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Baccalauréat Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable – STI2D Session 2015
Enseignements technologiques transversaux 15ET2MLR1 Page 1 / 12
1. Extrait sujet 2015 métropole.
Projet de pont transbordeur Jules Verne à Nantes
Mise en situation
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. Depuis quelques années, la question d'un nouveau franchissement de la Loire est donc à l'ordre du jour pour : - délester le pont de Cheviré ; - faciliter la circulation le long du quai de la Fosse qui longe la Loire vers le centre ville. Par ailleurs, la ville de Nantes est confrontée à un réaménagement d'une partie de son centre ville située sur une île fluviale, l'île de Nantes, jusque là occupée par diverses activités industrielles. Ce nouveau franchissement est envisagé dans une zone actuellement démunie de moyen de passage hormis une navette fluviale Navibus d'une capacité de 95 passagers et de 10 vélos.
pont haut de Cheviré
pont basAnne de Bretagne
pont basdes 3 continents
zone de la Loire à caractère maritimeactuellement sans franchissement fixe
PROJET PONT TRANSBORDEURJules Verne
Navibus
Île de Nantes
Nantes ouest
Nantes sud
quai de la fosse
La Loire
Baccalauréat Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable – STI2D Session 2015
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Le projet de pont transbordeur
En juillet 2008, une association « Les Transbordés » est fondée avec l'objectif de porter le projet d'un nouveau pont transbordeur imaginé par l'architecte nantais Paul Poirier. Si la mémoire de l'ancien pont transbordeur construit pour desservir les chantiers navals alors en activité sur l'île de Nantes est très présente, ce projet de nouveau pont transbordeur est porteur d'ambitions plus larges. Il se propose, avec comme souci premier la rentabilité, de répondre aux objectifs suivants :
• développer l’offre de transport, en permettant le passage de la Loire pour ceux qui vivront et travailleront sur l’île de Nantes ;
• conserver le caractère maritime du fleuve en offrant une faible perturbation du passage des bateaux de croisière ou des anciens bateaux à voile ;
• développer le tourisme, en offrant un objet de curiosité unique en France et en complétant les nouveaux équipements attractifs déjà présents dans l'Île de Nantes. D'autres projets, comme l'aménagement d'un terminal de croisière sont aussi à l'étude ;
• apporter une importante source de produits dérivés, ce pont devenant un porte-drapeau international des technologies de la métropole nantaise dont les productions maritimes et aéronautiques.
Diagramme de contexte du pont transbordeur :
Travail demandé
PARTIE 1 : étude de l'ouvrage
Le projet de pont transbordeur a d'abord pour fonction de permettre le croisement d'une circulation
terrestre et la navigation de bateaux à fort tirant d'air (hauteur à partir de la ligne de flottaison).
Le projet de ce pont répond à des objectifs économiques, environnementaux et sociétaux, en innovant
particulièrement avec l'utilisation touristique de la partie supérieure du pont. ÉTUDE 1.1 : CARACTÉRISTIQUES DE L'OUVRAGE
Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable 1ère STI2D Enjeux et Contexte du Développement Durable - Unités
CI1 : initiation à SYSML TD 2 ET
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Il s'agit de comprendre le principe du pont transbordeur qui a la particularité de comporter des éléments mobiles et valider les caractéristiques de l’ouvrage.
Question 1.1.1 À partir du document DT1, compléter dans le document réponse DR1 la vue en perspective du projet en indiquant le nom des principaux éléments constitutifs.
À partir de la typologie des haubanages proposée dans le DT2, indiquer sur votre copie celui retenu dans le projet de pont transbordeur.
voir DT1, DT2
DR1
En permettant le passage de bateaux à grand tirant d'air (hauteur à partir de la ligne de flottaison), le pont transbordeur permet de conserver au fleuve son caractère maritime.
Question 1.1.2 La hauteur libre du pont (hauteur sans obstacle à partir du niveau de l'eau) est donnée dans le diagramme d'exigences proposé dans le DT3. En consultant ce diagramme, expliquer à l'aide d'un schéma le phénomène naturel utilisé pour envisager le passage sous le pont de bateaux de tirant d'air supérieur.
Calculer alors le tirant d'air maximal possible.
