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Dossier technique et pédagogique
Système pont roulant
Chantiers Navals STX
Agrégation SII Option Ingénierie des Constructions
Académie de Nantes
RESUME Ce dossier a pour objet la présentation
d’un support industriel et proposer
des exploitations pédagogiques
relatives à des enseignements au
lycée (SI et STI2D) et en BTS (CM), Le
système ainsi étudié est un pont
roulant désormais installé au sein des
Chantiers Navals de Saint-Nazaire.
Henri Boisseau 12/06/2017
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Table des matières Présentation du support ................................................................................................................................. 3
I. Contexte de travail ............................................................................................................................. 3
II. Objet de l’étude ................................................................................................................................. 4
III. Analyse structurelle ............................................................................................................................ 7
IV. Intérêt du support .............................................................................................................................. 8
Etude technique .............................................................................................................................................. 9
I. Définition du cahier des charges ........................................................................................................ 9
II. Partie mécanique et électrotechnique ............................................................................................ 10
III. Partie Structure ................................................................................................................................ 14
Partie pédagogique ....................................................................................................................................... 26
I. Les élèves et la communauté éducative .......................................................................................... 26
II. Choix des activités et de la séquence proposée .............................................................................. 28
III. Approche pédagogique en STI 2D .................................................................................................... 29
IV. Approche pédagogique en sciences de l’ingénieur.......................................................................... 37
V. Approche pédagogique en enseignement supérieur ....................................................................... 39
Remerciements ............................................................................................................................................. 40
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Présentation du support
I. Contexte de travail A Saint-Nazaire, se tient depuis 150 ans l’un des plus grands et plus anciens chantiers navals
européens qui s’étendent sur plus de 100 hectares en bordure de Loire. Dans les ateliers de ces
chantiers naissent notamment les paquebots de croisière. Ils sont détenus par la société STX qui
compte plusieurs milliers d’employés. L’actualité 2015 fut notamment marquée par la construction
du plus grand paquebot de croisière du monde : l'OASIS 3. Plus récemment en avril 2016 une dernière
commande a été reçu lançant la construction de quatre paquebots supplémentaires pour le
croisiériste MSC, offrant du travail à la société jusqu’en 2026.
Image 1 : portique de Saint-Nazaire
La manutention d’objets lourds dans les halls industriels des chantiers navals nécessite souvent
l’emploi d’engins spéciaux : engins de manutention ou de levage. Parmi ceux-ci on trouve :
- Les ponts roulants : mono poutre et bipoutre
- Les palans
- Les grues console roulante,
- La grue console pivotante, la grue portique
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II. Objet de l’étude
Le système présenté est un pont roulant présent dans les ateliers panneaux-plan des chantiers navals
de Saint-Nazaire. Cet atelier vise à former les structures de niveau des futurs paquebots. Ces niveaux
sont constitués par un assemblage de tôles soudées entre-elles. Les quatre images suivantes
présentent cet atelier d’assemblage :
Image 2 : assemblage des tôles par soudage
Image 3: renforcement des tôles
Image 4 : mise en place des parois verticales
Image 5 : en sortie de l'atelier, les niveaux sont "empilés" et
forment l'ossature complète du navire
Initialement, les tôles sont meulées, fraisées et mis en mouvement par des ponts roulants. Cette
opération est maintenant rendue obsolète par la présence d’une machine capable d’effectuer le
fraisage et le soudage des panneaux grâce à un laser hybride.
Le pont roulant, objet de la présente spécification, est destiné à la manutention de fûts de fils de
poids unitaire 250 kg et aux manutentions liées à la maintenance de la machine.
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Image 6 : vue 3D de la fosse devant accueillir la future machine
Celui-ci est installé dans l’atelier des Panneaux Plans, Bâtiment 2 Ligne 1 et sur un chemin de
roulement neuf, sur les files des poteaux A et B.
Figure 1 : atelier Panneaux Plan - vue de dessus
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Figure 2 : gabarit du pont roulant - vue en coupe
De manière générale, le pont roulant est un engin de levage mobile circulant sur un chemin de
roulement et est constitué d’une ou plusieurs poutres sur lesquelles se déplace, transversalement au
chemin de roulement, un chariot de transfert équipé d’un treuil pour le levage de la charge. Dans
notre cas, le pont est constitué d’une seule poutre, on parle de pont monopoutre. Le chemin de
roulement est la structure porteuse de l’engin de levage, il fera l’objet ici d’une étude détaillée en
vue de la vérification de sa résistance.
Cette poutre de roulement est ici une poutre continue prenant appui sur des corbeaux fixés sur les
montants de cadres de hall.
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III. Analyse structurelle Le pont roulant étudié comporte de nombreux éléments qu’on organise selon le Diagram Block
suivant :
Figure 3 : schéma block Sysml du Pont roulant étudié
Le système est composé de 3 moteurs asynchrones :
- deux moteurs pour la translation
- un moteur pour la direction
- un moteur pour le levage
A chacun de ces moteurs est associé un variateur de vitesse pour la mise en mouvement des galets
ou du treuil correspondant.
Image 7 : Pont roulant installé au sein de l'Atelier Panneaux Plans
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IV. Intérêt du support L’avantage de ce type de support est de permettre des exploitations pédagogiques variées. Ce
dernier comprend des sous-ensembles relatifs à divers champs techniques. Les études menées
peuvent en effet s’orienter selon divers axes :
- Etude du comportement mécanique du pont roulant
- Etude de la résistance de la structure en présence
- Etude des puissances mises en jeu dans ce type d’installation
- Etude de la chaîne d’information de la partie commande du pont-roulant
Bien que le système en présence ne présente pas d’innovation technologique propre, son caractère
récent correspond à une actualité particulière : le développement des Chantiers navals STX à Saint-
Nazaire. En outre, ce fût l’occasion d’être au plus proche de l’installation de ce système d’envergure
certaine, système exceptionnel de par sa taille et sa portée de 26 mètres.
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Etude technique
I. Définition du cahier des charges La société STX a imposé un cahier à ses sous-traitants pour la fabrication et l’installation du pont
roulant :
- Portée : 26040 mm
- Rails de fourniture STX : carré 40x40 mm
- Hauteur sous croc minimum par rapport au niveau du sol : 7275 mm
- Hauteur sous croc minimum par rapport au fond de la fosse : 10775 mm
Précision : profondeur de la fosse devant accueillir la machine de fraisage/soudage= 3500 mm
- Hauteur sous ferme : 8900 mm
- Hauteur sous ferme au faitage : 9900 mm
- Clair de passage entre le dessus de la machine PEMA et le dessous de la charpente : 1625 mm
- Longueur du chemin de roulement environ 21000 mm (à contrôler par le fournisseur avant
réalisation)
- Conditions d’exploitations : le pont sera amené à travailler au maximum 8h par jour, par
tranche de 24h.
