La chaîne de puissance représente le cheminement de l'énergie au travers du système. Elle est constituée de plusieurs blocs dont les plus courants sont : Alimenter, Distribuer, Convertir, Transmettre. Chacun de ces blocs représente bien une fonction. Nous verrons par la suite que ces fonctions sont associées à un ou plusieurs composants du système.

La chaîne de puissance et les principales fonctions (Dufeu, 2016)

La fonction alimenter

Un système peut être alimenté de manières très différentes.

Une prise électrique du réseau EDF, des compresseurs pneumatiques, des piles et des panneaux solaires.

La fonction distribuer (ou moduler)

Cette fonction indique comment l'énergie est distribuée au bloc convertir. C'est à ce niveau que la chaîne de puissance reçoit les ordres de la chaîne d'information.

Un transistor, des relais, des distributeurs pneumatiques et un variateur de fréquence

Dans certains documents, le terme Moduler remplace le terme Distribuer mais il s'agit bel et bien de la même fonction !

Généralement, la nature de l'énergie permettant au système d'agir est différente de celle qui l'alimente. Par exemple un fer à repasser est alimenté par une énergie électrique mais c'est bien une énergie thermique qui lui permet d'assurer sa fonction. Dans ce cas, il y a conversion d'énergie électrique grâce à une résistance et l'utilisation de l'effet joule.

Une des conversion les plus fréquemment rencontrées est la conversion électrique vers mécanique. Celle-ci est assurée par des moteurs.

Les principales formes d'énergies et des exemples technologiques permettant de la conversion entre elles.

Quelques exemples d'éléments assurant une conversion d'énergie :

Un moteur électrique, un moteur thermique de voiture, un vérin et une résistance électrique

Ce bloc explique comment l'énergie fournie par l'actionneur (bloc convertir) est transmise à l'élément final de la chaîne. Par exemple, comment l'énergie mécanique d'un pédalier (bloc convertir) est transmise à la roue arrière d'un vélo : par un mécanisme pignon-chaîne (bloc transmettre).

Trois mécanismes (Réducteur, pignon crémaillère, pignon chaîne), un échangeur thermique et chargeur de téléphone.

Le bloc Agir explique comment est utilisée l'énergie transmise pour réaliser l'action désirée sur la matière d'oeuvre.

Les blocs présentés dans ce cours ne sont pas les seuls possibles. On trouve par exemple dans certains documents un bloc Adapter à la place du bloc Transmettre, un bloc Moduler à la place du bloc Distribuer ou encore un bloc Stocker pour décrire la fonction de la batterie.

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Objectifs du site

Collaboration entre enseignants

Pour collaborer avec nous et obtenir des droits de modifications du site, contacter Mathieu Bonte (Administrateur) à l'adresse suivante : mathieu.bonte@gmail.com.

L'objet de cette partie n'est pas de fournir un cours complet sur les mécanismes. Nous nous limiterons à l'étude d'un mécanisme simple mais souvent rencontré dans les chaînes de puissance : l'engrenage.

Définition : Un engrenage est un système mécanique composé de deux roues dentées.

La fréquence de rotation des moteurs (fonction convertir) n'est souvent pas adaptée à la fréquence de rotation de l'éléments en sortie du système (ex: roue).

Un engrenage permet d'adapter la fréquence de rotation d'un arbre. Il peut réduire celle-ci, on parle alors de réducteur ou, au contraire, l'augmenter, on parle alors de multiplicateur.

La petite roue (pignon) tourne plus vite que la grande roue.

Dans un engrenage on distingue la roue menante de la roue menée. La roue menante entraîne la roue menée.

Lorsque la petite roue est menante, il y a réduction de la vitesse. Au contraire, lorsque la grande roue est menante, il y a multiplication de la vitesse. Le rapport entre la fréquences de rotation en entrée et la fréquence de rotation en sortie du mécanisme est appelé facteur de réduction. On le noterrr. Il se calcule de la manière suivante :

r=ZmenanteZmeneˊer = \frac{Z_{menante}}{Z_{menée}}r=Zmeneˊe​Zmenante​​

AvecZZZle nombre de dents de la roue dentée.

De plus, on peut calculer la fréquence de rotation de sortie à partir de celle d'entrée et du rapport de réduction :

Nsortie=r×NentreˊeN_{sortie} = r \times N_{entrée}Nsortie​=r×Nentreˊe​

La fréquence de rotation d'un arbre est notéeNNNest s'exprime en tours par minutes (tr/mintr/mintr/min)

On parle parfois de vitesse angulaire pour exprimer la vitesse à laquelle tourne un arbre. La vitesse angulaire est notéeω\omegaωest s'exprime en radians par secondes (rad/srad/srad/sous−1s^{-1}s−1).

Pour passer deNNNàω\omegaωon utilise la formule suivante :

ω=2π.N60\omega = \frac{2 \pi.N}{60}ω=602π.N​

Le rendement d'un engrenage est généralement supérieur à 95%

La puissance caractérise la performance d'un système à un instant donné. Elle s'exprime en Watt (W) ou en Joule/seconde (J/s).

Quelques ordres de grandeur de puissances :

• télévision : 100 W,

• vélo électrique : 250 W,

• radiateur électrique : 2 kW,

• voiture citadine : 75 kW,

• camion semi-remorque : 350 kW,

• éolienne : 2 MW,

• train : 10 MW,

• avion : 80 MW,

• centrale nucléaire : 1 GW

L'énergie caractérise la consommation de ce système pendant une durée. Elle s'exprime en Joule (J).

Puissance et énergie sont liées par la relation suivante :

avec, E l'énergie exprimée en Joule (J), P la puissance exprimée en Watt (W), et t le temps exprimé en seconde (s).

Le joule est peu utilisé dans l'ingénierie, on préférera souvent utiliser le Watt-heure (Wh). Il faut alors veiller à la cohérence des unités dans la relationE=P×tE = P \times tE=P×t où la puissance doit être en Watt et le temps en heures. De plus :

1Wh⟺3600J1 Wh \iff3600J1Wh⟺3600J

Quelques rappels de physique

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Rendement d'un bloc

Les transferts de puissance vus dans les paragraphes précédents ne sont pas parfaits. En d'autres termes, à chaque transfert (entre deux blocs), il y a une perte d'énergie. Ces pertes sont dissipées sous forme de chaleur. Par exemple, la chaleur dissipée par un chargeur de téléphone provient des pertes dues à la transformation de la tension (230V → 5V).

A partir de cet exemple, on peut modéliser la chaîne suivante :

Dans le cas d'un chargeur de téléphone, les pertes représentent entre 20 et 40% de l'énergie entrante (P1 sur le schéma). Le chargeur (bloc transmettre) restitue donc moins d'énergie en sortie (P2).

Si on prend en compte 20% de pertes, cela signifie que P2 est égal à 80% (100% - 20%) de P1. Ce pourcentage (80% dans notre cas) est appelé le rendement.

Le rendement d'un bloc de la chaîne d'énergie est noté (Êta). Il est le rapport entre la puissance utile et la puissance absorbée. La puissance absorbée est la puissance à l'entrée du bloc et la puissance utile est la puissance de sortie.

Il se calcule de la manière suivante :

η=PuPa\eta=\frac{P_u}{P_a}η=Pa​Pu​​

AvecPuP_uPu​ la puissance utile (W),PaP_aPa​ la puissance absorbée (W) etη\etaηle rendement (sans unité ou exprimé en %).

Quelques exemples de machines et leur rendement :

Le rendement global d'une chaîne de puissance est le produit des rendements de chaque bloc :

ηglobal=η1×η2×η3×...×ηn\eta_{global}=\eta_{1} \times \eta_{2} \times \eta_{3} \times ...\times \eta_{n}ηglobal​=η1​×η2​×η3​×...×ηn​

Le rendement global d'une chaîne d'énergie est donc nécessairement inférieur au rendement du plus mauvais des étages de la chaîne de puissance ! D'où la nécessité de soigner la conception de chaque étage dans un souci d'efficacité énergétique globale.

Les représentations précédentes de la chaîne d'énergie sont utiles, mais quelque peu limitées :

• il faut que les systèmes restent simples (pas trop de blocs)

• il n'y a pas de standard de représentation, chacun peut représenter une chaîne de puissance comme il l'entend.

Quelques exemples de représentations différentes de la chaîne de puissance :

Les représentations des chaînes de puissance ne sont pas uniformes

Ces différentes manières de représenter la chaîne de puissance sont susceptibles de poser problème lorsque l'on souhaite communiquer avec d'autres acteurs d'un projet.

Pour résoudre ce problème, un standard a été créé pour spécifier la manière dont on doit modéliser une chaîne de puissance (et bien d'autres choses dans le cadre d'un projet). Ce standard est le SysML (System Modeling Language).

Du fait qu'il est standard, il permet ainsi à toutes les entreprises qui l'utilisent de modéliser de la même manière. Elles communiquent plus efficacement et minimisent les sources d'erreurs. Nous allons voir également que l'on peut modéliser des systèmes plus complexes avec le SysML qu'avec la modélisation que nous avons vu précédemment.

Exemple de diagramme de blocs internes tiré du sujet de Baccalauréat STI2D 2017.

Les noms des fonctions n'apparaissent plus dans le diagramme de blocs internes. On ne retrouve que le nom des composants de la chaîne de puissance.

Les flèches de la chaîne de puissance classique (entre deux blocs) sont remplacées par des traits orientés par le sens des flèches à leurs extrémités.

Enfin, le type d'énergie qui transite entre deux blocs doit apparaître.

Présentation du système et problématique

Une pompe centrifuge est un type de pompe hydraulique qui sert à fournir une énergie cinétique à un fluide (augmentation de la vitesse), ce qui permet de faire augmenter la pression.

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Animation d'une pompe centrifuge

Pompe centrifuge au miroir d'eau de Bordeaux

A partir de mesures effectuées sur une installation, on souhaite étudier la pompe pour déterminer son rendement.

Étude de la chaîne de puissance de la pompe centrifuge

La pompe étudiée est alimentée en 250 V. La campagne de mesures a permis de déterminer les valeurs suivantes : la pompe absorbe une puissancePabsorbeˊe=50WP_{absorbée} = 50WPabsorbeˊe​=50W, elle délivre une différence de pressionp=58,86Pap=58,86Pap=58,86Pa et un débitQ=600L.s−1Q = 600 L.s^{-1}Q=600L.s−1 .

Question 1. Identifier la nature des énergies en entrée et en sortie de la pompe. (voir dans le cours)

Question 2. La fonction de la pompe est : alimenter, stocker, moduler, convertir ou transmettre ? Justifier votre réponse.

Question 3. Identifier les grandeurs de flux et d'effort en entrée (voir dans le cours)

Question 4. Identifier les grandeurs de flux et d'effort en sortie.

Question 6. Rappeler la formule permettant de calculer la puissance hydraulique (à trouver dans le cours).

Question 7. Calculer la valeur de la puissance hydraulique fournie par cette pompe.

Question 8. Déterminer le rendement de cette pompe.

La puissance (en W) est le produit d'une grandeur d'effort et d'une grandeur de flux.

Le tableau suivant récapitule les grandeurs les plus courantes ainsi que la relation associée permettant de calculer la puissance.

Finalement, pourquoi parle-t-on de chaîne de puissance ? Pour l'instant, nous représentons seulement les différentes fonctions et les éléments qui leur sont associés sous forme de bloc. Toutefois, aucune puissance n'apparaît dans la chaîne. En réalité entre chaque bloc, il y a transfert d'énergie. Comme nous l'avons vu, cette énergie peut être de différentes formes : mécanique, électrique, pneumatique etc.