La notion d'éco-mobilité met en valeur par ordre d'importance : les modes de transport doux (sans motorisation), les transports en commun, le covoiturage par opposition à un véhicule utilisé seul. Le pont transbordeur s’inscrit dans cette exigence en privilégiant les transports en commun et l’accès aux piétons.
Question 1.1.3 À l'aide des données du diagramme d'exigences du DT3, calculer à partir d'un temps de passage de la nacelle et des moyens de transport possibles (un busway + piétons) le flux maximal de passagers par heure dans un sens de circulation. La possibilité d'utiliser la rue aérienne ne sera pas prise en compte. À partir du tableau comparatif du DT2, comparer le flux maximal de passagers autorisé par le pont transbordeur à ceux d'autres modes de franchissement en précisant si le flux est faible, moyen ou élevé par rapport aux autres moyens de franchissement.
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DT1 : DESCRIPTION DE L'OUVRAGE
Définition d’un pont transbordeur Ouvrage comportant deux piliers auxquels est suspendue une travée dégageant une passe navigable et sur laquelle se déplace un chariot qui porte, accrochée à des câbles (suspentes), une nacelle transbordeuse allant d'une rive à l'autre. Diagramme SysML de définition de bloc du projet de pont transbordeur
Descriptif sommaire du projet de pont transbordeur Jules Verne
source : association Les Transbordés (www.lestransbordes.org)
- implantation sur le bras de la Madeleine, un peu en aval de la gare maritime, au cœur de la zone d’aménagement touristique à l’ouest de l’Île de Nantes ; - deux piliers « transparents », avec une armature rappelant le gréement de grands navires, s’élevant à 100 m du sol, terminés par deux plates-formes d’observation ; - une nacelle de 30 m de long, 15 m de large, pouvant accueillir les piétons, les deux roues et un bus appelé busway. La cadence des rotations s’élevant à 3 min en période de pointe ; - deux « gares » disposées de chaque côté facilitant l’accès rapide à la nacelle de tous les piétons et du Busway ;
- quatre ascenseurs panoramiques permettant un accès à la « rue aérienne », entourés d’escaliers en colimaçon ;
- la passerelle à 60 m d’altitude, véritable « rue aérienne » piétonne, de 270 m de long et 15 m de large, en grande partie couverte ; - au centre de la passerelle, un restaurant belvédère de 200 couverts environ, des espaces de réunion, un bar et, tout le long, des espaces aménageables pour les commerces occasionnels ou permanents.
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DT2 : DESCRIPTION DE L'OUVRAGE
Typologie de l'haubanage
Projet de pont transbordeur à Nantes
Comparaison de différents modes de franchissement
NATURE COÛT ( 1 M€ = 1 000 000 €) FLUX PASSAGERS
bac (rotation 15 mn) 7 M€ pour un bac de Loire 1 400 pers/heure/sens
pont bas 35 M€ 20 000 pers/heure/sens
pont transbordeur 30 M€ à 70 M€ pour le projet de l'architecte P. Poirier, suivant la capacité de la rue aérienne
7 200 pers/heure/sens
pont levant 155 M€ pour le pont Gustave Flaubert à Rouen 20 000 pers/heure/sens
pont haut 70 M€ pour le pont de Cheviré 20 000 pers/heure/sens
tunnel 200 M€ 20 000 pers/heure/sens
téléphérique 15 M€ 1 200 pers/heure/sens
Haubanage en éventail
Haubanage en semi-harpe Haubanage en harpe
Haubanage en éventail asymétrique
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DT3 : Diagramme d'exigences du pont transbordeur
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Document DR1 :
2. Extrait nouvelle Calédonie 2015
Mise en situation
L’industrie laitière en France est une industrie du domaine agroalimentaire, elle est le premier secteur de cette industrie, 23 milliards de litres de lait ont été extraits en 2012 avec un cheptel de plus de 3 millions de vaches laitières réparties dans 90 000 exploitations. Les produits laitiers sont transformés sur plus de 700 sites qui emploient environ 57 000 personnes.
Les contraintes associées à la production laitière sont nombreuses et diverses. Il y a tout d’abord les contraintes de qualité sanitaire qui imposent le respect de règles strictes et donc le maintien ou l’évolution du matériel de traite respectant ces normes.