- Mouvements assurés par des fabrications standardisées constituées d’éléments courants du
commerce.
- Performances souhaitées :
o vitesse de direction de 5 à 20 m/min avec variateur
o vitesse de translation de 10 à 40 m/min avec variateur
o vitesse de levage de 1,4 à 8,6 m/min en bi vitesse
Image 8 : mobilité du système
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II. Partie mécanique et électrotechnique
Moteur de direction – Chaîne d’énergie
ALIMENTER
Réseau 230/400V-50Hz
�
P1
CONVERTIR
Moteur 370 W
�
P2
TRANSMETTRE
Réducteur
�
P3
AGIR
Chariot
Ƞ=0,65
Moteur de direction – couple nécessaire à la mise en mouvement du chariot
P3 On s’intéresse maintenant au moteur de direction permettant la mise en mouvement du chariot. Il
faut vaincre l’adhérence du contact entre le galet et la monopoutre. On prendra celui-ci avec une
valeur de 0,20.
facier→acier = 0,20.
On procède en 5 temps avec les hypothèses suivantes :
o La liaison galet-rail est une ponctuelle avec frottement de normale ��
o La liaison galet-châssis est une liaison pivot parfait d’axe ��������
o La masse maximale à manutentionner étant de 1 tonne, et la masse totale du mécanisme de
levage étant de 338 kg, on considère cette charge répartie de manière équitable entre les 4
galets
1) On isole un galet �����
Le châssis n’est pas représenté dans cette vue, mais fait action au point O.
2) On effectue le Bilan des Actions Mécaniques Extérieures sur le galet ���������� → ����
� �� ��â����→������������������������������������� ; � �� ���→������������������������������� ; � !� "#�→��������������������������������
L’action du rail sur le galet est modélisable par deux actions normale et tangentielle :
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� �� ���→������������������������������� = � %� ���→������������������������������� + � '� ���→������������������������������ (1)
3) On se place dans le cas d’une vitesse nulle puisque le chariot n’est pas encore en mouvement.
On pose le Principe Fondamental de la Statique : ∑ )�*�→�������������������������� = 0�� � ∑ ,� �*�→������������������������������� =0
� - �� ���→������������������������������������� ⋀ �� ���→������������������������������/ + � - �� 0ℎâ2232→�����������������������������������,� 0ℎâ2232→������������������������������������/ + � 4 0��!� "#�→�������������������������������5=400����5
4) Pour obtenir le couple il faut projeter l’équation de moment sur �� :
�� ^ �� �7�→����� + !# "#�→����� + ,� ��â��7�→����� = 0 (2)
Au vu des hypothèses, on considère que ,� ��â��7�→����� = 0
Donc avec (1) et (2) on trouve : �� . '� �7�→����� = − !# "#�→����� . On projette l’équation de résultante sur ��: %� �7�→����� = −%� ��â��7�→�����
Et: :'� ���→�����:����������������������������� = ;��7� →��7� ∗ :%� ���→�����:������������������������������
Donc : !# "#�→����� = �� . ;��7� →��7� ∗ %� ��â��7�→�����
5) On résout numériquement :
D’après les hypothèses, on trouve : %� ��â��7�→����� = −3345 % . ��
On prend un diamètre de galet de 20 cm : ∅����� = 0,20 C DEF0 ������ = �� = 0,10 C !� "#�→����� = 0,10 ∗ 0,2 ∗ 3345 = − 66,9 %. C
On trouve le couple nécessaire pour entraîner le chariot à vitesse constante à la limite du glissement
des galets moteurs sur le rail du galet : CO mot→galet = -66,9 N.m
Le couple moteur est transmis suivant �������� à deux galets.
Moteur de direction – Puissance P1 absorbée par le moteur Par manque de données, on se fixe un rendement égal à ƞ = 0,65. On considère que le moteur
fonctionne avec sa puissance utile de 370 W : JK = JLƞ
JK = 3700,65
JK = 569,2 O
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Avec ces hypothèses de calcul, on va solliciter une puissance de 569,2 W sur le réseau.
Moteur de direction – Vérification de la protection Le moteur de direction est couplé à un réseau d’alimentation 230/400V-50Hz. Sur le schéma
électrique donné en annexe 1, on relève que la tension (U) entre phases du réseau est de 400V. En
raison du couplage étoile du moteur, la tension aux bornes d’un enroulement sera V= 230V.
D’autre part : JK = √3 ∗ Q ∗ � ∗ cos U
Avec U : tension composée entre deux fils de phases (Q = 400W)
Déterminons l’intensité absorbée par le moteur alimenté par ce réseau.
� = JK√3 ∗ Q ∗ 0E2U
On trouve l’intensité de ligne en régime nominal :
� = 569,2√3 ∗ 400 ∗ 0,79
� = 1,04 Y
Le disjoncteur magnétique est réglé à 2A. Ce qui est cohérent au vu de nos calculs. Si le moteur
réclame une intensité supérieure à 2A en cas de fonctionnement anormal, le disjoncteur thermique
se déclenchera au bout de quelques minutes et ouvrira le circuit. La fiche technique du disjoncteur
est disponible en annexe 2.
Moteur de translation – Détermination du rapport de réduction Parmi les informations données par le constructeur, seul manquent les rapports de réduction des
différents motoréducteurs. Nous allons ici déterminer celui concernant le motoréducteur de
translation.
Pour le variateur de commande de la translation du pont roulant nous avons les caractéristiques
suivantes :
- vitesse nominale moteur lue sur la plaque : 1410 tr/min
- Fréquence maximale de sortie : 60 Hz
- On lit également la taille des roues circulant sur le rail 40x40 mm sur le plan constructeur : Øroue
= 125 mm
On considère que la vitesse nominale du moteur correspondra à la grande vitesse de translation
Vroue/0 = 20 m/min soit Vroue/0 = 0,33 m/s. On définit par « 0 » le solide constituant la charpente,
assimilée au référentiel terrestre.
Z #[�/] = W #[�/]� #[�
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Z #[�/] = 0,330,1252
Z #[�/] = 5,3 ^�D/2
Cela correspond à la vitesse de rotation en sortie.