En prenant l'exemple d'une voiture électrique, on peut représenter ces transferts de puissance (ou d'énergie) sur la chaîne en faisant apparaître les grandeurs d'effort et de flux.

Fonction alimenter ou stocker

L'autonomie énergétique est un problème important dans l'étude des systèmes. Il est fréquent que le système étudié soit muni d'une batterie et que celle-ci soit l'objet d'un dimensionnement. En d'autres terme, il est nécessaire de savoir estimer sa capacité.

Dans le domaine du stockage de l'électricité, on utilise non pas le J ou le Wh pour quantifier l'énergie mais l'ampère-heure (Ah). Cette unité permet d'exprimer l'énergie stockée dans une batterie ou une pile. Il s'agit de sa capacité à débiter un courant pendant une heure.

Par exemple, une batterie d'iPhone 6 possède une capacité d'environ 2 Ah. Cela signifie qu'elle est capable de fournir aussi bien :

• 2 A pendant 1 heure

• 1 A pendant 2 heures

• 4 A pendant 30 minutes.

La capacité d'une pile ou d'une batterie ainsi que le courant et le temps sont liés par la relation suivante :

AvecCCCla capacité de la batterie en Ah,IIIle courant en A ettttle temps en heure.

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Présentation du système et problématique

Un fabricant d'outillage professionnel souhaite étudier la performance énergétique (rendement et autonomie) de son produit phare : une perceuse. Le diagramme de définition des blocs est donné ci-dessous.

Etude de la chaîne de puissance

Question 1. Numéroter les différentes parties sur le schéma en vous aidant du diagramme (diagramme de définition des blocs) ci-dessus.

Pour aller plus loin : Un cours résumé sur la modélisation avec le langage SysML qui explique notamment ce qu'est un diagramme de définition des blocs.

Question 2. Compléter la chaîne de puissance suivante :

Question 3. A partir du diagramme de définition des blocs, déterminer le rapport de réduction du réducteur à engrenages (voir exercice résolu ) ?

Question 4. Calculer la vitesse de rotation du foret.

Question 5. Calculer la puissance en sortie du moteur sachant que la puissance utile de la perceuse est de 360 W et que le rendement du réducteur est de 80%.

Question 6. Le moteur absorbe un courant 31 A (alimenté par la batterie). Calculer la puissance absorbée par le moteur, en déduire son rendement. (Aide : La tension d'alimentation du moteur est celle délivrée par la batterie).

Question 7. En déduire le rendement global de la chaîne d'énergie.

Question 8. Sachant que le courant fourni par la batterie est de 31 A et que la capacité de la batterie est de 2 Ah, calculer l'autonomie de la perceuse en minutes. (Aide : Voir le problème résolu ).

Suite au résultats précédents, le fabricant décide de remplacer le moteur pour un plus performant. Le nouveau moteur possède un rendement de 95%.

Question 9. Calculer la nouvelle puissance absorbée par le moteur.

Question 10. Calculer le courant délivré par la batterie pour alimenter le moteur en prenant en compte la puissance calculée à la question précédente.

Question 11. Calculer à nouveau l'autonomie de la perceuse.

Le fabricant décide en plus de changer le réducteur pour un plus performant. Le nouveau réducteur possède un rendement de 98%.

Question 12. Déterminer l'autonomie de la perceuse.

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Présentation du système et problématique

Les loisirs font partie intégrante des sociétés de consommation actuelles. Les hommes apprécient particulièrement les voyages et les vacances. Certains optent pour le caravaning afin de goûter au mieux ces moments de détente. Pour positionner correctement une caravane sur un emplacement dans un terrain, il faut manœuvrer celle-ci attelée au véhicule qui la tracte, ce qui n’est pas toujours très aisé. Il est donc souvent nécessaire de « dés-atteler » et de positionner manuellement la caravane. Cette opération, qui peut s’avérer très pénible, a donné naissance au besoin à l’origine de la conception d’un nouveau système : un petit robot tracteur, télécommandable à distance. Ce petit robot, dont le nom commercial est Camper Trolley, possède les caractéristiques techniques suivantes :

Présentation vidéo de l'utilisation du Camper Trolley

Chaîne de puissance

Question 1. À l’aide de la présentation du système, déterminer les informations manquantes de la chaîne de puissance ci-dessus.

Autonomie de la batterie

Le courant absorbé par le Camper Trolley en fonctionnement d’avance linéaire en condition de traction maximale vaut 13 A par moteur, soit 26 A au total. La capacité de la batterie est de 5600 mAh.

Question 2. Calculer l’autonomie du Camper Trolley dans ces conditions (en minute et seconde). Comparer votre résultat avec la documentation constructeur.

Question 3. Calculer la distance maximale (en mètre) que peut parcourir le Camper Trolley dans ces conditions. On prendra une vitesse de 6,5 m/min.

Question 4. Sachant que le courant fourni par le chargeur est de 1 A, calculer le temps de recharge de la batterie du Camper Trolley.

Question 5. Faire correspondre (relier) les caractéristiques du moteur avec les valeurs.

Question 6. A partir des caractéristiques du moteur, calculer la fréquence de rotation en entrée du réducteur.

Question 7. En traction maximale, le courant absorbé par un moteur est de 13 A pour une tension de 12 V. Calculer la puissance Pa absorbée par un moteur.

Question 8. La puissance utilePuP_uPu​ du moto-réducteur étant de 95 W, calculer son rendement.

Question 9. Le rendement de la transmission pignon-chaîne étant de 97%, calculer le rendement global de la chaîne de puissance.

Mise en situation

La société MDI basée au Luxembourg conçoit, développe et produit une gamme de solutions techniques autour de sa technologie à air comprimé.

Transports, véhicules utilitaires et de collecte des déchets, production et stockage de l’énergie pneumatique sont les domaines couverts par cette gamme. MDI travaille aussi au développement des stations d’air (fixes et mobiles) permettant le remplissage de ses véhicules en seulement deux minutes.

Les moteurs pneumatiques MDI sont réversibles et peuvent fonctionner en mode compresseur.

Il suffit donc de brancher le véhicule sur une simple prise électrique pour faire le plein d’air. Sur une prise dont l'intensité maximum est de 32 A sous 230 V, 3 heures et 30 minutes sont nécessaires pour une recharge complète.

L'étude concerne principalement le véhicule nommé « AirPod », visible sur les images ci-dessus et dont les caractéristiques techniques sont données en DT9.

Problématique générale

L'étude portera sur l'évaluation de la compétitivité technique du véhicule « AirPod » utilisé dans le domaine des transports, en particulier son autonomie.

Pour pouvoir vendre l’« AirPod » en Europe, la société MDI doit se conformer à la législation concernant les véhicules à quatre roues, celui-ci doit donc être classé dans une catégorie administrative.

Question 1. Désigner dans quelle sous-catégorie le véhicule « AirPod » est classé. Indiquer trois critères techniques permettant de confirmer le classement dans cette sous-catégorie. (DT9, DT10)

Le véhicule « AirPod » utilise principalement l'énergie pneumatique stockée dans des réservoirs d'air comprimé pour assurer les fonctions : se déplacer sur le sol, se diriger, commander la boîte de vitesses automatique.

Question 2. Sur le document DR7, identifier le flux d'énergie partant des réservoirs d'air comprimé pour assurer la fonction déplacer le véhicule sur le sol, en le surlignant. Calculer, à l’aide du tableau du DT11, le rendement globalηG\eta_GηG​ de cette chaîne d'énergie pour le véhicule « AirPod ».

On définit la relation de l'énergie pneumatiqueEEE [J] contenue dans un réservoir d'air de volumeVVV [m3] à la pressionppp [Pa] parE=p×VE=p \times VE=p×V(1 bar =10510^5105 Pa).

Question 3. Calculer l'énergie pneumatique totaleEPTE_{PT}EPT​en joule [J] disponible dans les réservoirs d'air comprimé. Calculer l'énergie mécanique Em en J puis en kW·h transmissible au sol par les roues motrices, sachant que l'on considère un rendement global du véhicule « AirPod » de 60 % (1 kW·h = 3 600 x10310^3103 J). (DT9)

La vitesse moyenne d'un véhicule en réseau urbain est de 24 km·h-1. On considère que le véhicule « AirPod » se déplace sur un sol horizontal. Le moteur pneumatique est réversible, on suppose alors que l'énergie absorbée pour accélérer est récupérée lors du freinage.

Question 4. À l'aide de la courbe du document DT11, déterminer, pour cette vitesse, la valeur de la résistance aérodynamique . En additionnant toutes les composantes horizontales des actions mécaniques (sur l'axe X) qui s'opposent au déplacement du véhicule « AirPod » (voir schéma ci-dessous), calculer la puissanceP24P_{24}P24​ en W nécessaire pour assurer un déplacement à la vitesse de 24 km/h. On définit la relation de la puissancePPP [W], d'une forceFFF [N] se déplaçant à la vitesseVVV [m·s-1] parP=F×VP=F \times VP=F×V.

Schéma pour l'« AirPod » se déplaçant à la vitesse de 24 km·h-1 :

L'énergie mécanique disponible est égale à 1kW·h. Pour une vitesse moyenne constante de 24 km·h-1, on considère que la puissance moyenne nécessaire pour déplacer le véhicule « AirPod » est de 300W.

Question 5. Dans ces conditions, calculer le temps de fonctionnement en heures et l'autonomie en kilomètres du véhicule « AirPod ».

Question 6. À partir du questionnement précédent, justifier en quoi le véhicule « AirPod » est un véhicule urbain.

Exercice 1. Formes d'énergies

Source : Dufeu, B., Marti, B. and Richet, A. (2016). Enseignements technologiques transversaux. Paris: Bertrand-Lacoste.

Pour chaque type de produit, indiquer l'énergie utilisée.

Exercice 2. Energie d'un four à mico-ondes

Un four à micro-ondes d'une puissance de 750 W fonctionne pendant 1 minute 30. Calculer l'énergie consommée par le four à micro-ondes.

Il faut tout d'abord s'assurer que les données sont à la bonne unité :

• puissance en W ? Oui,

• temps en secondes ? Non. Il faut donc convertir le temps en secondes :

1 minutes 30 secondes → 90 secondes

On peut ensuite se servir de la relationE=P×tE = P \times tE=P×t, On trouve :

E=P×t=750×90=67500J=68kJE = P \times t=750\times90=67500 J=68kJE=P×t=750×90=67500J=68kJ

L'énergie consommée par le four à micro-ondes est donc E = 68 kJ.On peut également donner le résultat en Wh :

E=67500/3600=19WhE = 67500/3600=19WhE=67500/3600=19Wh

On se rappellera que3600J⟺1W.h3600J \iff 1W.h3600J⟺1W.h

Source : Dufeu, B., Marti, B. and Richet, A. (2016). Enseignements technologiques transversaux. Paris: Bertrand-Lacoste.

Source : Dufeu, B., Marti, B. and Richet, A. (2016). Enseignements technologiques transversaux. Paris: Bertrand-Lacoste.

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La motorisation d'une voiture radiocommandée électrique est constituée des éléments suivants :

• deux roues motrices,

• un moteur électrique,

• un variateur de vitesse,

Compléter la chaîne de puissance de la voiture électrique

Tout d'abord, repérons les éléments les plus évidents :

• la batterie permet de fournir l'énergie à notre système : la voiture électrique.

• Le système dispose d'un moteur. Les moteurs sont toujours associés au bloc Convertir.

• Le rôle des engrenages est d'adapter une vitesse de rotation (généralement la réduire). La fonction adapter est toujours associée au bloc Transmettre.

Une fois les blocs les plus évidents déterminés, il reste à trouver quels éléments sont associés aux fonctions Distribuer et Agir. Les deux éléments restant étant le variateur et les roues, on peut en déduire aisément leurs fonctions.

