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Corps : Technicien BAP : C Emploi type concours : Opérateur sur grand instrument (C4B22) Centre organisateur : Montpellier NOM : (En majuscules, suivi s’il y a lieu, du nom d’épouse)

Prénoms : N° de table Né(e) le : (Le numéro est celui qui figure sur la

convocation ou la liste d’appel) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Corps : Technicien Numérotez chaque page (dans

BAP : C le cadre en bas de la page) et

Emploi type concours : Opérateur sur grand instrument (C4B22) placez les feuilles intercalaires Centre organisateur : Montpellier dans le bon sens si besoin. (Précisez, s’il y a lieu, le sujet choisi)

Appréciation du correcteur (uniquement s’il s’agit d’un examen) :

UNIVERSITE MONTPELLIER 2

Session 2014

Concours externe Technicien de classe normale

BAP C

Opérateur sur grand instrument

EPREUVE ECRITE D’ADMISSIBILITE

Durée : 3 heures Coefficient : 3

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L’usage d’une calculatrice autonome non programmable est autorisé

Le sujet comporte 48 questions sur 15 pages (hors cette page)

Il est interdit aux candidats de signer leur composition ou d’y mettre un signe quelconque pouvant indiquer sa provenance.

Note : 20

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DANS LA PARTIE BARREE

1 ‐ FABRICATION MÉCANIQUE 1.1 ‐ Lecture de plan mécanique Soit la pièce ci‐dessous :

1.1.1 – Dessinez à main levée la vue de face en coupe selon A‐A et la vue de droite (ne pas représenter

les pointillés)

1.1.2 – Vous devez réaliser cette pièce. Sachant qu’elle doit être à la fois amagnétique, bon conducteur

thermique et électrique, parmi les matériaux suivants, lequel choisissez‐vous ?

Acier Laiton Inox PVC Cuivre Téflon 1.2 – Cotation – calcul de jeu – Métrologie 1.2.1 – Donnez la valeur nominale et les valeurs maximum et minimum de X sur le schéma ci‐contre.

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1.2.2 – Dans un ensemble un ajustement est défini par la cote 20H7g6, sachant que la tolérance pour 20H7 est de (0 ;+21) et pour le 20g6 est de (‐7 ;‐20).

– Calculer le jeu maxi et le jeu mini.

– S’agit‐il d’un ajustement avec jeu, incertain ou avec serrage ?

1.2.3 – On souhaite contrôler les cotes suivantes, indiquer l’outillage utilisé en cochant la case

appropriée.

Ø 35H7 Ø 35 ±0.12

Ø 35 ±0.5 M4 6g

Pied à coulisse Alésomètre Jauge de profondeur Tampon fileté double réglet Tampon lisse double

1.3 – Filetage

1.3.1 – Qu’est‐ce que le pas d’un filetage ?

1.3.2 – Donner le diamètre de perçage pour les taraudages suivants.

M3 M4 M5 M6 M8

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1.4 – Soudure

1.4.1 – Quelle est la différence entre une soudure autogène et une soudure hétérogène ?

1.4.2 – Pour réaliser un bâti soudé, quel est selon vous, entre un XC48 et un E24‐2 le matériau à utiliser et pourquoi ?

1.4.3 – Indiquer les différentes techniques de soudage que vous connaissez ?

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2 – UNITÉS PHYSIQUES ET CONVERSIONS

2.1 – Pression

2.1.1 – Qu'est ce que la pression ?

2.1.2 – Quelle est son unité dans le système international ?

2.1.3 – Quelle est l'unité plus couramment pratiquée dans l'industrie ?

2.1.4 – Quel est le rapport de conversion entre les deux ?

2.2 – Température

2.2.1 – Donner la relation entre une température TC exprimée en degré Celsius et sa conversion TK exprimée en Kelvin.

2.2.2– A quoi correspond approximativement une température de 300K ?

2.3 – Débit Une pompe est spécifiée comme ayant un débit de 100 litres/mn.

2.3.1 – Quel est ce débit exprimé en m3/heure ?

2.3.2 – Quelle est l'unité du système international ?

2.3.3 – D'une façon générale, à quoi correspond le produit débit/pression ?

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3 – PHYSIQUE ÉLÉMENTAIRE Un usager doit déplacer une bouteille d'hélium liquide dont la masse M totale est de 60kg. La bouteille comporte des roulettes dont on négligera le frottement. Sur son parcours, l'usager doit gravir une rampe à 15%.

3.1 – Quel est l'angle (en degré) de cette pente par rapport à l'horizontale.

3.2 – Quelle est la composante du poids (en Newton) que doit vaincre l'utilisateur, (on prendra

g = 10m/s²) ?

3.3 – Quel est le travail (en Watt) que doit développer l'utilisateur pour pousser la bouteille dans la

rampe à une vitesse de 0,5m/s ?

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4 – ÉLECTRICITÉ 4.1 – Circuit monophasé Un réseau monophasé 230V alimente un circuit d'éclairage qui comprend 40 tubes fluorescents de 40W, dont les ballasts induisent un facteur de puissance de 0,6.

4.1.1 – Quelle est la puissance active absorbée P ?

4.1.2 – Quelle est la puissance apparente absorbée S ?

4.1.3 – Quel est le courant efficace I absorbé sur la ligne.

4.2 – Circuit triphasé Un compresseur est entrainé par un moteur asynchrone de 55kW, alimenté par le réseau triphasé 400V et dont le facteur de puissance au régime nominal est de 0.8. Ce moteur peut être couplé en étoile ou en triangle.