Calculons la vitesse de rotation en entrée : Z"#�/] = %_#"7_��� ∗ 2`/60 Z"#�/] = 147,7 ^�D/2
On en déduit le rapport de réduction : ̂ = Z #[�/]Z"#�/]
^ = 5,3147,7
^ = 128
Moteur de translation – Etude de la vitesse La longueur du chemin de roulement étant de 21m, nous cherchons le temps ��#���� que va mettre
le pont à parcourir cette distance.
Nous connaissons par les réglages du variateur de vitesse (cf. annexe 3) :
- les temps d’accélération et de décélération étant chacun de 3 secondes
- la vitesse nominale de 20 m/min soit 0,33 m/s b = 0EF2��F� c(�) = b ∗ � + WE d(�) = b2 ∗ �L + WE ∗ � + eE
Valeurs d’accélération et de décélération :
b = c(�) − WE�
b = 0,33 − 03 b = 0,11 C/2²
Distance parcourue pendant ces deux phases : d(3) = 0,11 ∗ 3L + 0 ∗ 3 + 0 d(3) = 0,495 C
Distance restant à parcourir :
Il faut déduire de la longueur de roulement de 21 mètres l’empattement existant entre les galets de
4,4 mètres.
La distance que va parcourir un galet est donc 16,6 m.
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d(�) = 16,6 9 2 ∗ 0,495
dV�X $ 15,61C
Entre les deux phases d’accélération et de décélération, la vitesse est constante :
∆� $ Dc
∆� $ 15,610,33
∆� $ 47,32
��#���� $ ∆� & ����é�é ��7#_ & �i �7_��� ��#���� $ 47,3 & 3 ∗ 2
��#���� $ 53,32
Pour traverser le hall, le
pont mobile prendra un
peu moins d’une minute à
une vitesse de 20 m/min.
III. Partie Structure Démarche Cette étude structurelle consistera en la vérification de la poutre HEA 240 supportant de part et
d’autre du hall la monopoutre. Nous vérifierons le dimensionnement de selon les règles régies par
l’Eurocode 3. Le plan d’ensemble de la monopoutre est en annexe 4.
Détermination des charges
Charges permanentes
Volume Poids volumique
ρ
Masse Poids
(avec g = 9,81 m/s²)
Rail de
roulement
W $ ∗ j ∗ k
W $ 0,040 ∗ 21∗ 0,040
W $ 0,0336 m3
ρacier = 7850
kg/m3
C $ l ∗ W
C $ 263,76 kg
J $ 258,8D�%
Rapporté au ml :
�1 $ 12,3D�%/C
HEA 240 / / C $ 61,5m�/C �2 $ 60,3D�%/C
� $ �K & �L � $ 72,6D�%/C
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0 10 20 30 40 50 60
Vit
ess
e (
m/s
)
Temps (s)
Profil de vitesse sur 21m
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Charges d’exploitation
La masse totale du pont est donnée et vaut M = 4350,92 kg. Le pont peut supporter une charge
additionnelle de 1 tonne lorsqu’on le manutentionne.
On aura donc une charge minimale Pmin sans la charge additionnelle et une charge maximale Pmax
avec une masse additionnelle de 1000 kg. On fait l’hypothèse que cette charge additionnelle, dans le
cas le plus défavorable se divise entre deux galets uniquement et non quatre (cas où la charge levée
est à l’extrémité de la monopoutre)
JC3F = (, ∗ �)/4
JC3F = (4350,92 ∗ 9,81 )/4
JC3F = 1067,1 D�%/���
JC�d = (, ∗ �)4 + (!ℎ�^� �DD ∗ �)2
JC�d = (4350,92 ∗ 9,81)4 + (1000 ∗ 9,81)2 JC�d = 1557,6 D�%/���
Pour nos calculs on prendra : JC�d = 1557,6 n�o����� Ep q^, max = 15,6 m%
Détermination du moment maximale sur la poutre continue
1ère méthode : Méthode de la ligne d’influence
L’étude de cette poutre hyperstatique par la méthode des lignes d’influence est longue. Nous
préférons donc l’utilisation d’un formulaire RDM pour la suite de notre étude. Nous utiliserons un
utilitaire de calcul pour une exploitation pédagogique dans la deuxième partie de ce dossier.
2ème méthode : utilisation d’un formulaire RDM
La situation réelle est conforme au schéma mécanique suivant :
Cependant pour appliquer la méthode, nous nous devons de travailler avec des travées constantes.
Nous considérerons donc le schéma suivant avec la travée de 8 m comme référence :
Le tableau suivant nous permet de déterminer les moments caractéristiques de notre poutre. Ce
tableau est issu d’un recueil de formulaire de RDM « Techniques de l’ingénieur ».
Il faut calculer le rapport entraxe/longueur travée. Pour nous la longueur de la travée est donc de 8
m et l’entraxe entre les galets est de 4,1 m. On obtient :
� = 0,5125
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On prendra : � = 0,50
0,512 5,80
m
-1991,3
daN.m
5,98
m
-1914
daN.m
2,82
m
2854,8
daN.m
3,38
m
2250,4
daN.m
2180
daN
-935
daN
2325,2
daN
-
2347,6
daN
0,512
On calcule chaque moment de la manière suivante :
, = 0E;;303F� ∗ J"�* ∗
Le moment maximal vaut 2854,8 daN.m et se produit au niveau de la travée 1. Celle-ci intervient
lorsque la charge se situera en x = 2,82m à partir du point A. Soit dans la configuration suivante :
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Il s’agit du moment relatif aux charges d’exploitation : MQ = 2854,8 daN.m. Il faut maintenant
déterminer le moment maximal correspondant aux charges permanentes. A l’aide de l’abaque de
Macquard (cf. annexe 5) on trouve le moment maximal dans la travée 1.
Figure 4: extrait de l'abaque de Macquart
Le moment maximal vaut 0,640 Mo avec : ,E = �L8
,E = 72,6 ∗ 8L8
,E = 580,8 D�%. C MG =371,7 daN.m
Vérification à l’Etat Limite Ultime
Moment maximal induit par les charges
permanentes
Moment maximal induit par les charges
d’exploitation
,u = 3717 %. C
,v = 28548 %. C
Combinaison d’actions à l’ELU : My,Ed=1,35MG +1,5MQ ,w,xn = 47,8 m%. C
Classification de la section Classification de l’âme :
23 n�y ≤ 72{ Alors l’âme est de classe 1.
Calcul :
D�| = 1647,5 = 21,86 < 72{ = 72
L’âme est donc de classe 1.