On trouve ainsi la chaîne de puissance suivante :

La chaîne de puissance d'une voiture électrique est constituée des éléments suivants :

• un ensemble de batteries assurant l'alimentation en énergie de la voiture,

• un variateur, permettant de convertir la tension continue délivrée par la batterie en tension alternative pour faire fonctionner le moteur électrique synchrone, un moteur électrique synchrone,

• un moteur électrique synchrone

L'ensemble est représenté par la chaîne d'énergie suivante :

Calculer le rendement global de la chaîne de puissance de la voiture électrique

Nous savons que le rendement global d'une chaîne d'énergie se calculer grâce à la relationηglobal=η1×η2×...×ηn\eta_{global}=\eta_1 \times \eta_2 \times ... \times \eta_nηglobal​=η1​×η2​×...×ηn​. En replaçant les différents rendements dans la formule, on arrive à :

ηglobal=ηbatterie×ηvariateur×ηmoteur×ηtransmission\eta_{global}=\eta_{batterie} \times \eta_{variateur} \times \eta_{moteur} \times \eta_{transmission}ηglobal​=ηbatterie​×ηvariateur​×ηmoteur​×ηtransmission​

A.N:

ηglobal=0,95×0,97×0,91×0,88=0,74\eta_{global}=0,95 \times 0,97 \times 0,91 \times 0,88 = 0,74ηglobal​=0,95×0,97×0,91×0,88=0,74

En conclusion, la chaîne possède un rendement global de 74%.

La torche LED stylo PS-P2

La torche LED stylo PS-P2 consomme un courant de 250 mA. Elle est alimentée par 2 piles AAA en série qui délivrent une tension de 3V et ont une capacité de 1250 mAh.

Calculer l'autonomie de la torche.

Les piles ont une capacité de 1250 mAh. Cela signifie qu'elles peuvent délivrer 1250 mA pendant une heure. Toutefois, la torche absorbe un courant de 250 mA, soit 5 fois moins (1250/250 = 5).

On peut également résoudre la problème grâce à la formuleC=I×tC=I \times tC=I×t :

On aC=I×tC=I \times tC=I×t donc :

t=CI=1250.10−3250.10−3=5,0ht=\frac{C}{I}=\frac{1250.10^{-3}}{250.10^{-3}}=5,0ht=IC​=250.10−31250.10−3​=5,0h

La lampe torche possède une autonomie de 5 heures.

Moteur et engrenages (multiplicateur)

Question 1. Ce système réduit-il ou augmente-t-il la vitesse de l'arbre de sortie par rapport à celle du moteur ?

Question 2. Sachant que la grande roue comporte 21 dents, la petite 7, calculer le rapport de réduction.

Question 3. Sachant que le moteur tourne à 600 tr/min, calculez la vitesse de rotation de l'arbre de sortie.

On décide d'utiliser l'arbre de sortie du montage précédent pour soulever une charge.

Question 4. L'arbre de sortie va-t-il être capable de soulever une charge plus importante ou moins importante que le moteur seul ? Pourquoi ?

On équipe maintenant le moteur de la manière suivante :

Question 5. Quel est le rapport de réduction du système (Zpignon=10 dents et Zroue=40dentsZ_{pignon}=10 \text{ dents et } Z_{roue}=40 \text{dents}Zpignon​=10 dents et Zroue​=40dents) ?

Question 6. Sachant que la fréquence de rotation du moteur est de 600 tr/min, en déduire la fréquence de rotation de l'arbre de sortie.

Question 1. La roue dentée fixée sur le moteur est plus grande que celle de l'arbre de sortie. Ce dernier tournera donc plus vite que le moteur.

Question 2. On aZe=21Z_e=21Ze​=21dents etZs=7Z_s=7Zs​=7dents, on peut donc calculer le rapport de réduction :

r=ZeZs=217=3r = \frac{Z_e}{Z_s}=\frac{21}{7}=3r=Zs​Ze​​=721​=3

Le rapport de réduction est supérieur à 1, il s'agit donc d'un multiplicateur (et non d'un réducteur).

Question 3. Le rapport de réduction est de 3, la fréquence de rotation en sortie du système sera donc :

Ns=r×Ne=3×600=1800tr/minN_s = r \times N_e = 3 \times 600 = 1800 tr/minNs​=r×Ne​=3×600=1800tr/min

Question 4. L'arbre de sortie va être capable de soulever une charge moins importante que le moteur car il tourne plus vite que le moteur.

Question 5. Le système possède deux étages de réduction. On en déduit que :

rsysteˋme=r1×r2=Ze1Zs1×Ze2Zs2=1040×1040=0,0625r_{système} = r_{1} \times r_{2} = \frac{Z_{e1}}{Z_{s1}} \times \frac{Z_{e2}}{Z_{s2}} = \frac{10}{40} \times \frac{10}{40} = 0,0625rsysteˋme​=r1​×r2​=Zs1​Ze1​​×Zs2​Ze2​​=4010​×4010​=0,0625

Question 6. On en déduit que la fréquence de rotation de l'arbre de sortie est :

Ns=r×Ne=0,0625×600=30tr/minN_s = r \times N_e = 0,0625 \times 600 = 30tr/minNs​=r×Ne​=0,0625×600=30tr/min

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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

Question 1. A partir du diagramme de blocs internes (), 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).

Question 3. Les données pour le moteur asynchrone sont fournies dans le . 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.

Question 6. A partir du 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.

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.

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• Une chaîne d'énergie est constituée de différents blocs. Chaque bloc possède une fonction qui lui est propre. Les blocs sont associés à des composants du système.

• Les flèches entre les blocs symbolisent la transmission d'une puissance.

• La puissance en sortie d'un bloc est inférieure ou égale à celle en entrée (rendement).

• Suivant la forme d'énergie (électrique, mécanique etc.), la puissance se calcule différemment.

La puissance est le produit d'une grandeur d'effort et d'une grandeur de flux. Suivant la nature de l'énergie en jeu, la puissance se calcule de manières différentes :

• Le rendement d'un bloc se calcule grâce à la relation suivante (Pu étant la puissance utile, en sortie du bloc) :

η=Pu(W)Pa(W)\eta = \frac{P_{u(W)}}{P_{a(W)}}η=Pa(W)​Pu(W)​​

• La capacité d'une batterie est liée au courant et au temps par la relation :

C(Ah)=I(A)×t(h)C_{(Ah)}=I_{(A)} \times t_{(h)}C(Ah)​=I(A)​×t(h)​

• Un réducteur est souvent utilisé pour transmettre l'énergie mécanique en sortie d'un moteur. SoitZZZle nombre de dents d'une roue du réducteur, le rapport de réduction se calcule grâce à la relation :

r=ZmenanteZmeneˊe=ΩsortieΩentreˊer = \frac{Z_{menante}}{Z_{menée}}= \frac{\Omega_{sortie}}{\Omega_{entrée}}r=Zmeneˊe​Zmenante​​=Ωentreˊe​Ωsortie​​

​Ω\OmegaΩreprésente la vitesse angulaire (rad.s−1rad.s^{-1}rad.s−1) ou la fréquence de rotation (tr.min−1tr.min^{-1}tr.min−1) en entrée et en sortie de l'engrenage.

Présentation du système et problématique

Un groupement d’industriels européens développe et produit un scooter électrique. Celui-ci est mu par un moteur brushless directement inséré dans la roue arrière.

Le scooter est largement utilisé pour les déplacements urbains. Les utilisateurs se déclarent intéressés par un modèle leur permettant des déplacements plus longs et vers des zones rurales. Pour augmenter l'autonomie, les constructeurs veulent améliorer la chaîne de puissance du scooter. Pour ce faire ils évaluent le rendement global de la chaîne, avant d’envisager le remplacement éventuel de ses composants. Un diagramme de blocs internes simplifié décrit cette chaîne de puissance.

Etude du rendement de la chaîne de puissance

Afin de réaliser la mesure de la fréquence de rotation de la roue, une bande réfléchissante est collée sur le pneu. La fréquence de rotation de la roueNroueN_{roue}Nroue​est mesurée en pointant le faisceau lumineux du tachymètre, vers la bande. La mesure indiqueNroue=535tr/minN_{roue} = 535 tr/minNroue​=535tr/min.

Question 1. Justifier, à partir de la valeur mesurée sur le tachymètre que la vitesse angulaireωroue\omega_{roue}ωroue​est égale à 56 rad/s.

Le banc de mesure à rouleaux permet la mesure du couple exercé par la roue arrière :Croue=51N.mC_{roue}=51 N.mCroue​=51N.m.

Exemple d'essai sur un banc de puissance

Question 2. Calculer, à partir deCroueC_{roue}Croue​et deωroue\omega_{roue}ωroue​, la puissance utile de sortie du scooter (en W).

Lors du fonctionnement du scooter sur son banc, l’intensité et la tension absorbées en entrée du variateur sont mesurées. On obtient I = 270 A et U = 11,6 V.

Question 3. Calculer, à partir des valeurs mesurées, la puissance absorbée en entrée du variateur (en W).

Question 4. Montrer alors que le rendement énergétique de l’ensemble variateur-moteur-roue vaut 0,92.

Question 5. Conclure, à l'aide du tableau ci-dessous, sur l'intérêt (ou non) de modifier la motorisation du scooter.

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DT11 : Rendements des constituants et résistance aérodynamique du véhicule

Tableau des rendements des constituants du véhicule « AirPod »

Évolution de l’effort résistant aérodynamique du véhicule « AirPod »

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Les forces (actions réactions)

Pour t'amuser sur les forces

Les moments

L’effet d’une force appliquée sur un solide peut provoquer son déplacement en translation mais également en rotation. Pour modéliser ces effets de rotation on utilise la notion de moment.

Quelques exercices de lancement pour comprendre la Statique des Solides

Modélisation des Actions Mécaniques

Résolution graphique

Résolution analytique (sans vecteur)

Résolution vectorielle

Ce qu'il faut retenir

Les actions mécaniques

La réprésentation des forces !

La représentation vectorielle (pour l'exemple ci-dessus)

La représentation sous forme de torseur

De manière générale la représentation sous forme de torseur se décrit comme suit:

Pour l'exemple ci-dessus on aura donc:

Pour t'amuser!

Pour t'exercer en t'amusant !

Enoncé du P.F.S.

Enoncé qualitatif du P.F.S.

Si un système de solides est en équilibre, alors la somme des actions mécaniques extérieures à ce solide ou ce système est nulle. (ce qui n'est pas nécessairement réciproque …)

Bilan des actions mécaniques extérieurs.

Isoler un solide consiste à le séparer du reste du mécanisme afin d’effectuer :

• le bilan des actions mécaniques qui lui sont appliquées par l’extérieur (ce sont celles qui "traversent la frontière)

Méthode utilisant un graphe des liaisons :

• On ajoute au graphe des liaisons, les efforts extérieurs au mécanismes : des actionneurs (moteurs, vérins), des récepteurs, des fluides, des solides déformables (ressorts) et des actions mécaniques à distance.

• On entoure le système isolé par une courbe représentant la frontière entre le système et l’extérieur.

• Tous les traits coupés symbolisent une action mécanique extérieure au système.

La somme des torseurs modélisant les actions mécaniques extérieures au système isolé est égal au torseur nul.

Mathématiquement, il faut que tous les torseurs soient écrits au même point (n'importe lequel, mais il faut faire preuve de finesse pour choisir le bon).

• Deux glisseurs.

Si le solide est soumis à deux actions mécaniques modélisées par deux glisseurs, alors le P.F.S. s’écrit : Les deux glisseurs ont même support, sens opposés et même norme.

C’est une configuration que l’on retrouve quasi systématiquement pour les bielles ( cf ci-dessous).

