Pont Jules Verne à Nantes ★★★

Présentation du système et problématique

La ville de Nantes est confrontée à la saturation de son périphérique à hauteur du pont de Cheviré. Ce pont, initialement prévu pour le contournement de la ville, est aussi très utilisé pour les déplacements urbains.

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Le Pont Jule Verne est un pont transbordeur. Il s'agit d'un pont enjambant un port, un canal ou un fleuve, pour faire passer les véhicules et les personnes d'une rive à l'autre dans une nacelle (ou transbordeur) suspendue à un chariot roulant sous le tablier (source : Wikipédia).

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Le chariot se déplace grâce à deux moteurs. Ces moteurs entraînent des engrenages (réducteurs) qui à leur tour entraînent les roues du chariot. Ces roues reposent sur des rails.

Fonctionnement d'un pont transbordeur

Optimisation de la chaîne de puissance

Question 1. A partir du diagramme de blocs internes (DT1), déterminer les fonctions associées aux 3 blocs suivants : le variateur, le moteur, la nacelle.

La nacelle en charge est motorisée par deux moteurs triphasés. Le besoin total en énergie durant la phase d'accélération de 8 secondes est de 1,60 MJ.

Question 2. Calculer la puissance mécanique totale permettant de délivrer à la nacelle l'énergie nécessaire. En déduire la puissance de chacun des moteurs.

Dans un souci d’optimisation énergétique, deux types de motorisation sont comparés :

1. deux moteurs triphasés asynchrones haut rendement IE2 associés à des variateurs et des réducteurs de vitesse ;

2. deux moteurs triphasés synchrones à prise directe (Gearless) associés uniquement à des variateurs de vitesse (pas de réducteur).

On prendra en compte les rendement suivants :

• rendement d’un variateur : 0,98,

• rendement d’un réducteur : 0,89.

Explication sur le fonctionnement d'un moteur triphasé. Extrait de C'est pas sorcier sur le TGV (il s'agit ici d'un moteur synchrone).

Pertes dans la chaîne d'énergie des moteurs asynchrones

Question 3. Les données pour le moteur asynchrone sont fournies dans le DT2. Déterminer le rendement du moteur pour la puissance maximale (rendement à 100% de la puissance).

Question 4. Calculer le rendement global de la chaîne de puissance de la motorisation asynchrone (avec variateurs et réducteurs).

Question 5. En déduire les pertes totales liées à cette chaîne de puissance. Le calcul sera effectué pour une puissance utile de 100 kW par moteur.

Pertes dans la chaîne d'énergie des moteurs synchrones

Question 6. A partir du DT3 et sachant que les deux moteurs tournent à une fréquence de rotation de 600 tr⋅min-1, déterminer le rendement d'un moteur synchrone.

Question 7. Calculer le rendement global de la chaîne de puissance de la motorisation synchrone gearless (sans réducteur).

Question 8. En déduire les pertes totales liées à cette chaîne de puissance. Le calcul sera effectué pour une puissance utile de 100 kW par moteur.

Synthèse

Question 9. Les pertes dans la chaîne de puissance à moteur synchrone sont évaluées à 13,6 kW au total pour les deux motorisations. À partir de vos réponses aux questions précédentes, rédiger une conclusion (cinq lignes maximum) quant à l'optimisation énergétique de la motorisation de la nacelle. Votre conclusion précisera la motorisation répondant le mieux à une approche de développement durable raisonnée en terme d’efficacité énergétique.