Classification de la semelle :
23 ��i ≤ 10{ alors la semelle est de classe 1
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Calcul :
0�; = ~ − �| − 2^2�; = 230 − 7,5 − 2 ∗ 21212 = 7,52 ≤ 10{ = 10
La semelle est donc de classe 1. Le profilé est de classe 1 : nous choisissons les valeurs de résistance
plastique pour les calculs.
Sollicitation de flexion
Si la poutre est composée d’un acier S235. Sa résistance élastique à la traction est donc de 235 MPa
→Fy = 235 MPa. D’autre part pour un HEA 240 : O��,w = 744,6 0C�
On vérifie que : ,xn ≤ ,�,�n
Yc0 ∶ ,�,�n = ,��,w,�n = O��,w ∗ )wb�] Eù O��,w2� CEDp D ;d3EF ��2�3�p �b�] 2� 0E;;303F� D 2é0p^3�é ��^�3
�^32 é�� à 1,1
,�,�n = ,��,w,�n = 744,6 ∗ 10�� ∗ L��∗K]^�K,K : ,�,�n = ,��,w,�n = 159,1 m%. C
On a bien ∶ ,�,�n = ,��,w,�n ≥ ,w,xn Sollicitation d’effort tranchant
On vérifie la condition de résistance à l’effort tranchant :
W�,xn ≤ W�,�n
On considère l’effort tranchant maximal pour un placement du galet du pont roulant au bord de
l’appui. Dans Ces conditions on trouve :
W�,xn = 23,2 m%
La section est de classe 1. Celle-ci est donc capable de développer son moment résistant plastique.
W�,�n = W��,�n = Y� ∗ )w ∗ √3b�]
Pour les sections laminées en I ou en H, chargées parallèlement au plan de l’âme, l’aire résistante en
cisaillement est fournie dans le catalogue des profilés : Y� = 2518 CCL
W��,�n = 2518 ∗ 235 ∗ √31,1
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W��,�n = 931,7 m%
W�,xn ≤ W�,�n
Flexion bi-axiale
Compte-tenu de la présence d’un effort vertical d’une part et horizontal d’autre part, on se doit de
vérifier la sollicitation de flexion bi-axiale.
� ,w,�n,��,w,�n�� + � ,�,�n,��,�,�n�� ≤ 1 On calcule ,�,�n à l’aide des informations fournies sur le plan en annexe 4 et de l’effort transversal
maximal de 269 daN. On trouve ,�,�n = 5,4 m%. On prend ,w,�n = 47,8 m%. C
,��,�,�n = O��,� ∗ )wb�]
,��,�,�n = 351,7 ∗ 2351,1
,��,�,�n = 75,1 m%. C
On reprend aussi : ,��,w,�n = 159,1 m%. C
Avec � = 1 � � = 2 pour les sections en I ou en H on a bien : � 47,8159,1�� + � 5,475,1�� = 0,31 ≤ 1
Interaction flexion et effort tranchant (M-V) W�,xn = 23,2 m%
W��,�n = 931,7 m%
Donc W�,xn ≤ 0,5 ∗ W��,�n
� Pas d’interaction M-V à prendre en compte
Conclusion
Notre poutre répond donc convenablement aux exigences de résistance à l’ELU.
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Vérification à l’Etat Limite de Service La flèche sera vérifiée selon les hypothèses suivantes :
- Dans un premier temps le calcul sera effectué sur une poutre reposant sur deux appuis et non
sur une poutre continue afin de faciliter les calculs mais surtout car cette hypothèse est un
modèle défavorable pour notre structure. On valide cette hypothèse par le fait qu’un
chargement sur poutre en flexion simple génère un moment plus important sur une poutre en
flexion que sur une poutre continue (pour un même chargement).
- Le modèle à prendre en compte sera donc le suivant :
Afin de déterminer la flèche maximale on utilisera la méthode de la double intégration des
équations de moment fléchissant :
1er tronçon 2ème tronçon
Equation
des
moments
,K(d) = − �dL2 & VJ & �
2 Xd ,LVdX $ VJ & �2 XV
9 2 & dX
9 �2 �
9 2 & d�
L9 Jd
Expression
de la
rotation
ZKVdX $ � ,VdX� ∗ �� Dd
ZKVdX $ �9�dL2 & VJ & �
2 Xd� ∗ ��
� ∗ �� ∗ ZKVdX $ 9 V� & JXd�6 & �d�
6& !1
ZLVdX $ � ,VdX� ∗ �� Dd
� ∗ �� ∗ ZLVdX $ J2 V 9 Xd & �
4 V 9 Xd& �
4 dL 9 �8 dV 9 XL
9 �dL4 V 9 X 9 �d�
6 & !3
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Expression
de la
déformée
�K(d) = � Z(d)� ∗ �� Dd
� ∗ �� ∗ �K(d) = + �d�24 + (J+ �2 )d�6+ !1d + !2
�L(d) = � Z(d)� ∗ �� Dd
� ∗ �� ∗ �L(d) = J2 ( − )dL2 + �4 ( − )dL
2+ �12 d� − �16 dL( − )L− �d�12 ( − ) − �d�24 + !3d+ !4
Recherche
de C2
� La flèche verticale est nulle sur l’appui
Tronçon1 : �F d = 0 �(0) = 0 !2 = 0
Recherche
de C3
� La valeur de la rotation est nulle à mi- travée
Tronçon 2 : �F d = �L ZL ��L� = 0
On résout numériquement dès le départ pour éviter les erreurs avec : L = 8 m ; e = 4,1 m ;
q = 726 N/ml ; P = 15 576 N. On fera de même pour les autres constantes d’intégration.
On trouve !3 = −73129,1
Recherche
de C1
� Pour une même abscisse, les valeurs des rotations sont égales pour les deux
équations
Tronçon 1 : F d = ���L et tronçon 2 : F d = 0 ZL(0) = ZK ����L �
On trouve : !1 = −107367
Recherche
de C4
� Pour une même abscisse, les valeurs des flèches verticales sont égales pour les
deux équations
Tronçon 1 : F d = ���L et tronçon 2 : F d = 0 �L(0) = �K ����L � !4 = −186090,4
Au niveau du tronçon 2, d = �L , la flèche est maximale.