• Trois glisseurs.

+ Trois glisseurs non parallèles.

Si le solide est soumis à trois actions mécaniques modélisées par trois glisseurs non parallèles, alors le P.F.S. s’écrit :

1. Les trois glisseurs ont leurs supports concourants (ils se coupent au même point)

2. la somme vectoriel des trois résultantes est nulle (le triangle formé par ces trois vecteurs est fermé).

+ Trois glisseurs parallèles.

Si deux des glisseurs sont parallèles, le troisièmes est nécessairement parallèle ; il n'y a donc pas de point de concourrance. Donc, retour à une méthode analytique (résultat simple : bras de levier).

Un ouvrier utilise un pied de biche pour arracher un clou.

Au point M, il exerce une force FM d’intensité 90 N, perpendiculaire au manche du pied de biche. Le pied de biche exerce une force FC sur la tête du clou, perpendiculairement au pied de biche.

Le pied de biche pivote autour de l’axe de rotation Δ.

1. Calculer le moment en O de la force FM exercée en M par la main de l’ouvrier.

Sachant que = ℳΔ(F→C) = ℳΔ(F→M)

2. Calculer l’intensité de la force exercée en C sur la tête du clou par le pied de biche.

Un ouvrier utilise un pied de biche pour arracher un clou.

Au point M, il exerce une force FM d’intensité 90 N, perpendiculaire au manche du pied de biche. Le pied de biche exerce une force FC sur la tête du clou, perpendiculairement au pied de biche.

Le pied de biche pivote autour de l’axe de rotation Δ.

1. Calculer le moment en 0 de la force FM exercée en M par la main de l’ouvrier.

Sachant que = ℳΔ(F→C) = ℳΔ(F→M)

2. Calculer l’intensité de la force exercée en C sur la tête du clou par le pied de biche.

​

Le document ci-dessous est un extrait du BAC de 2009:

Pourtant de nombreux accidents arrivent :

Regarder la vidéo et répondre aux questions :

1.Quelle est la principale fonction d’une grue ?

2. Expliquer les différents risques de chute d’une grue.

3. Quel système est mis en place pour assurer une meilleure stabilité de la grue.

1. Quelle est la principale fonction d’une grue ?

Les grues permettent de soulever d’importantes charges comme les marchandises dans les ports ou du matériel sur les chantiers de construction.

2. Expliquer les différents risques de chute d’une grue.

- La distance entre la charge et la grue augmente, ce qui entrainement un basculement en avant de la grue.

- Lorsque la grue tourne, cela génère des charges horizontales.

- Lorsqu’il y a deux grues, le mouvement d’une d’elle part rapport à l’autre peut entrainer des charges horizontales entrainant un risque de chute.

3. Quel système est mis en place pour assurer une meilleure stabilité de la grue.

Le système mis en place est un contrepoids.

4. Isoler la grue et déterminer les différentes forces appliquées à la grue. Décrire leur direction, leur sens et leur point d’application.

Force de gravité (poids)

- point d’application : centre de gravité

- direction : verticale

- sens : vers le bas

Réaction du sol/grue

- point d’application : contact entre le sol et la grue

- direction : verticale

- sens : vers le haut

5. Faire un schéma de la grue soulevant le tank, dessiner les forces appliquées au système.

6. Expliquer pourquoi la grue ne se renverse pas dès que le tank est soulevé, mais dans un second temps.

La grue se renverse quand la distance entre la charge (le tank) et le camion augmente suffisamment

7. Dans un premier temps, calculer le moment du contrepoids sur la base de la grue. Notons Mcp ce moment.

Mcp = F x D

Mcp = m x g x D

Mcp = 4000*9.81*10

Mcp = 392400 N.m

8. Calculons maintenant Mpm , le moment créé par la poutre métallique au niveau de la base de la grue.

Mpm =FxD

Mpm = m x g x D

Mpm=476x9.81x37

Mpm=-172773.72 N.m

9. Lorsque nous mettons en place la poutre métallique (question 6). Y a –t-il un risque de retournement de la grue ?

Mpm<Mcp

Le moment généré par la poutre métallique en A est inférieur au moment généré par le contre poids, pas de risque de basculement.

10. Chercher la valeur de la masse m maximum que peut soulever la grue en bout de flèche.

Le moment maximum de l’objet soulevé est le moment généré par le contre poids.

M max = M cp

Donc,

Mcp= m max x g x D

m max=

m max =

m max= 615.385kg

Le camper trolley permet de déplacer des caravanes de masse importante sans devoir effectuer d’effort. Afin de dimensionner le camper trolley par rapport aux caravanes les plus lourde du marché les ingénieurs sont passé par une phase de modélisation.

1- Chercher une caravane de masse importante, noté son modèle ainsi que sa masse, enfin, calculer son poids en N.

2- Dans les caractéristiques techniques du camper trolley chercher sa pression de charges maximum en kg. Donnez là en Newtons.

3- Le camper trolley peut-il déplacer votre caravane ?

Étude statique du camper trolley

4- Proposer un schéma mécanique du camper trolley et de la caravane. Placez y les forces agissants sur le système (camper + caravane).

5- Décrire les forces agissants sur le système avec leurs points d’applications, leurs directions et leurs sens.

A l’a du principe fondamental de la statique PFS, déterminer les réactions du sol sur la roue et du sol sur le camper trolley.

6- Dans le cas où la caravane est statique, écrivons l’équation du théorème des forces, avec P, R1 et R2.

8- Calculer le moment de P en A. Donner l'unité du moment.

9- Écrire l’équation du théorème des moments au point A.

10 - Calculer la réaction R1.

11- En déduire la réaction R2.

12- Au vu de la documentation technique, votre caravane est-elle transportable par le camper trolley ?

Pourquoi planifier ?

Pourquoi le projet de construction de la maison de Malococcix se passe mal ?

On remarque deux choses dans la scène présentée dans la vidéo :

1. "Mais pourquoi vous avez posé le carrelage, il faut faire passer les évacuations d'eau d'abord". Il s'agit ici d'un problème d'ordonnancement des tâches. On compte ici deux tâches : A : "poser le carrelage" et B : "faire passer les évacuations d'eau". La tâche B aurait dû intervenir avant la tâche A : on dit que "poser les évacuations d'eau" est un antécédent de la tâche "poser le carrelage". Un antécédent est une tâche qui doit se dérouler avant une autre.

2. "Vous avez deux mois de retard [...] attention mon p'tit Numérobis !". On comprend l'énervement de Malococcix qui voit le chantier de sa maison prendre du retard. Pour arriver à ce retard, l'architecte Numérobis s'est certainement trompé lors de la planification du projet. A vrai dire, Numérobis n'avait pas encore accès à son époque à l'outil qui révolutionnera la planification de projet plusieurs millénaires plus tard : le diagramme de Gantt.

En résumé : Il est important de correctement planifier un projet pour éviter tout retard et respecter l'ordonnancement des tâches.

Pour mesurer l'importance de la planification, on peut penser à la célèbre citation attribuée à Benjamin Francklin (inventeur et homme politique américain du siècle), "Si vous échouez à planifier, vous planifiez d'échouer".

Nous allons voir comment planifier un projet grâce au diagramme de Gantt. Il s'agit d'un des outils les plus utilisés en gestion de projet encore à l'heure actuelle.

Le diagramme de Gantt a été inventé par un ingénieur américain du nom de Henry Gantt entre 1910 et 1915. Le diagramme s'inspire toutefois des travaux de l'économiste polonais Karol Adamiecki et son harmonogram inventé en 1896.

Le diagramme de Gantt à été inventé dans le but d'aider les contre-mètres dans les usines à savoir si la production était en avance, dans les temps ou en retard.

Le diagramme de Gantt a permis de mener à bien des projets importants tels que le barrage Hoover aux état-unis ou encore la construction des autoroutes inter-états.

Il est encore très utilisé à ce jour dans la gestion de projet.

A travers l'exemple de la construction de la maison de Malococcis, nous allons voir comment réaliser ce type de diagramme. Les étapes présentées ci-dessous sont applicable à n'importe quel projet.

La première étape consiste à définir les étapes du projet ou du plan d’actions. Pour identifier les étapes du projet, la réflexion doit être menée avec les acteurs. Une réunion type brainstorming vous permet de faire émerger les idées.

Pour chacune des tâches identifiées, il faut définir sa durée (2 jours, 1h30) et un code (001, A, T1 etc.).

La durée doit s’exprimer dans une échelle représentative : les projets courts seront exprimés en heures, les projets longs en mois ou semaines, etc. Pour la compréhension du diagramme, les durées devront toutes être exprimées avec la même unité.

Une fois la liste des tâches identifiée, il vous faut les organiser de manière logique, les séquencer dans un ordre chronologique.

La dernière opération à effectuer avant de se lancer dans la réalisation du diagramme est d’identifier les interactions entre chaque étape/tâche. En effet, la réalisation de certaines étapes est conditionnée par la tenue d’autres étapes.

Une fois les étapes 1 et 2 réalisées, on établit un tableau d'analyse des tâches. Il prend la forme suivante :

A l'origine les diagramme de Gantt étaient réalisés à la main. Aujourd'hui, on utilise des logiciels dédiés. L'exemple ci-dessous a été réalisé avec Mindview.

On observe sur la gauche de l'image le tableau d'analyse de tâches et sur la droite le diagramme de Gantt. Il permet de visualiser rapidement la date de début du projet, de fin du projet et sa durée.

On constate également que les week-ends ne sont pas travaillés (aires grisées). Pour un chantier démarrant le lundi 6 janvier 2020, la fin estimées des deux tâches est le lundi 13 janvier 2020.

La flèche entre les deux tâches représente l’interaction. Il s'agit d'un lien fin-début : il faut attendre la fin de la tâche A pour commencer la tâche B. Deux 'autres types de liens existent : Début - Début et Fin - Fin.

Bien entendu, il s'agit d'un exemple simpliste, dans la pratique, les diagrammes peuvent ressembler à ça :

Pour un cours complet sur la planification et le diagramme de Gantt, regarder la vidéo de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne ( - durée 20 minutes).

Cicero J. (2011) Diagramme de Gantt : outil de planification. Techniques de l'ingénieur.

Wilson, James M. (2003). Gantt charts: A centenary appreciation. European Journal of Operational Research. 149 (2): 430–437.

RAPPEL

Evaluation sur le PFS Graphique - Evaluation 1

Evaluation sur le PFS Analytique - Evaluation 2

Le document ci-dessous est un extrait du BAC de 2003:

Problème : A partir du cours (notamment des étapes de réalisation d'un diagramme), réaliser grâce à un croquis, le diagramme de Gantt de votre déménagement entre chez vous et la ville de votre choix.

Une entreprise doit fabriquer un lot de scooters. Le projet est lancé le lundi 8 juin 2020.

Les différentes tâches de production sont référencées dans le tableau d'analyse des tâches suivant :

Question 1. A l'aide du logiciel Mindview (cf. tutoriel en ), établir le diagramme de Gantt.

Question 2. Déterminer la date de fin du projet

Question 3. Donner la durée total du projet (en jours)

Question 4. Donner la durée total du projet (en jours ouvrés)

Question 5. Rechercher le chemin critique

Question 6. En déduire les tâches non critiques.

Question 7. Suite à un problème avec votre fournisseur d'accessoires, la livraison à été retardée de deux jours. Commentez l'influence de ce retard.

Question 8. Le fabriquant de cadres à également rencontré des problèmes dans la fabrication et a pris un retard de 3 jours. Commentez l'influence de ce retard.

Question 9. Conclure sur l'importance des retards en fonction qu'une tâche soit critique ou non.

