagramme SysML (DTS4).

Poutre B40 – IPE500:

Acier S275 ($R_e = 275\ \mathrm{MPa}$);

Module de flexion plastique: $W_{pl,x} = 2,19\cdot 10^{-3}\ \mathrm{m}^3$;

$\sigma_{max} = \dfrac{M_{max}}{W_{pl,x}}$

$\sigma_{max}$ · Contrainte maximale en $\mathrm{N\cdot m^{-2}}$

$M_{max}$ · Moment fléchissant maximal en $\mathrm{N\cdot m}$

$W_{pl,x}$ · Module de flexion plastique en $\mathrm{m}^3$

A.7

Relever la valeur du moment fléchissant maximal en travée (DTS3), puis calculer la contrainte maximale $\sigma_{max}$.

A.8

Calculer le coefficient de sécurité sur les contraintes et conclure sur le dimensionnement de la poutre B40.