Il s’agit donc de remplacer dans la seconde équation de la déformée (2e tronçon) x par e/2 et d’en
déduire la flèche correspondante :
� ∗ �� ∗ �L(d) = J2 ( − )(2)L2 + �4 ( − )(2)L
2 + �12 (2)� − �16 (2)L( − )L − �(2)�12 ( − ) − �(2)�
24− 73129,1d − 186090,4
Avec :
L = 8 m ; e = 4,1 m ; q = 726 N/ml ; P = 15 576 N ; E = 210 000 MPa ; IG,z = 7763 cm4
�L"�* =�155762 (8 − 4,1)(4,12 )L2 + 726 ∗ 84 (8 − 4,1)(4,12 )L2 + 726 ∗ 812 (4,12 )� − 72616 (4,12 )L(8 − 4,1)L − 726(4,12 )�12 (8 − 4,1) − �(2)�24 − 73129,1d − 186090,4
210000 ∗ 10� ∗ 7763 ∗ 10�¡
�L"�* = −0,01605 C
�L"�* = −16,05 CC
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Le signe négatif de la flèche indique que le point situé en milieu de travée se déplace de 16,05 mm
vers le bas.
Vérification de la flèche avec le logiciel RDM 6 : Poutre sur deux appuis :
On obtient une flèche de 16,1mm en milieu de travée, orientée également vers le bas. La marge d’erreur entre
nos calculs et le modèle de RDM est de 0,3%
Poutre continue sur quatre appuis :
La flèche déterminée sous RDM6 vaut 10,18 mm, soit un rapport équivalent à L/786.
Remarque : RDM6 ne propose pas de liaison dite « articulation », laissant la liberté d’un déplacement
horizontal. Le système est hypostatique. Dans notre cas, cela n’est pas impactant puisque nos charges
sont uniquement verticales.
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Calcul de la flèche avec le théorème de Pasternak Une autre méthode est de calculer la flèche en s’aidant partiellement des outils numériques (il faut
tout de même connaître le diagramme des moments), avec le théorème de Pasternak :
∆¢= � , ∗ ,£���� ∗ ��
¤
]∗ Dd
Yc0 ∶ , ∶ Moment de flexion dans la structure étudiée.
,£��� ∶ Moment de flexion dans la structure qui correspond à la structure initiale uniquement
chargée d’un facteur sollicitant (force unitaire φ = - 1 N porté par l’axe ��) à l’abscisse souhaitée
pour le calcul de la flèche.
Il est donc nécessaire d’avoir :
- le diagramme des moments fléchissant le long de la poutre hyperstatique en présence
chargée selon le cas de charge souhaité
- le diagramme des moments fléchissant le long de la poutre hyperstatique sous une charge
unitaire placée au milieu de la travée de 8m
- le tableau des intégrales de Mohr (cf. Annexe 6)
-
Avec une modélisation sous RDM 6 et pour un effort unitaire de 1N situé au milieu de la première
travée, on obtient le diagramme suivant :
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Détail du calcul (unités utilisées : longueurs en (m) les moments fléchissant en (N.m)) :
= 13 ∗ ¥, ¦§ ∗ ¨©ª«« ∗ «, ª¬ + ¨ + �«, ª¬¥, §¬ + ¨®¦¬«¨©ª««� + ¨ ∗ �«, ª¬¥, §¬ ∗ ¨®¦¬«¨©ª««�¯¬ ∗ ¨, «§ ∗ ¨©ª«« ∗ ¥, §¬+ ¨ + �«, ®¥¥, §¬ + ¥¬¥ª«¨®¦¬«� + ¨ ∗ �«, ®¥¥, §¬ + ¥¬¥ª«¨®¦¬«�¯¬ ∗ ¨, «§ ∗ 23960 ∗ 1,56+ ¨ + � §©¥§¥¬¥ª«�¯¬ ∗ «, §¥ ∗ «, ®¥ ∗ ¥¬¥ª« + ¥¬ ∗ «, ¨¬ ∗ §©¥§ ∗ (−«, ¥§ª)+ ¨ + �«, ¥§ª«, ©ª¬�¯¬ ∗ «, ®¥ ∗ (−«, ©ª¬) ∗ (−¨°°°«) + ¥® ∗ §, ¨ ∗ (−¨°°°«) ∗ (−«, ©ª¬)+ §¥¨ ∗ ¥, ® ∗ ¨¨ªª ∗ «, ¨¥¦ + §¥¨ ∗ ¬, § ∗ ¨¨ªª ∗ «, ¨¥¦
On a :
- en rouge : le coefficient donné par le tableau des intégrales de Mohr
- en vert : la longueur du tronçon considéré pour le calcul
- en noir : les valeurs des moments fléchissant pour les deux diagrammes
Les valeurs intermédiaires ont été calculées par interpolation linéaire, notamment pour les valeurs
correspondant aux formes trapézoïdales. Finalement on obtient :
∆¢=171460,1
210000 ∗ 10� ∗ 7763 ∗ 10�¡
∆¢= 10,51 CC
On note que le signe est positif car la flèche obtenue est bien conforme au sens donné à la force
unitaire φ = - 1 N.
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Comparaison et analyse des résultats Rappel du cahier des charges et des résultats :
Cahier des charges :
Selon la norme « NF P22-615 : poutres de roulement de pont roulants – déformations en service et
tolérances » et de ses tableaux (cf. Annexe 7), le pont, au vue de son utilisation, se situerait entre les
classes :
- Classe A Utilisation occasionnelle avec longue périodes de repos
- Classe B Utilisation régulière en service intermittent
Pour des états de charge n’excédant pas le cas « moyen », (manutention de fûts de fils de poids
unitaire 250 kg soit ¼ de la charge nominale) le groupe auquel appartient le système est le groupe
B2. Il doit donc respecter une flèche inférieure à L/750
Poutre sur deux appuis : on obtient une flèche de 16,05 mm (=L/499 ) par le calcul manuel alors que,
vérifiée sous RDM 6, cette flèche vaut 16,1mm (=L/497 ) en milieu de travée. La marge d’erreur entre
nos calculs et le modèle de RDM6 est de 0,3%
Poutre continue sur quatre appuis : la flèche déterminée sous RDM6 vaut 10,18 mm, soit un rapport
équivalent à L/786. La flèche calculée manuellement avec le théorème de Pasternak vaut 10,51 mm
(= L/761). La marge d’erreur entre nos calculs et le modèle de RDM6 est de 3,1%
Flèche maximale obtenue par le bureau d’études :
Les valeurs de flèches obtenues sont sensiblement proches de celle obtenue par le bureau d’études :
L/756
Analyse
On aura constaté la limite de nos hypothèses pour constituer le modèle, qui, si elles s’avèrent trop
éloignées du modèle réel, ne remplissent pas les conditions requises par le cahier des charges.
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Partie pédagogique I. Les élèves et la communauté éducative
Etant étudiant en Master 2 « Métiers de l'éducation, de l'enseignement et de la formation », J’ai pu
acquérir une certaine expérience de ce Master MEEF :
En Collège Au cours de l’année 2015/6016, j’ai pu effectuer un premier stage au Collège Vauguyon du Mans (72)
sous la responsabilité de mon tuteur Ludovic Lebreton, enseignant en technologie en classe de 6éme,
5éme, 4éme et 3ème.