Vous êtes chef de projet dans une entreprise de développement informatique. Le commercial qui a vendu le projet à un client vous remet le tableau d'analyse des tâches ci-dessous. Il a besoin de votre expertise pour réaliser le planning pour le transmettre à son client.

Votre équipe dispose de 2 développeurs full-stack (il peuvent développer à la fois côté serveur côté client) et d'1 développeur back-end.

Après avoir présenté le projet à vos développeurs, ils estiment que le développement Back-end (tâche D) nécessitera 14 jours-homme (c'est à dire 14 jours de travail pour 1 personne, 7 jours pour 2 personnes etc.) et que le développement Front-end (tâche E) est estimée à 10 jours-homme.

Problème

Votre client souhaite démarrer le projet au 15 juin et vous demande à quelle date celui-ci sera-t-il terminé. Il vous demande également de lui livrer le planning Gantt du projet.

Logiciels permettant de réaliser un Gantt:

• Mindview

• Ganttproject

Lien de téléchargement gratuit: https://www.01net.com/outils/telecharger/windows/Bureautique/organiseurs/fiches/tele29021.html

• Tableur (Excel)

Vous pouvez également réaliser un diagramme de gantt à l'aide d'un tableur excel. Pour cela aider vous de la partie ressources.

Une maison en paille et en ossature bois est une habitation alternative écologique et également économique. La paille a toujours été utilisée dans les constructions. Mélangée à de la terre, à de l’argile et à de l’eau, le torchis ainsi obtenu faisait un matériau très solide et résistant. Ces dernières années, avec l’intérêt croissant pour les maisons écologiques, la maison en paille et en ossature bois connait un véritable succès.

Introduction vidéo

Question 1 : Citer différents avantages de l'isolation en paille par rapports à d'autres isolants.

Question 2 : Quelles sont les techniques principales de mise en œuvre de la paille pour une maison ?

Question 3 : Batinature (6'18) propose une technique de pré-fabrication des murs en paille. Citer les différentes tâches permettant la réalisation d'une maison en paille.

Question 4 : Expliquer en quoi la technique constructive de Batinature est plus rapide que celle du constructeur Naturel Home.

Question 5 : Quel est l'avantage d'avoir un mur respirant ?

Question 6 : Dans quel but la réglementation "les règles professionnelles de la construction en paille (Règles CP 2012) à t-elle été établie ?

Un cabinet d'architecte nous contact pour planifier la construction d'un projet de maison en paille. Le chantier débute le lundi 1 Juin 2020.

Question 7 : Compléter le tableau de tâches ci-dessous puis réaliser le planning de Gantt du projet à l'aide du logiciel mindview.

Question 8 : Déterminer le chemin critique et donner la date de fin de chantier que vous avez déterminé.

Question 9 : De fortes pluies ont perturbé le chantier pendant la phase de fondation. Durant 2 journées les ouvriers non pas pu avancer sur le chantier. Que se passe-t-il si la tâche B (fondations) dure 2 jours de plus ?

Question 10 : La réalisation des enduits extérieurs (finition extérieurs) demande d'avoir un temps sec. Que se passe-t-il si la tâche L (finition extérieur) se décale de 5 jours?

Question 11 : Proposer une solution pour que le chantier finisse 10 jours plus tôt.

Une maison en paille résiste-elle au feu ?

Tutoriel Mindview pour créer un diagramme de Gantt

Présentation Arduino

ARDUINO est une plateforme matérielle et logicielle de développement d'applications embarquées.

Côté matériel, elle se compose d'une carte électronique basée autour d'un microcontrôleur (ATM EL AVR) comportant un certain nombre d'entrées et de sorties (les ports) permettant la connexion de capteurs, ou d'actionneurs.

Le logiciel de programmation des modules ARDUINO est une application Java, libre et multi- plateformes, servant d'éditeur de code et de compilateur, et qui peut transférer le programme au t ravers de la liaison USB. Le langage de programmation ut ilisé est un mélange de Cet de C++, restreint et adapté aux possibilités de la carte.

La carte Arduino Uno

La carte Arduino se décompe comme ci-dessous:

Les caractéristiques sont listées ci-aprés:

Utilisation et programmation d'un bouton poussoir

A partir de l'exercice précédent, rajouter un bouton poussoir pour allumer la LED.

Aide-toi d'Arduiblock pour comprendre le programme

Modification du programme

1. Branche un deuxième bouton poussoir (sur la broche 3 par exemple) Fonctionnement : si j'appuie sur le bouton poussoir 1, la LED s'allume (et reste allumée). Si j'appuie sur le bouton poussoir 2, la LED s'éteint.

2. Tu peux ajouter une fonction à ce deuxième programme : si j'appuie sur le bouton poussoir 1 ET le bouton poussoir 2 alors la LED clignote (s'aider du TP n°1).

3. Maintenant réalise le programme suivant avec un seul bouton poussoir : si j'appuie une fois sur le bouton poussoir alors la LED s'allume. Si j'appuie une deuxième fois sur le bouton poussoir alors la LED s'éteint. Il faut utiliser une variable numérique : si j'appuie une fois, la variable est mise à 1, si j'appuie une deuxième fois, la variable est mise à 0.

Les étapes de développement

Présentation

Les baskets à LED sont composées d'un bandeau de LED multicolores et d'un bouton-poussoir de commande. L'ensemble est alimenté par une batterie rechargeable.

1. Comment recharge-t-on les baskets?

2. D'aprés la notice, quelle est l'autonomie donnée par le fabricant?

Le fonctionnement est le suivant:

• (arrêt)

• pression sur le bouton poussoir : allumage en rouge (255,0,0)

• pression sur le bouton poussoir : allumage en bleu (0,0, 255)

1. Préparer le matériel de la facon suivante:

   • Connecter le bouton poussoir sur le connecteur "D2"

   • Connecter la LED RGB sur le connecteur "D4"

Modifier le programme de façon à ce que le changement de couleur ne se fasse pas toutes les 1000ms mais lors de la pression sur le bouton poussoir. Pour cela il faudra que vous ajoutiez des lignes de codes et utiliser la boucle "If" (c'est une boulce d'exécusion qui dit que si une action est faite alors le programme en dessous s'éxécute)

Matériel :

• Arduino Uno

• shield Grove

• module Grove Serial Bluetooth v3

• bouton-poussoir Grove

• Smartphone sous Android

On souhaite établir une liaison sene Bluetooth entre une carte Arduino Uno et un smartphone/tablette sous Android :

• la carte Arduino enverra une information au téléphone en fonction

  de l'état d'un BP ;

• le téléphone recevra cette information grâce à une application

  dédiée, réalisée sous Applnventor.

NB: le module Serial Bluetooth v3 devra être connecté au port UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Il doit être ôté lors de chaque téléversement

1. Connectez un BP en D5. Ne connectez pas le module Bluetooth V3 à la carte Arduino.

2. Collez le contenu suivant dans un onglet vierge et envoyez-le vers la carte (et enregistrez le fichier sous le nom « TP105.ino »). Une fois le téléversement terminé, connectez le module Bluetooth sur le port UART.

3. Établissez l'algorigramme du programme Arduino.

1. Sous Applnventor (), saisissez le design fourni en annexe 1 ( ou à peu près).

2. Ajustez le « Timerlnterval » du composant « Clockl » à 300 ms. À quoi sert un composant « Clock » ?

3. Sous Applnventor, saisissez les blocs fournis en annexe 2 et expliquez le rôle de chacun.

1. Compilez le programme pour générer un fichier APK, téléchargez l'application via un QR code puis ... testez-la!

​

​

Pour démarrer avec le programmation en Arduino

Effectuer le branchement ci-dessous:

Le scénario à programmer est le suivant:

Pour une découverte du language en C++ pour la programmation en Arduino faire la démarche comme indiquée ci-aprés:

• Reproduire sous Arduiblock le programme comme indiqué dans le scénario donné précédemment (Attention à mettre à jour le logiciel avec la bonne carte arduino et les bonnes broches de raccordement)

• Regarder le programme généré en C++ pour le comprendre en vue de sa modification

• Téléverser et tester le programme

1. Une fois ce petit programme testé, tu vas essayer de diminuer le délais afin de voir quelle est la valeur à partir de laquelle l’oeil ne voit plus la LED clignoter (persistance rétinienne).

2. Ensuite tu vas écrire le logigramme pour faire un SOS lumineux en langage Morse avec la LED (aide toi d'Internet pour trouver les informations). Montre ton logigramme au professeur.

3. Tu peux maintenant programmer la platine Arduino avec ArduBlock pour lancer un SOS lumineux !

Faire valider par le professeur

​

Petit conseil pour la programmation:

• Tu peux aussi utiliser la fonction Répète pour effectuer plusieurs fois la/les même(s) opération(s).

• Pour éviter de modifier plusieurs paramètres à chaque fois, utilise une variable pour fixer le délais de clignotement cours et une autre pour long, tu gagneras du temps !

​

Baskets à LED

Des baskets à LED dans un TP d’électronique ? Ah mais oui ! On se penche sur la gestion de couleurs dans tous les sens… ...

Matériel :

• Arduino Uno

• shield Grove

• module Grove Serial Bluetooth v3

• afficheur LCD Grove

• smartphone sous Android

Le module Serial Bluetooth v3 devra être connecté au port UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Il doit être ôté lors de chaque téléversement.

Ne connectez pas le module Bluetooth V3 à la carte Arduino.

• Suivre les étapes décrites dans le document suivant et tester le programme.

Pour transférer le programme Arduino, bien suivre la procédure suivante :

• Déconnecter la liaison BT (bouton disconnect sur le smartphone);

• Retirer physiquement le module BT de la carte Arduino ;

• téléverser le programme ;

Faire le schéma de cablage et la programmation pour l'un des projets suivant:

• Quizz Game

• Buzzer Game

• ou un projet de ton choix (à faire valider par le professeur)

Vue 3D du projet (fichier Sketchup disponible ici)

Après la fin de leurs études d’architecte, 4 amis décident de rénover des locaux à Bordeaux pour créer leur propre cabinet d’architecture.

Ils aimeraient que leur lieu de travail soit le plus confortable possible et notamment d'un point de vue du confort visuel.

Le travail s'effectue par groupe de 4 personnes.

Chaque personne aura à sa charge l'étude d'une pièce du cabinet d'architecture (de son choix).

Un compte rendu par groupe devra être rendu (sur le serveur) à la fin de la séance.

Vous pouvez vous aider de pour vous aider à synthétiser vos résultats (pour télécharger : Fichier > Télécharger).

Le projet est en rez-de-chaussée. Il est constitué de 4 pièces. Les cotes principales sont données dans le plan ci-dessous.

Plan du cabinet

Vue aérienne du cabinet d'architecture

Les exigences du cahier des charges sont les suivantes :

1. Le FLJ doit être supérieur à 2,5% dans 80 des pièces du bâtiment (référentiel HQE),

2. L'éclairement moyen sur le plan utile doit être supérieur à 500 lux pour les bureaux et 300 lux pour le hall d'accueil (EN 12464-1),

3. L'indice de rendu des couleur doit être supérieur ou égal à 0,8 (EN 12464-1)

Diagramme de Kruithof

A l'ouverture de Dialux, choisir Planification de la pièce. Entrer les dimensions de la pièce que vous étudiez. On prendra une hauteur sous plafond de 2,80 m. L'épaisseur des murs est de 20 cm.

Vous devriez arriver à un aperçu similaire :

Meublez librement la pièce grâce à l'outil "Meubles et objets" dans l'onglet "Construction". Pensez à utiliser le catalogue de Dialux.