4.2.1 – Pour le couplage triangle, quel est le courant efficace Imn dans une phase moteur au régime nominal ?

4.2.2 – Dans les mêmes conditions, quel est le courant efficace Ipn sur la ligne d'alimentation ?

4.2.3 – Le courant de démarrage sur la ligne en couplage triangle est égal à 7Ipn. Quel serait ce courant

si on effectuait le démarrage avec un couplage étoile ?

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4.3 – Protections

Quelles sont les fonctions respectives d'une protection thermique et d'une protection différentielle ?

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5 – MANIPULATION DES FLUIDES CRYOGÉNIQUES

5.1 – Le laboratoire achète des cadres d’hélium gazeux (stock gaz HP sur schéma ci‐après) pour compenser les pertes de gaz dans les labos et les canalisations de retour. Chaque cadre est composé de 18 bouteilles de 9 m³ à 200 bar.

5.1.1 – Calculer le volume de chaque cadre en m³.

5.1.2 – Le laboratoire utilise 4 cadres identiques. Calculer la quantité totale d’hélium liquide que l’on

va pouvoir transformer avec le liquéfacteur, si l'on considère que la température est constante, et sachant que l’évaporation totale d’un litre d’hélium liquide produit environ 750 litres de gaz TPN

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5.1.3 – calculer la quantité totale d’hélium liquide que l’on va pouvoir transformer si les 4 cadres sont à une pression de 150 bars

5.1.4 – Le liquéfacteur produit 13 l/h d’hélium liquide. Toujours en considérant les 4 cadres, au bout de combien de temps le liquéfacteur n’aura plus de gaz à liquéfier ?

5.1.5 – Calculer le poids que représente cette quantité d'hélium liquide produite sachant qu’un litre

d’hélium liquide pèse 0.125 kg 5.2 – Dans les conditions normales, la concentration d’oxygène dans l’air est de 21 %, le seuil d’alarme est de 18%.

5.2.1 – Calculer pour un local de 5 m de longueur, 5 m de largeur et 4 m de hauteur (il n’y a pas d’aération) la quantité de dégagement d’azote en m³ nécessaire pour arriver à ce seuil d’alarme.

5.2.2 – Que préconisez‐vous pour ce local ?

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5.3 – Lorsqu’on fait un apport de chaleur de 1 W sur un bain contenant de l’azote liquide, il se vaporise 22cm³ /h. Lorsqu’on fait un apport de chaleur de 1 W sur un bain contenant de l’hélium liquide, il se vaporise 1.4 l/h.

5.3.1 – Calculer le rapport pour la même quantité de chaleur fournie. Que peut‐on en conclure ?

5.3.2 – Quel sont les conséquences sur la conception des réservoirs de stockage ?

5.4 – Entre l’aluminium, le cuivre ou l’acier inoxydable quel matériau choisissez‐vous pour limiter les pertes (on expliquera les raisons de ce choix) ?

5.5 – Indiquer sur la coupe ci‐dessous d’un réservoir d’azote ou d’hélium liquide les modes de transmission de la chaleur.

Hélium ou azote liquide

4K ou 77K

Paroi àtempérature ambiante (300K)

Hélium ou azote liquide

4K ou 77K

Paroi àtempérature ambiante (300K)

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6 – AUTOMATISME 6.1 – Automate

6.1.1 – A quoi sert un automate ?

6.1.2 – Donner un exemple d'utilisation

6.1.3 – Citer au moins 4 types de cartes présentes à l’intérieur d’un automate et expliquer brièvement quelles sont leurs rôles

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6.2 – GRAFCET 6.2.1 – Qu'est ce qu'un GRAFCET ?

6.2.2 – En utilisant les conventions ci‐dessous réécrivez le GRAFCET proposé en vis‐à‐vis.

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7 – SÉCURITÉ 7.1 – Indiquez les différents risques liés à l’utilisation de l’azote et l’hélium à basse température ?

7.2 – Indiquer la signification des pictogrammes suivant et les mesures de prudence à respecter :

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8 – QUESTIONS GÉNÉRALES

8.1 – Quelles sont, selon vous, les missions d'un service commun de la recherche dans une Université ?

8.2 – Quels sont selon vous, les principaux utilisateurs d'un laboratoire du froid, service commun de

l'université qui fournit des fluides cryogéniques ?

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9 – TRADUCTION D'UN TEXTE ANGLAIS

Traduire le texte suivant en Français. Liquefied gases, such as liquid nitrogen and liquid helium, are used in many cryogenic applications. Liquid nitrogen is the most commonly used element in cryogenics and is legally purchasable around the world. Liquid helium is also commonly used and allows for the lowest attainable temperatures to be reached. These liquids may be stored in Dewar flasks, which are double‐walled containers with a high vacuum between the walls to reduce heat transfer into the liquid. Typical laboratory Dewar flasks are spherical, made of glass and protected in a metal outer container. Dewar flasks for extremely cold liquids such as liquid helium have another double‐walled container filled with liquid nitrogen. Dewar flasks are named after their inventor, James Dewar, the man who first liquefied hydrogen. Cryogens, such as liquid nitrogen, are further used for specialty chilling and freezing applications. Some chemical reactions, like those used to produce the active ingredients for the popular statin drugs, must occur at low temperatures of approximately −100 °C (about ‐148 °F).

FIN

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