Ma seconde expérience en collège se fait actuellement en tant que professeur stagiaire au Collège
Louis Pasteur de Saint-Mars-la-Jaille (44). L'accueil réservé par mon tuteur Stéphane Pohen ainsi que
la coopération active de tous les autres personnels (enseignants et administratifs), m'ont permis
d'appréhender les diverses facettes du professeur de technologie en collège et d’en dégager un point
de vue global sur :
o La vie d’un l’établissement EPLE de taille modeste (400 élèves)
o La gestion pédagogique d’une séance ou séquence de cours, le contenu des
programmes.
o La gestion de la classe (communication avec les élèves, gestion des élèves en
difficultés, perception des et anticipation des problèmes)
J’ai pu noter l’importance des échanges entre les membres de l’équipe pédagogique :
- Les échanges entre professeurs sont d’une grande importance pour la concordance des
programmes ou la mise en place de projets interdisciplinaires (EPI).
- Les échanges entre professeurs et l’équipe éducative (principale, CPE, surveillants) qui
permettent :
o d’appréhender au mieux les séances en classe (gestion des absences et des retards)
o de mieux comprendre les difficultés des élèves
En Lycée Le second stage s'est déroulé au Lycée Touchard-Washington du Mans (72), sous la responsabilité de :
- Monsieur Oualalen, chef de travaux
- David Bessière, enseignant en classe de 1ère et terminale STI2D, option Energie et
Environnement
- Vincent Brechelier, enseignant en classe de terminale STI2D, option Innovation
Technologique et Eco-Conception et Sciences de l’ingénieur
- Christophe Le Boulch, enseignant en classe de terminale STI2D, option Architecture et
construction
J'ai pu assister et intervenir dans différents niveaux de classe (première et terminale), en voie
générale (S/SI) et ou technologique (STI2D) ainsi qu’en section EE.
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Comme au collège, on retrouve globalement les mêmes problématiques de gestion d’un
établissement dans le cas d’un lycée. Néanmoins, la pratique d'enseignement en lycée diffère de celle
du collège. De par le choix de section des élèves, l'hétérogénéité des élèves est moins grande. Les
moyens mis à disposition, les connaissances plus larges des élèves ainsi que leur plus grande
autonomie permettent d'approfondir plus largement des sujets.
J'ai aussi pu noter l'importance des temps de concertation entre enseignants afin de proposer aux
élèves un enseignement de qualité et le plus adapté possible.
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II. Choix des activités et de la séquence proposée
On rappelle ici le potentiel pluridisciplinaire du système pont roulant. Il permet d’envisager de
multiples orientations pédagogiques. On citera notamment :
Fonction Exploitations pédagogiques possibles
Alimenter et distribuer Etude des appareillages de l’équipement du pont → choix
des constituants
Protéger les biens et les
personnes
Etudes des dispositifs des dispositifs de protection
Convertir l’énergie
Etude des différents moteurs asynchrones du pont roulant
→ principe
→ dimensionnement
Commander la puissance
Etude de la variation de la vitesse et des variateurs
→ principe
→ dimensionnement
→ mise en œuvre
Résister
Etude de la structure du pont
→ dimensionnement
→ comportement
Les exploitations pédagogiques qui suivent s’orienteront principalement vers la dernière fonction et
l’étude de la structure du pont.
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III. Approche pédagogique en STI 2D L'exploitation pédagogique du pont roulant sera majoritairement effectuée en classe de terminale
Sciences et Technologie de l'Industrie et du Développement Durable (STI2D).
L'exploitation proposée est en lien avec le programme (BO spécial n°3 du 17 mars 2011) du cycle
terminal STI2D. Les items du programme étant très nombreux, ils sont répartis en une quinzaine de
« centres d'intérêt de base (CI) » tel que proposé pages 119-120 du document « Ressources pour le
cycle terminal – enseignements technologiques transversaux et enseignements spécifiques (série
STI2D).
CI 1 Développement durable et compétitivité des produits
M1 CI 9
Amélioration de l'efficacité énergétique dans les chaînes d'énergie
E3
CI 2 Design, architecture et innovations technologiques
M1 CI 10 Efficacité énergétique liée à la gestion de l'information
EI2
CI 3 Caractérisation des matériaux et structures
M2 CI 11 Commande temporelle des systèmes
EI3
CI 4 Dimensionnement et choix des matériaux et structures
M3 CI 12 Formes et caractéristiques de l'info
I1
CI 5 Efficacité énergétique dans l'habitat et les transports
ME2 CI 13 Caractérisation des chaines d'info.
I2
CI 6 Efficacité énergétique lié au comportement des matériaux
ME3 CI 14 Traitement de l'information
I3
CI 7 Formes et caractéristiques de l'énergie
E1 CI 15 Optimisation des paramètres par simulation globale
MI3
CI 8 Caractérisation des chaines d'énergie
E2
Les activités proposées dans ce dossier vont permettre d'aborder le centre d'intérêt de base :
- CI 4 Dimensionnement et choix des matériaux et structures
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L'ensemble des activités s'inscrit dans une progression pédagogique permettant aux élèves
d'acquérir les savoirs inscrits dans les référentiels et de développer les compétences attendues.
Chaque année du cycle terminal STI2D est répartie en séquences.
Le tableau ci-dessous propose une organisation de l'enseignement transversal du cycle terminal STI2D. On note qu’à chaque séquence est associée un CI opérationnel. En bleu, figure la séquence et centres d'intérêt de base dans lesquels s'inscrivent les activités STI 2D proposées dans ce dossier. Il s'agit de la séquence 2 en classe de terminale STI2D.