Vous devriez arriver à un aperçu similaire :

Grâce à l'outil Matériau dans l'onglet construction, vous pouvez modifier les matériaux dans la pièce. Pour cela, il faut sélectionner un matériaux dans le catalogue puis le glisser déposer sur une paroi. Par exemple, un parquet en chêne au sol et un crépi blanc sur les murs :

La pièce est modélisée mais elle ne dispose encore d'aucune fenêtre !

A partir du , dimensionner (en équipe) les ouvertures de chaque pièce pour que l'exigence du cahier des charges soit satisfaite.

Pour les questions qui suivent, vous pouvez vous aider du tableur mis à disposition avec le sujet.

Question 1. Indiquer le FLJ de chaque pièce dans le tableau 4.

Question 2. Remplir le tableau 1 avec l'ensemble des baies que vous avez créées.

Exemple d'une simulation de FLJ une fois les calculs effectués

Attention : Avant d'entamer cette partie, penser à désactiver la lumière du jour. Cela permet de ne prendre en compte que l'éclairement dû aux luminaires. Dans l'onglet Lumière et l'outil Scène d'éclairage, modifier la lumière du jour en "Pas de lumière du jour" (cf. image ci-dessous)

A partir du tutoriel sur l'ajout de luminaires, sélectionner et positionner des luminaires pour satisfaire les exigences du cahier des charges.

Question 3. Dans le tableur, compléter le tableau 2 avec les différents modèles de luminaires que vous avez sélectionnés. Leur prix est consultable dans le document suivant : . Penser à utiliser une recherche Ctrl + F.

Question 4. Pour chaque pièce, calculer le coût moyen à partir de l'outil de consommation d'énergie (onglet lumière). Reporter ces coûts dans le tableau 3.

Coût moyen = (116+185)/2 = 150,20€/an

Question 5. Créer une copie de la feuille de calcul et réaliser une variante en modifiant les uniquement les luminaires. Reporter tous nouveaux résultats dans la feuille variante.

Question 6. A partir de la feuille de calcul Comparaison, dire si la variante est meilleure que le projet de base d'un point de vue économique.

A partir de questions précédentes et de vos résultats, rédiger un compte rendu (2 pages max.) indiquant vos conclusions sur l'aspect normatif (respect du cahier des charges) et économique du projet. Vous pouvez également reprendre des impressions d'écran Dialux ainsi que des résultats ou courbes issus du tableur.

Matériel :

• carte Arduino Uno

• shield Grove

• 2 boutons-poussoir Grove, voire 4 si l’intégralité est traitée

• afficheur LCD Grove

• relais Grove (en option)

Pour des raisons de sécurité, la boîte de nuit« The Sin» ne peut recevoir plus de 250 personnes simultanément. La société au sein de laquelle vous travaillez a été mandatée pour réaliser un système de limitation des entrées.

Votre équipe de travail a mis au point un portique d'entrée/ sortie, et c'est vous qui êtes prévu pour en assurer la programmation. Le cahier des charges fonctionnel initial est le suivant :

• une personne qui est autorisée à entrer reçoit une carte RFID (simulée par un BP). Lorsqu'elle entre, un système ouvre un tourniquet (activation d'un relais pendant 2 s) et affiche le

  nombre de personnes présents dans le bâtiment (incrémentation d'une variable) ;

• une personne qui sort décrémente le comptage ;

• lorsque 250 danseurs sont présents, le système n'autorise pas d'entrée ... il faut attendre qu'un client aille fumer (c'est pas bien!) ou quitte l'établissement pour pouvoir accueillir une autre personne ...

Le programme pour la gestion des entrées (filles et garçons) ci-dessous a été établi avec les étapes suivantes (avec 1 seul bouton poussoir):

• réaliser le système de comptage (sans décomptage) ;

• ajouter le système d'affichage ;

• ajouter la gestion des limites ;

Modifier le programme pour faire le décompte des personnes sortant de la boite en t'inspirant de l'exemple pour le comptage.

Tu peux rajouter deux boutons poussoir pour faire le comptage des filles et celui des garcons et modifier le programme

1. Créer une pièce

Si la pièce n'est pas encore créer, créez-en une.

1. Onglet Construction

2. Outil Ouverture d'édifice

3. Modifier les dimensions de la menuiserie

4. Glisser déposer la menuiserie sur une paroi

Une menuiserie ne laisse pas passer 100% du flux lumineux incident. Le rapport entre la quantité de lumière transmise et incidente est appelé facteur de transmission lumineuse et est notéTLWTL_WTLW​. Il s'agit d'un nombre compris entre 0 et 1 et est parfois exprimé en %.

Le TLw dépend de la menuiserie mise en place (épaisseur du cadre, type de verre) et est donné par le fabricant (cf l'extrait de catalogue K-line ci-dessous).

Pour modifier le facteur de transmission lumineuse dans Dialux :

1. Onglet Construction,

2. Outil Matériaux,

3. Clic sur la menuiserie,

Pour calculer un facteur de lumière du jour, il faut qu'il "fasse jour" dans notre simulation.

Pour que Dialux simule cette lumière du jour et calcule le FLJ :

1. Onglet Lumière,

2. Outil Scène d'éclairage,

3. Modèle de ciel : Ciel couvert,

Les résultats s'affichent maintenant sur la partie droite de l'écran.

• Pour masquer une surface de calcul, cliquer sur l'icône visibilité (repère 1)

• La facteur de lumière du jour moyen est disponible dans le tableau de résultats (repère 2) !

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Découverte des liaisons mécaniques

​Les liaisons: le cours ​

​Les liaisons: Exo PC​

Le confort visuel est multifactoriel. Il dépend de l'éclairement, de l'éblouissement, de l'uniformité, du rendu de couleur et de la température de couleur.

L'objectif de cette activité est d'étudier le confort visuel apporté par l'éclairage du table dans une salle de classe à l'aide du lampe de bureau.

La table est éclairée par une lampe de bureau équipée d'une ampoule Philips CorePro LED.

Partie 1. Activité préparatoire : étude de l'ampoule

Une recherche sur le site du fabricant nous permet de trouver la fiche produit de l'ampoule que nous étudions :

Question 1. A partir des données techniques de l'ampoule, déterminer son flux lumineux.

Question 2. Déterminer son efficacité lumineuse enlm/Wlm/Wlm/W.

Tableau 1. Efficacité lumineuse de différents types de lampes (source : Wikipédia "Efficacité lumineuse d'une source"))

Question 3. Depuis septembre 2018, les lampes halogènes sont interdites à la vente et à la fabrication dans l'ensemble de l'union européenne. A partir des données du tableau 1, expliquer la décision de la commission européenne.

Tableau 2. Paramètres à respecter vis-à-vis du confort visuel selon la norme EN 12464-1 en fonction du type de tâche dans un bâtiment scolaire.

Question 4. A partir de l'extrait de la norme EN 12464-1 (ci-dessus) et de la documentation technique de l'ampoule étudiée, déterminer si celle-ci respecte le critère d'indice de rendu des couleurs.

Pour des cas simples (une à deux sources lumineuses), il plus rapide de procéder à des calculs que recourir à un logiciel de simulation.

Le calcul se déroule en deux étapes :

1. Détermination de l'intensité lumineuseIIIencdcdcd (candela) en fonction de la direction du flux lumineux,

2. Calcul de l'éclairementEEEenluxluxluxreçu par la surface à partir de la formule suivante :

E=I⋅cos3(α)h2E = \frac{I \cdot cos^3(\alpha)}{h^2}E=h2I⋅cos3(α)​

Avec,I(cd)I \text{(cd)}I(cd)l'intensité lumineuse,α(rad ou °)\alpha \text{(rad ou °)}α(rad ou °)l'angle entre la direction du flux et la perpendiculaire à la surface,h(m)h \text{(m)}h(m)la distance entre la source lumineuse et la surface.

Les différents paramètres peuvent être représentés sur un schéma :

Figure 1. Calcul de l'éclairement en un point d'une surface

Diagramme photométrique de l'ampoule Philips CorePro LED

Question 5. A partir du diagramme photométrique ci-dessus, déterminer l'intensité lumineuseI0°I_{0°}I0°​encd/klmcd/klmcd/klmpour un angle de 0°.

Question 5. A partir du diagramme photométrique ci-dessus, déterminer l'intensité lumineuseI0°I_{0°}I0°​encd/klmcd/klmcd/klmpour un angle de 0°.

Question 6. A partir du résultat précédent et du flux lumineux de l'ampoule, déterminer l'intensitéI0°I_{0°}I0°​encdcdcd​

On souhaite maintenant déterminer l'éclairement reçu par un point qui n'est directement sous l'ampoule.

Dans le cas où le point de calcul de l'éclairement est à la verticale de la source, la formule se simplifie et devient :

E=I0h2E = \frac{I_0}{h^2}E=h2I0​​

Question 7. A partir de la formule de l'éclairement ci-dessus, calculer l'éclairementE0°E_{0°}E0°​ (lux) à la verticale de l'ampoule.

On souhaite maintenant déterminer l'éclairement reçu par un point qui n'est pas directement sous l'ampoule.

On souhaite maintenant déterminer l'éclairement reçu par un point qui n'est pas directement sous l'ampoule.

On prendra une distance de décalageAB=20 cmAB=20 \text{ cm}AB=20 cmet une hauteurh=30 cmh=30 \text{ cm}h=30 cm(cf. Figure 1).

Question 8. Vérifier que l'angleα\alphaαentre la direction du flux lumineux et la verticale est d'environ 34°.

Question 9. A partir du diagramme photométrique et de l'angle, déterminer (environ) l'intensité lumineuse encd/klmcd/klmcd/klm. En déduire l'intensitéI34°I_{34°}I34°​encdcdcdpuis calculer l'éclairementE34°E_{34°}E34°​à l'aide de la formule générale.

Question 10. A partir de l'intensité et de la formule générale de l'éclairement, calculer l'éclairementE34°E_{34°}E34°​.

Dans un premier temps, suivre les tutoriels vidéo ci-dessous pour modéliser l'éclairement sous Dialux Evo.

Pensez à noter les résultats de simulation (E0°E_{0°}E0°​etE34°E_{34°}E34°​)

Question 10. Proposer un protocole expérimental simple (2 à 3 phrases) afin de mesurerE0°E_{0°}E0°​etE34°E_{34°}E34°​.

Question 11. Proposer un protocole expérimental simple (2 à 3 phrases) afin de mesurer les éclairementsE0°E_{0°}E0°​ etE34°E_{34°}E34°​.

Question 12. A l'aide d'un tableur (ex: Excel), représenter les différences de résultats des éclairements mesurés, calculés et simulés pourE0°E_{0°}E0°​etE34°E_{34°}E34°​​

Question 13. A partir du Tableau 2, et pour les critères d'éclairement et d'uniformité, dire si la solution "lampe de bureau" satisfait les exigences de la norme.

Question 14. On constate que le critère d'uniformité n'est pas respecté. En modifiant la simulation, trouver une solution permettant d'atteindre le niveau de performance exigé par la norme EN 12464-1 pour une salle de classe.

Une solution acceptable en terme d'uniformité et d'éclairement pourrait être de doubler le nombre de luminaires et de les positionner à 1,70 m du sol. Toutefois on constate qu'un calcul de l'UGR (indice d'éblouissement) dépasse le seuil fixé par la norme :UGR=20,1>19UGR=20,1 > 19UGR=20,1>19(image ci-dessous).

Comme la solution précédente n'est pas satisfaisante en terme d'éblouissement, on décide de mettre en place un autre luminaire : un THORN OMEGA Pro 32 W (documentation technique ci-dessous).

Les résultats de simulation sont les suivants :

Résultats de simulation pour le luminaire THORN

Question 14. A partir des résultats de simulation ci-dessus et de la documentation constructeur, conclure sur le respect des différents critères de la norme présents dans le Tableau 2.