Les contraintes principales sont au niveau de l’agriculteur. En effet, l’agriculteur qui exploite un troupeau de vaches laitières doit être particulièrement présent dans son exploitation, il faut assurer le suivi des animaux et la gestion du troupeau au quotidien, mais surtout effectuer la traite deux fois par jour, 365 jours par an. La traite est une opération difficilement sous-traitable, elle est la principale source de revenu de l’agriculteur et elle permet en même temps le suivi visuel des vaches.
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Pour libérer l’agriculteur d’une partie de ces contraintes, il existe des robots de traite. Ceux-ci permettent l’automatisation complète de la traite, c’est la vache laitière qui se présente elle-même pour se faire traire par la machine.
Une identification individuelle de l’animal permet à la machine le suivi de la quantité de lait produit, l’apport d’un complément alimentaire adapté. La pesée permet une bien meilleure connaissance de son état de santé.
Dans un contexte de raréfaction des ressources en énergie fossile et d’accentuation du phénomène de réchauffement climatique, une loi de programme fixant les orientations de la politique énergétique a été votée le 13 juillet 2005. Elle vise notamment à réduire les émissions de gaz à effet de serre de 3 % par an, à baisser la consommation énergétique de 2 % par an d’ici 2015. L’activité agricole représente une faible part de la consommation nationale d’énergie directe (2 à 3 %). Néanmoins, les éleveurs, consommateurs d’énergie sous différentes formes, sont concernés par les objectifs de réduction des consommations.
Les consommations d’énergie en bâtiment d’élevage laitier
Les équipements électriques en élevage laitier sont multiples. L’essentiel de ces équipements est lié au bloc traite :
• le tank à lait pour permettre le refroidissement du lait de 35 °C à 4 °C et son stockage pendant un à trois jours ;
• le chauffe-eau pour l’approvisionnement en eau chaude sanitaire nécessaire au lavage de l’installation ;
• l’éclairage du bloc traite, mais également de la stabulation des vaches laitières, des génisses et de la nurserie ;
• les équipements de nettoyage tels que le nettoyeur haute pression ou le surpresseur ; • et les autres postes tels que la pompe à lait, l’allaitement des veaux, les portillons de la salle de
traite et les équipements de l’atelier (compresseur, poste à souder).
Réduction de l’empreinte carbone de la ferme
Pour réduire l’empreinte carbone de la ferme, l’installation d’un champ de production d’électricité solaire photovoltaïque est envisagée.
Le champ de modules solaires photovoltaïques renvoie toute sa production d’énergie au réseau électrique. L’énergie électrique continue produite par les modules solaires est renvoyée sur le réseau électrique EDF alternatif en passant par un onduleur.
L’onduleur retenu pour l’étude est un modèle qualifié d’onduleur universel. Il permet une grande diversité de raccordements des champs
onduleur
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solaires ainsi que des algorithmes performants de gestion de l’énergie.
MPPT : Maximal Point Power Tracking.
Un algorithme de type MPPT est un algorithme qui permet d’exploiter le champ solaire en déterminant en permanence le point de fonctionnement à la puissance maximale produite. Ceci quelles que soient les conditions de luminosité et d’ombrage sur les modules solaires.
Pour améliorer encore plus les performances, une installation de type OPALE de la société Sycomoreen est envisagée :
OPALE: Optimisations Photovoltaïques Autonomes avec Liquides en Écoulement.
C’est un système complet comprenant des moyens automatisés de ruissellement de divers fluides sur un champ photovoltaïque. Les principales optimisations réalisées sont les suivantes, par ordre d’importance :
1. le refroidissement des panneaux (sauf l’hiver) ;
2. le déneigement / dégivrage des panneaux (l’hiver) ;
3. Le nettoyage des panneaux (toute saison). En été, OPALE utilise de l'eau de pluie préalablement stockée dans un réservoir. Cette eau ruisselle sur le champ photovoltaïque et le refroidit intensément. Le gain instantané net de production peut aller jusqu'à 40%. L'eau circule en circuit bouclé entre les rampes d'arrosage et les réservoirs grâce à une pompe contrôlée par divers relais thermostatiques, photosensibles et temporisés.