Semain
es
Heu
res
CI 1 CI 2 CI 3 CI 4 CI 5 CI 6 CI 7 CI 8 CI 9 CI 10
CI 11
CI 12
CI 13
CI 14
CI 15
P1
1- Traitement de l'information
3 18 18
2- Dimensionnement des structures
2 12
12
P2
3- Solutions constructives et comportement des structures dans l'habitat
2 12 2 10
4-Solutions constructives et comportement de l'énergie dans l'habitat
2 12 4 8
5-Gestion de l'information dans l'habitat
2 12 5 3 2 2
P3
6- Eco conception, éco construction et choix des matériaux
3 18 12 4 2
7- Performances et pilotage des systèmes multisources
4 24 6 6 12
P4
8- Solutions constructives et comportement des structures dans les systèmes mécatroniques
2 12 2 10
9-Solutions constructives et comportement de l'énergie dans les Systèmes mécatroniques
2 12 12
10- La commande temporelle des systèmes mécatroniques
2 12 10 2
P5
11- Modélisation et comportement des systèmes
6 36 10
14
12
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Proposition de la séquence F ICHE SÉQUENCE 2 DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES
OR
GA
NIS
ATI
ON
Classe : Terminale STI 2D Centres d'Intérêt abordés dans la séquence
Nombre d'élèves
maximum par groupe 18
1 CI 4 Dimensionnement et choix des matériaux et structures 12 h
Nb de semaines 2 Choix des horaires à affectifs réduits dans l'établissement
Classe entière 1 heures CE
Total horaire élève 12 Groupe allégé 4 h (hors 1 h STI en
LV1)
Horaire élève CE * 4 h Activités en groupes allégés
Horaire élève groupe * 8 h
Activité pratique 1
Activité pratique 2
Activité de simulation 1
Etude de dossier 1
Cours classe entière CI CI 4 CI 4 CI 4 CI 4
Sem
ain
e 1
2.3.3 Résistance des matériaux Hypothèses et modèle poutre, types de sollicitations simples, étude d’une sollicitation simple + 1 heure enseignement langue vivante
2h
Objectifs
Comparer le comportement des matériaux
sous sollicitations
simples
Essai de traction sur fil
Vérification de dimensionnem
ent de structures
Descente de charges
Nb élèves 5 5 4 4
Nb postes 4 4 1 1
2h
Durée activité
2h 2h 2h 2h
Sem
ain
e 2
2.3.3 Résistance des matériaux Notion de contrainte et de déformation, loi de Hooke et module d’Young, limite élastique + 1 heure enseignement langue vivante
Support 1 Banc d'essai flexion
Support 2 Machine BED 100
Support 3 Maquette
numérique du pont Roulant
Support 4 Documents techniques
Ro
tati
on
s
Répartition des élèves Semaines Rotation des activités en groupes allégés
Classe divisée en 4 groupes de 4,4, 5 et
5 élèves
S1 G1 (5 élèves) G2 (5 élèves) G3 (4 élèves) G4 (4 élèves)
S1 G4 G1 G2 G3
S2 G3 G4 G1 G2
S2 G2 G3 G4 G1
Remarques sur la séquence proposée :
� On demandera aux élèves la semaine précédant la séquence de revoir la fiche de séquence
vue durant l’année de première sur les sollicitations (cf annexe 10), celle-ci étant un prérequis
pour cette séquence.
� La fiche de séquence proposée en annexe 11 sera déroulée en deux temps : les parties I et II
sur la flexion simple lors de la première semaine et la partie III lors de la deuxième semaine.
� On proposera en cours de séquence ou fin de séquence une sortie pédagogique au sein des
chantiers navals de Saint-Nazaire. Celle-ci permettra aux élèves :
- d’imager de manière réel la maquette numérique du pont roulant sur laquelle a travaillé
l’élève
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- de comprendre les procédés de fabrication propres aux ateliers STX-St-Nazaire
- de constater l’envergure d’une entreprise internationale
Présentation des activités relatives à la séquence 2 Enseignement
transversal STI2D
Cette partie propose des activités menées en classe de terminale STI 2D relatives à la séquence 2 :
« dimensionnement des structures »
Concernant la séquence en STI 2D, s'agissant d'une séquence d'enseignement technologique
transversal, il importe que les activités pratiques restent pluridisciplinaires (SIN, EE, ITEC, AC). Il est
indispensable que les élèves acquièrent les connaissances de base nécessaires à la compréhension
globale des systèmes techniques complexes. En outre, la réorientation doit rester possible entre
spécialités ou entre séries.
Lors de la séquence 2, les élèves auront à réaliser en groupe allégé deux activités pratiques, une
étude s’appuyant sur un logiciel de simulation et une étude de dossier en anglais.
Chacune des activités de la séquence a fait l'objet d'un tableau de synthèse.
Activité 1 : activité en classe de terminale ETT-STI2D � Cette activité est détaillée en annexe 12
Fiche activité ETT STI
2D Calcul de flèche sur une poutre sous sollicitations simples
Classe et type d'activité Activité pratique en STI 2D (Enseignement transversal)
Durée 2h
Nb élèves 4
Supports Banc d’essai de flexion « artisanal »
Compétences visées 1
CO5.3. Évaluer un écart entre le comportement du réel et le comportement du modèle en fonction des paramètres proposés
2 CO3.2. Évaluer la compétitivité d’un système d’un point de vue technique et économique
Ressources et supports
R01 Deux profilés de même longueur. De matériaux différents (alu et acier)
R02 Des masses marquées (200g, 500g et 1kg)
R03 Un comparateur pour mesurer les déformations
R03 Formulaire de flèches sous chargements usuels
R04 Tableur Excel
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Activités proposées
Les élèves font varier les chargements et les longueurs d’une poutre et mesurent les flèches.
Ils rassemblent les valeurs des flèches obtenues expérimentalement et par le modèle RDM dans un tableur Excel. Ils mesurent les écarts et analyse l’influence des paramètres proposés.
Références au programme
2.3.3 Résistance des matériaux, hypothèses et modèle poutre, types de sollicitations simples, notion de contrainte et de déformation
Pré-requis
Créer une esquisse sous Solidworks
Utilisation d’Excel
Savoir calculer une charge avec la masse (P=M*g)
Démarche pédagogique (au choix)
1. Démarche d'investigation
« Comment est-il possible de réduire la flèche d’une poutre
sous un chargement simple ?
2. Résolution de problème
technique
« Déterminer les configurations possibles afin de limiter la
flèche admissible imposée »
Plan d'une séance (étapes principales)
1 Calculs préliminaires des chargements
2 Respect d’un protocole expérimental
4 Comparaison des résultats entre modèle théorique et modèle expérimental
5 Analyse des paramètres influents
A propos de cette activité et du moment quadratique, cette notion introduit le calcul intégral prévue
au programme de terminale en STI 2D. On proposera au professeur de mathématiques une approche
interdisciplinaire dans ce sens.
Activité 2 : activité en classe de terminale ETT-STI2D On propose une activité sur la machine BED 100 (ou autre machine de traction) comme en atteste la
vidéo suivante :
https://www.youtube.com/watch?v=Tb-
40vLEKIc&list=PL17hR9p6m7kEYiaK861Bf01AqLCFBZCOB&index=3
On ne détaille pas ici cette activité dans le sens où le support n’est pas à disposition.