En plus des critère normatifs, il est important de considérer la température de couleur. Elle joue un rôle important dans le confort visuel.

Le diagramme ci-dessous représente la zone de confort en fonction de la température de couleur de la source et de l'éclairement.

Diagramme de Kruithof

Question 15. A partir du diagramme ci-dessus, des résultats de simulation pour le luminaire THORN et de la documentation technique, conclure sur ce dernier critère de confort. Quelle amélioration faudrait-il apporter ?

La fiche de synthèse sur les différents points à connaitre est donnée ci-dessous

​​

Compléter vos réponses sur le document réponse

Document réponse

A faire avec le corrigé donné ci-dessous

Les différentes étapes

​Le découpe Tube​

Compléter les réponses sur le document fourni

Respecter les différentes étapes listées ci-dessous

1.1 ETAPE 1

- DETERMINATION DES CLASSES D’EQUIVALENCE

Consulter les documents ressources dans le TP.

Consulter les diaporamas décrivant le système qui se trouve dans le répertoire ressource seconde sur le réseau.

On se rend compte que le mécanisme comporte 14 pièces. De plus, pendant le fonctionnement du système (fonction coupe), certaines pièces n’ont pas de mouvement les unes par rapport aux autres. Donc, par soucis de simplification, vous allez regrouper toutes les pièces qui ne bougent pas entre elles dans un groupe que l’on nomme : CLASSE D’EQUIVALENCE.

Après première analyse du système il y a 6 classes d’équivalence.

ATTENTION, le coupe-tube peut être utilisé de deux manières différentes : la fonction coupe et la fonction ébavurage (voir FICHE TECHNIQUE « utilisation du coupe-tube »).

Durant ce TP, le domaine d’étude de ce mécanisme se limitera à sa fonction principale : Fonction coupe.

Sur les documents réponses et à l’aide de la feuille possédant les figures à découper :

- Coller les pièces indiquées par leur numéro dans les 6 classes d’équivalence proposées (C1, C2, C4, C6, C6’, C7).

- Compléter ces 6 classes d’équivalence avec les pièces que vous jugerez manquantes.

On ne tiendra pas compte de la pièce 9 qui est une pièce déformable (ressort).

Rappel : une classe d’équivalence regroupe toutes les pièces qui ne bougent pas entre elles lors du fonctionnement du système.

FAITES VERIFIER VOTRE DOCUMENT PAR LE PROFESSEUR.

- DETERMINATION DU GRAPHE DES CONTACTS

Sur le document réponses :

- Compléter le graphe des contacts en respectant les consignes suivantes.

Si il y a contact entre deux classes d’équivalence, on trace un segment reliant les deux classes d’équivalence (ex : entre C1 et C4).

Si il n’y a pas de contact entre les deux classes d’équivalence, on ne trace rien (ex : entre C4 et C6).

- Noter le nombre total de contacts entre les classes d’équivalence et expliquer ce qu’ils représentent.

- ETUDE DES MOUVEMENTS

Consulter les documents ressources correspondants.

- Démonter méthodiquement le coupe-tube.

Pour les 3 liaisons proposées sur le document réponses et à l’aide du livre Guide du Dessinateur Industriel (page 247) :

- Monter les pièces utiles à la liaison comme cela est proposé dans le document réponses.

- Colorier sur la figure la ou les flèches correspondant aux mouvements entre les deux classes d’équivalence. Pour cela, aidez-vous du sous-ensemble que vous venez de monter.

- Noter le nombre de translations et le nombre de rotations.

- Préciser le nom des degrés de libertés notés précédemment

- Indiquer le nombre de degrés de liberté trouvés.

- En déduire le nom de la liaison réalisée par les deux ensembles.

- ETUDE DES SURFACES FONCTIONNELLES

Le mouvement entre deux ensembles dépend essentiellement de la forme (géométrie) des surfaces en contact de ces deux ensembles.

Ces surfaces en contact participent donc à la réalisation de la liaison entre les deux ensembles puisqu’elles permettent aux ensembles de bouger l’un par rapport à l’autre. Ces surfaces sont appelées : SURFACES FONCTIONNELLES.

Pour les 3 liaisons proposées sur le document réponses :

- Colorier avec la même couleur les surfaces en contact de chaque classes d’équivalence.

- Indiquer la nature des surfaces coloriées (cylindrique, plane, hélicoïdale, conique, torique, sphérique).

A l’aide du documents ressources correspondants.

- Indiquer les contraintes de position à respecter entre les surfaces en contact, afin de réaliser les liaisons souhaitées et d’assurer le bon fonctionnement du coupe-tube (coaxiale, coïncidente, tangente, parallèle, perpendiculaire).

Lors de son utilisation, les caractéristiques des liaisons du coupe-tube que vous possédez, vous paraissent-elles correspondre à celles dont vous avez fait le bilan dans votre document réponses (notamment pour ce qui concerne les critères de positionnement des surfaces fonctionnelles) ?

Apporter à votre professeur les éléments fondateurs de votre réflexion sur ce sujet.

- ASSEMBLAGE SOLID WORKS

Ouvrez SolidWorks et assemblez toutes les pièces du coupe tube. Vous trouverez ces pièces dans le répertoire ressource du TP sur le réseau « Ressource seconde »

Ce qu'il faut savoir et connaitre!!

Les cours vidéos

Documents et exercies

Pour s'entrainer

• Cliquer sur le lien ci-dessous et choisir les options comme la photo suivante:

PRÉSENTATION DU RAMEUR

Au sens de l’OMS, la santé est un état de bien-être physique, mental et social. Le sport contribue à maintenir ce bon état de santé. L’accès à une pratique sportive pour tous est un enjeu primordial pour notre société. Le sujet porte sur l’étude de la pratique de l’aviron, dans un premier temps sur l’eau, dans un second temps sur un rameur qui se pratique en salle que l’on appelle « aviron adapté ». L’aviron adapté est une pratique reconnue pour l’amélioration de l’état de santé.

Problématique : la pratique de l’aviron adapté sur un rameur en salle peut-elle procurer les mêmes effets physiques que la pratique de l’aviron sur l’eau ?

PARTIE 1

A l'aide du modèle solidworks, du cahier des charges et du fonctionnement normal du rameur établir le schéma cinématique de la structure du système aérodynamique de dissipation d’énergie mécanique du rameur.

Le fonctionnement normal du rameur est le suivant :

• le pratiquant met en mouvement la barre solidaire de la sangle ;

• la sangle en se déroulant provoque la rotation du tambour ;

• la poulie 1, lié cinématiquement au tambour, entraîne la poulie 2 par l’intermédiaire de la courroie. Le glissement poulies/courroie est considéré comme négligeable ;

• la roue aérodynamique, solidaire de la poulie 2, génère un flux d’air. La variation du flux d’air provoque un moment (couple) résistant opposé à la rotation de la roue (moment aérodynamique). Le moment aérodynamique est transmis à l’utilisateur sous forme d’un effort recopiant l’effort F(utilisateur→rame).

• la roue libre permet une rotation libre de la roue aérodynamique lors du retour de la barre

Un servomoteur (voir schéma cinématique figure 9) permet de faire varier l’entrefer « e ». Le servomoteur entraîne un train d’engrenages qui provoque la rotation du treuil et par conséquent le mouvement du câble qui déplace la mâchoire. Le pratiquant paramètre la grandeur LEVEL de 0 à 16, pour chaque incrémentation du niveau de résistance (LEVEL), le treuil a une rotation de 12° et le codeur S1 fournit 2 impulsions. Le système est en position initiale. Le pratiquant programme LEVEL 3. Le câble se déroule, l’entrefer diminue.

À l’aide de la figure précédente, déterminer les sens de rotation du treuil, des roues intermédiaires (sens trigonométrique ou anti trigonométrique) sachant que le moteur tourne dans le sens trigonométrique.

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Activité en groupe de 4 élèves

Les systèmes et objets techniques nécessitent de l'énergie pour remplir leur fonction. Une voiture a par exemple besoin d'essence pour avancer. Toutefois, que se passe-t-il entre le réservoir et les roues motrices de la voiture ? Comment l'énergie contenue dans le carburant est-elle acheminée pour mettre en mouvement le véhicule ?

Des questions similaires se posent pour l'ensemble des systèmes dit mécatroniques. Des systèmes conçus au croisement de trois disciplines : la mécanique, l'informatique et l'électronique.

Références

Cimelli C., Cirefice B., Facchin A., Grenaille S. (2019) Innovation technologique, ingénierie & développement durable, Hachette.

Cours sur la puissance - 1ère STI2D (pdf)

Dufeu, B., Marti, B. and Richet, A. (2016). Enseignements technologiques transversaux. Paris: Bertrand-Lacoste.

Masi, B. (2015) Énergétique - terminale SSI (pdf)

Rimars, G. and Voisin, M. (2016). Sciences de l'ingénieur. Paris: Ellipses.

Sujet du Baccalauréat Technologique (2017), Enseignements Technologiques Transversaux, Métropole.

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• A partir des vidéos proposées, analyser les différentes situations et proposer en une phrase par vidéo une explication simple des tests effectués.

Attention, certaines scènes peuvent choquer mais ne servent qu’à réaliser des tests de résistance.

VIDEOS A INTEGRER

A partir du lien suivant :

• Rechercher et donner les caractéristiques permettant les principaux test EuroNcap des notions suivantes :

  • Notation des étoiles 5

  • Comment sont déterminés les véhicules testés ?

  • Que signifie AEB

A partir du lien suivant :

• Rechercher les 4 éléments du test EuroNcap, compléter le tableau du document réponse.

La répartition dans une voiture de 1250 Kg est le suivant :

• En vous aidant de CES Edupack et des éléments ci-dessous, Répondre aux consignes suivantes :

Les aciers

Un acier est un alliage de fer et de moins de 2% de carbone. Les aciers utilisés sont austénitiques et composés de 0,02% de carbone, 17% de chrome, 12% de nickel et de traces de molybdène. Ils sont très ductiles et résilients.

Visionner la vidéo suivante :

VIDEOS A INTEGRER

• Expliquer ce qu’est un matériau ductile et résilient ?

Les fontes

On utilise des fontes à graphite sphéroïdale ou lamellaire. Elles ont une grande ductilité, une résilience élevée et une excellente usinabilité. Masse volumique (g/cm3) : 7,1 à 7,3

PHOTO A INTEGRER

• Quelles sont les valeurs des caractéristiques mécaniques de la fonte ?

  • Module d’élasticité (Young), Limite élastique, Résistance en compression, Allongement, Limite de fatigue, Température d’utilisation, Empreinte CO2 en production primaire.

Les matériaux du châssis

Le châssis est la structure à laquelle les autres éléments du véhicule sont fixés.

Anciennement fait de bois, c’est l’acier qui a été le matériau le plus répandu pour sa fabrication.

L’aluminium a fait son apparition dans les dernières années et remplace peu à peu l’acier.

• Rechercher les différences de caractéristiques mécaniques entre l’acier et l’aluminium et compléter le tableau du document réponse.

Les systèmes mécatroniques sont des systèmes mêlant des parties mécaniques, électroniques et informatiques. Ces systèmes sont présents dans tous les domaines (robotique, aérospatiale, transport, etc.)

Quelques exemples de systèmes mécatroniques :

Une cafetière, une voiture ou encore un robot (Camper Trolley)

Pour faciliter la résolution de problèmes, notamment lors de la conception de systèmes, les ingénieurs ont très souvent recours à la modélisation. Un modèle est une simplification de la réalité et peut prendre beaucoup de formes différentes (diagramme, modèle 3D etc.)

Avez vous déjà réalisé un dessin pour vous aider à comprendre ou résoudre un problème ? Sans le savoir, vous étiez en train de modéliser ! Les ingénieurs font de même : ils représentent des idées complexes pour les aider dans leurs tâches grâce à la modélisation.