PARTIE 1 : Augmenter la productivité de la ferme tout en limitant les impacts environnementaux
1.1 Utilisation d’un robot de traite, comment prés erver la qualité du lait ?
Le robot de traite permet de rendre autonome la traite d’une vache, il faut assurer la meilleure qualité possible du lait ; qualité qui ne doit pas se dégrader depuis le prélèvement jusqu’à la conservation dans le tank à lait. Il est également nécessaire de préserver la santé des animaux.
Question 1.1.1 À partir du diagramme d’exigences : - relever les conditions qui assurent une bonne qualité du lait ; - relever les deux exigences principales qui préservent la bonne santé des
animaux.
DT1
Question 1.1.2 En utilisant les informations des documents techniques :
- donner le nom des six ensembles principaux du robot ASTRONAUT ; - relever le nom des différentes parties qui composent l'unité de traite.
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DT1 : Diagramme d’exigences
«Block»
Lavage et désinfectiondes mamelles
Préserver la santé des animauxId="1.3"Text="Il faut éviter la contaminationd'un animal à l'autre et assurer le suiviindividuel des animaux"
«Requirement»
«Block»Désinfection desmanchons trayeurs
«Block»
Echangeurthermique
«Block»
Peser l'animal«Block»
Gestion informatiquedes données
«Requirement»
Id="1.2"
Préserver la qualité du lait
Text="On doit assurer une qualitéoptimale du lait conformément aux normes en vigueur"
«Block»
Robot de traite
«Requirement»
Text="Traire automatiquementune vache"
Id="1.1"
Traire une vache
Améliorer la production de laitId="1.4"Text="Apporter le complémentalimentaire adapté à chaque individu etgérer les intervalles entre les traites"
«Requirement»
«Block»
Lavage et séchage destubulures
«Requirement»
Id="1.2.2"
Réduire l'apparition de germespathogènes
Text="Supprimer les résidus de laitdans les tubulures"
«Requirement»
Id="1.2.1"
Réduire l'indice de lipolyse
Text="Empêcher l'apparition d'AcideGras Libres (AGL) qui dégradent lasaveur du lait ainsi que son utilisationen fabrication de produits laitiers"
«Requirement»
Id="1.2.1.1"
Contrôler le refroidissement du lait
Text="Diminuer les chocs thermiquesentre la température du lait en sortie de traite d'environ 30°C et la température de stockage 4°C"
«Requirement»
Id="1.2.1.2"
Eviter les chocs mécaniques
Text="Le trajet du lait dans les tubulures doitminimiser les chocs mécaniques"
Réduire la présence d'eau dans le lait
Id="1.2.1.3"
Text="Sécher les conduites de collecte du laitaprès un rinçage"
«Requirement»
«Block»
Distributeur automatique de complément alimentaire
«satisfy»
Traire automatiquement un troupeau de vaches
«Requirement»
Text="Il faut assurer automatiquementla traite d'un troupeau, préserver laqualité du lait et la santé des animaux"
Id="1"
«satisfy»
«satisfy»«satisfy»
«satisfy»«satisfy»
«satisfy»
«satisfy»
«satisfy»
«satisfy»
«satisfy»
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DT2 : Description technique ASTRONAUT A3
Les robots de traite Astronaut font partie d'un système de traite automatique qui trait, nourrit et contrôle la santé des vaches qui entrent librement dans le box du robot. Un transmetteur présent sur chaque vache permet au système de l'identifier par l'intermédiaire d'un numéro unique.
Le système examine aussi la quantité et la qualité du lait produit et, si c'est nécessaire, il élimine le lait qui est contaminé ou qui ne correspond pas au standard exigé. La circulation libre respecte le rythme biologique des vaches, elle favorise une lactation saine, et améliore la productivité. Les données de chaque animal sont stockées et permettent à l'éleveur une meilleure gestion du troupeau.
Le robot Astronaut offre une flexibilité d’installation qui lui permet de s’intégrer facilement dans la plupart des bâtiments existants. Un seul robot peut traire plus de 1,2 million de kg de lait par an, soit la production moyenne de 150 vaches.
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DT3 : Description technique ASTRONAUT A3 Vue générale Unité de traite
Système de détection TDS