La plupart des systèmes mécatroniques peuvent être modélisés sous la forme d'un schéma constitué d'une chaîne de puissance et d'une chaîne d'information. L'ensemble est appelé chaîne fonctionnelle. Cette chaîne est dite fonctionnelle, car permet de lier les différents composants d'un système (carte électronique, moteur, engrenages, câbles, etc.) à partir de leur fonction. Par exemple, la fonction d'un moteur électrique est de convertir une énergie électrique en une énergie mécanique.

La chaîne de puissance (aussi appelée chaîne d'énergie ou partie opérative) permet d'amener la puissance (ou l'énergie) suffisante et sous la bonne forme afin de réaliser l'action désirée. Par exemple, la chaîne de puissance d'une voiture permet d'acheminer l'énergie disponible dans le réservoir (i.e. le carburant) jusqu'aux roues sous la forme d'une énergie mécanique (énergie cinétique de rotation) afin de faire avancer la voiture.

La chaîne d'information (aussi appelée partie commande) permet de gérer l'information reçue par le système (acquisition, traitement, communication, etc.). Elle fait l'objet d'un autre cours.

Les deux chaînes sont composées de blocs fonctionnels (i.e. qui remplissent une fonction). Ces différents blocs seront détaillés dans la suite de ce cours. La matière d'oeuvre est l'élément sur lequel le système agit. Il peut-être de différentes natures : matériel, énergétique ou informationnel. La matière d'oeuvre entrante est l'état initial de cet élément et la matière d'oeuvre sortante est son état final. Prenons l'exemple du grille-pain (un autre système mécatronique). La matière d'oeuvre entrante est le pain et la matière d'oeuvre sortante est le pain grillé. Pour l'exemple de la voiture, cité plus haut, la MOE est la roue à l'arrêt et la MOS est la roue en mouvement.

Une vidéo expliquant la chaîne de puissance (ici appelée chaîne d'énergie) et la chaîne d'information.

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Eolab

Justifier des critères de sélection pour le choix de matériaux

L’étude suivante va porter sur la justification des matériaux utilisés pour allègement des véhicules.

• Rechercher les critères qui peuvent être utilisés pour le choix d’un matériau allégé.

• Valider le choix de matériaux dans les 2 utilisations ci-dessous.

Nous remarquerons, que la réduction de taille suivant la zone du véhicule, allège différemment. Une voiture plus compacte est plus légère.

Sur l’avant du véhicule - Une motorisation plus compacte et des éléments de liaison au sol en aluminium et Sur l’arrière du véhicule - Les éléments du hayon :

A partir du lien ci-dessous, répondre aux consignes suivantes :

• Dans le cas du choix des matériaux composites dans la constitution des éléments du hayon, Compléter le tableau du document réponse :

• Les résines sont composées de 2 types de matériaux, Lesquels ?

• Expliquer la différence fondamentale entre ces deux matériaux en terme de durabilité ?

Ouvrir le logiciel CES Edupack et sélectionner le niveau 2. Aller dans le menus « Select » et dans « select from » sélectionner « univers des matériaux : Edu Niveau 2 ».

Ensuite cliquer sur « Graph » et dans la catégorie « masse volumique » sélectionner «la « rigidité » pour l’axe des x et la « la masse volumique maximale » pour l’axe des y.

Le graphe apparait, faire afficher les familles de matériaux. Ce choix concerne l’allègement global du véhicule.

Le diagramme d'Ashby est donné ci-dessous au cas où tu n'es pas CES Edupack:

• Citer les familles de matériaux qui valident ces deux propriétés ?

• Donner le nom de la famille de matériaux à laquelle appartiennent l’acier, l’aluminium et le magnésium. Peut-on les valider par rapport à ces deux propriétés ?

• Donner le nom de la famille de matériaux à laquelle appartiennent le verre et le carbone. Peut-on les valider par rapport à ces deux propriétés ?

Vous allez présenter à la classe, à la prochaine séance, les résultats de votre travail.

• Présenter sur 2 diapos maxi les propriétés des matériaux étudiés ainsi que la partie complétée du tableau « propriétés familles de matériaux ».

Travail demandé

• A partir du lien ci-dessous, observer puis relever les éléments mis en œuvre par ce constructeur automobile et ses équipementiers pour répondre à la problématique de réduction des consommations énergétiques. Compléter le tableau du document réponse.

Le bon matériau au bon endroit pour alléger la caisse

• Rechercher et noter la définition des notions suivantes :

  1. Densité des matériaux

  2. Quelle est la masse volumique la plus utilisée, en vrac/apparente, réelle ou absolue/de la matière ?

• Rechercher la masse volumique pour les matériaux suivants : Acier, Aluminium, Magnésium, PMMA, PS

• A partir d’information sur le coefficient de dilatation isobare :

  1. Exprimer les éléments à prendre en compte qui engendrent une augmentation du volume en fonction de la température.

  A partir du document et des liens suivants :

Répondre aux consignes suivantes :

• Relever les évolutions de masse et de rejets de CO2 et compléter le tableau du document réponse.

• Que peut-on remarquer du rapport entre la masse et les rejets de CO2 ? Que peut-on dire des stratégies mises en œuvre par les deux constructeurs?

  1. Cependant, la marque automobile Renault développe une voiture à très basse consommation d’énergie sur un modèle électrique, l’

A partir du lien ci-dessous :

• Identifier les organes principaux qui sont allégés sur ce modèle ainsi que les matériaux associés.

L’allègement de la structure et des organes sont associés à des choix rigoureux tant sur la forme extérieure que sur les améliorations techniques favorisant la pénétration dans l’air afin de réduire les consommations énergétiques.

A partir du lien ci-dessous :

• Parmi les améliorations proposées pour améliorer le coefficient de trainée du véhicule, exprimer en une phrase simple le principe de fonctionnement de trois éléments choisis dans la liste ci-dessous :

Actuellement, l’avion Solar impulse est déplacé en soulevant la queue de l’appareil par la force de l’homme. Nous allons vérifier comment un homme peut soulever un appareil de 2300 kg.

Dans la suite du problème nous prendrons g=9.81 m.s-2

1- A partir des données ci-dessus calculer le poids, Psi, de l’avion Solar impulse 2. Donner son unité.

2- Sur le schéma ci-dessus, placer le poids (P), la réaction du sol sur la roue (Rsr) et la réaction de la main sur l’avion (Rma), agissant sur Solar impulse 2.

3- Décrire chacune des forces citées, suivant leur point d’application, leur direction et leur sens.

4- Calculer le moment du poids P au niveau du point B.

5- Donner la formule du moment de la réaction A au point B.

6- A l’aide de la formule des moments statiques calculer l’intensité de la main sur l’avion (Rma ).

7- A l’aide de la formule des forces statiques et de la réponse de la question 6, en déduire l’intensité de la réaction du sol sur la roue (Rsr ). Commentez le résultat et dire si un homme est capable de déplacer cette avion seul.

Action mécanique

On appelle action mécanique toute cause susceptible de :

• Déformer un corps

• Modifier un mouvement

• Maintenir un corps en équilibre

On appelle force une action mécanique exercée entre deux particules (pas forcément en contact) Unité : le Newton (N) Une force, est modélisée par un vecteur, et caractérisée par :

• Son point d'application;

• Sa direction;

• Son sens;

Son point d’application : Centre de gravité

Sa direction: Verticale

Son sens: vers le bas

Son intensité (valeur) en Newton : P=mxg

La force exercée au point A créé un moment par rapport au point B. Ce moment dépend :

• de la norme de la force

• de la distance appelé « bras de levier » D

Tel que :

MB(F) = F x D

Le bras de levier est la distance D la plus courte entre la direction de la force et le point d’application du moment.

Pour trouver le bras de levier: On trace un trait à partir du point d'application du moment et coupant la direction de la force à 90°

Ce moment :

• s’exerce sur l’axe (axe de rotation du boulon)

• à un sens

• à une norme (valeur) exprimé en N.m (Newton x mètre )

D’après le Principe Fondamental de la Statique (PFS) : un système soumis à deux forces reste en équilibre si les deux forces sont opposées et d‘intensité égale.

D’après le Principe Fondamental de la Statique (PFS) : un solide soumis à l’action de trois forces coplanaires reste en équilibre si les trois forces sont concourantes en un même point et si la somme vectorielle des trois forces est nulle.

Le logiciel ARDUINO a pour fonctions principales :

► De pouvoir écrire et compiler des programmes pour la carte ARDUINO

► De se connecter avec la carte ARDUINO pour y transférer les programmes

► De communiquer avec la carte ARDUINO

Interface de programmation

L' interface de programmation du logiciel ARDUINO est la suivante:

La « Barre de Boutons » qui donne un accès direct aux fonctions essentielles du logiciel. Les différents boutons :

Structure d'un programme

Un programme destiné à une carte ARDUINO est constitué de 3 parties :

La première partie permet de définir les constantes et les variables en déclarant leur type. Elle permet également l'inclusion des bibliothèques ut ilisées dans le programme au moyen de #include.

La fonction setup() contient les Instructions d' init ialisation ou de configuration des ressources de la carte comme par exemple, la configuration en entrée ou sorties des broches d'E/S numériques, la définition de la vitesse de communication de l'interface série, etc .. Cette fonction n'est exécutée qu'une seule fois juste après le lancement du programme.

La fonction loop() contient les Instructions du programme à proprement parlé. Cette fonction sera répétée indéfiniment tant que la carte ARDUINO restera sous tension.

Les commentaires sont placés sur une ligne unique ou sur plusieurs lignes, comme indiqué ci-dessous

On passe à la suite si tu as compris la structure d'un programme. Tu peux faire une simulation avec ArduiBlock pour comprendre comment et fait le code.

Définition des variables: un certain nombre de noms de constantes sont prédéfinis dans le langage "ARDUINO"

Les variables sont trés importantes pour fixer les entrées/sorties de notre programme

Les bibliothèques de fonctions: une bibliothèque est un ensemble de fonctions utilitaires mises à disposition des utilisateurs de l'environnement Arduino. Les fonctions sont regroupées en fonction de leur appartenance à un même domaine conceptuel (mathématique, graphique, tris, etc). L’IDE ARDUINO comporte par défaut plusieurs bibliothèques externes. Pour les importer dans votre programme, vous devez utiliser le menu suivant :

L'instruction suivante sera alors ajoutée au début de votre programme: #include <la_bibliothèque.h>

La encore l'importation de bibliothèque est trés important pour simplifier les programmes de codage. Pour connaitre les capteurs/actionneurs utilisants une bibliothèque chercher le composant sur ​

Le fichier ci-dessous donne les différentes fonctions possibles pour la programmation arduino.

Diaporama du cours

Tutoriel Ajout de luminaires dans Dialux Evo

L'objectif de ce tutoriel est d'importer un luminaire puis d'en positionner plusieurs de manière régulière (ex. image ci-dessous).

Positionnement de luminaires de manière régulière.

1. Importer un luminaire

• Se rendre sur le site de THORN, dans la section produits.

• Naviguer jusqu'à trouver le produit qui vous convient, par exemple .

• Cliquer sur le modèle de produit qui vous intéresse (image ci-dessous)

• Une fois sur la page du modèle, cliquer sur "Transfert vers DIAlux" (image ci-dessous).

• Une fois le téléchargement terminé, importer le fichier dans Dialux :

  • 1. Onglet Lumière,

  • 2. Outil Luminaires,

1. Onglet luminaire,

2. Outil Luminaires,

3. Passer en mode plan,

En repassant en vue 3D, on obtient cela :

Ne reste plus qu'à lancer le calcul !

Last updated 3 months ago

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