L’essai consiste à effectuer l’étude comportementale d’un fil ou d’une barre en traction afin d’en
déterminer la loi de Hooke et les notions de contraintes et déformations. Les notions à connaître sur
ce support sont décrites dans la fiche de structuration des connaissances en annexe 11.
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Activité 3 : activité en classe de terminale ETT-STI2D � Cette activité est détaillée en annexe 8
Fiche activité ETT
STI2D Vérification du dimensionnement de la poutre HEA 240 du pont roulant des « Ateliers Panneaux Plans STX – St-Nazaire »
Classe et type d'activité Activité de simulation en STI 2D (Enseignement transversal)
Durée 2h
Nb élèves 1
Supports Maquette numérique Pont Roulant – logiciel Solidworks avec complément Simulation
Objectifs de formation et compétences visées
1 CO5.1. Expliquer des éléments d’une modélisation proposée relative au comportement de tout ou partie d’un système
2 CO5.2. Identifier des variables internes et externes utiles à une modélisation, simuler et valider le comportement du modèle
Ressources et supports
R01 Logiciel Solidworks et complément Simulation
R02 Fiche de guidance pour l’utilisation du logiciel
R03 Formulaire RDM de flèches sous chargements usuels
Activités proposées On effectue sous le logiciel Simulation deux cas de charges sur la poutre HEA 240 de 8 mètres de long, poutre présente sur le pont roulant.
Références au programme
2.3.3 Résistance des matériaux, hypothèses et modèle poutre, types de sollicitations simples, notion de contrainte et de déformation, loi de Hooke
Pré-requis Équilibre des solides : modélisation des liaisons, actions mécaniques.
Utilisation de Solidworks. L’utilisation de Simulation est suffisamment guidée dans l’activité
Démarche pédagogique Résolution de
problème technique
« Déterminer les configurations possibles afin de limiter la
flèche admissible imposée »
Plan de l’activité (étapes
principales)
1 Calculs préliminaires des chargements
2 Modélisation sous Logiciel Simulation avec fiche de guidance
3 Simulation et analyse des résultats pour deux cas différents
4 Comparaison des résultats avec un formulaire de flèches RDM
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Activité 4 : activité ETLV en Terminale STI 2D � Cette activité est détaillée en annexe 13
Fiche activité ETT
STI2D « Sizing of a steel beam »
Classe et type d'activité Etude de dossier en Enseignement technologique transversal
Durée 2h
Nb élèves 1
Supports Etude de dossier – supports vidéo et papier
Objectifs de formation et compétences visées
1
CO4.4. Identifier et caractériser des solutions techniques relatives aux matériaux, à la structure, à l’énergie et aux informations (acquisition, traitement, transmission) d’un système
2 CO6.3 : présenter et argumenter des démarches, des résultats, y compris en langue étrangère
3 CO6.1. Décrire une idée, un principe, une solution, un projet en utilisant des outils de représentation adapté
Ressources et supports
R01 Vidéo youtube
R02 Documents 1 et 2 en anglais
R03 Catalogue de profilés industriels
Activités proposées
Ecoute et lectures de documents en langue vivante Décrire la fabrication de l’acier et donner ses fonctions à partir de ces documents Dimensionnement d’une poutre à l’aide d’un catalogue de profilés
Réaliser un schéma de la poutre sélectionnée
Références au programme
2.3.3. Résistance des matériaux : hypothèses et modèle poutre, types de sollicitations simples, étude d’une sollicitation simple 2.2.1 Représentation du réel Croquis (design produit, architecture)
Démarche pédagogique Résolution de
problème technique
« dimensionner une poutre avec une contrainte donnée »
Plan de l’activité (étapes
principales)
1 Recherche documentaire support papier
2 Recherche documentaire support vidéo
3 Dimensionnement guidée de la poutre
4 Synthèse par la création d’un schéma annoté
Cette dernière activité fait l’objet de l’heure dédiée à l’enseignement technologique en langue
vivante.
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Le programme STI2D prévoit un enseignement de deux langues vivantes dans les enseignements
obligatoires correspondant à un horaire globalisé de 3 heures.
En complément de l’enseignement de tronc commun, l’article 6 de l’arrêté du 29 mai 2010 prévoit
un enseignement technologique en langue étrangère (dans la langue vivante 1) : «l’enseignement
technologique en langue vivante 1 est de 36 heures annuelles, soit en moyenne une heure
hebdomadaire ».
Au cours de la séquence d'une durée de 2 semaines, chaque élève aura eu 2 heures d'activité « Étude
De Dossier ». L'étude est composée d'activités de réception en ETLV1. Elle aura permis d'utiliser la
langue vivante étrangère dans le champ de la discipline technologique. L'élève aura eu à comprendre
des documents informatifs, des consignes tant à l’oral qu’à l’écrit (textes, audio, vidéo) qui
s’inscrivent dans la séquence 2 « Dimensionnement des Structures ».
Évaluations Les activités pratiques des séances en groupe allégé feront l'objet d'évaluations formatives.
L'évaluation formative permettra de vérifier le niveau d'atteinte des compétences visées par chaque
activité. Elle indique également à l’enseignant comment se déroule son programme pédagogique et
quels sont les obstacles auxquels se heurtent les élèves. Elle lui permet de prévoir la mise en place
d'éventuelles remédiations.
L'évaluation sommative de la séquence va permettre d’estimer les connaissances acquises de l’élève,
d’en faire un inventaire. L'évaluation sommative s'appuiera pour une partie sur le contenu des fiches
de structuration des connaissances. Ces fiches sont le résultat d'une progression des savoirs et
connaissances de l'élève. Elles lui permettent de se remémorer de façon rapide les divers
apprentissages qui lui ont été proposés (découvertes, expérimentations, structuration théorique,
entraînement, …). Elles correspondent à des savoirs en voie d'acquisition. L'évaluation sommative
comprendra une partie supplémentaire (tâche complexe) nécessitant une mobilisation des
compétences et savoirs plus profonds de l'élève (capacité de raisonnement, mémoire à long terme).
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IV. Approche pédagogique en sciences de l’ingénieur Le programme de sciences de l’ingénieur favorise une approche pluridisciplinaire. On établira aussi fréquemment que possible des liens entre le domaine de l’électricité, de la mécanique et du bâtiment et ouvrage. On veillera également à organiser sa progression pédagogique en relation avec le collègue de mathématiques et de celui de sciences-physique. Les activités pédagogiques au niveau du cycle terminal proposent aux élèves d’aborder la démarche de l’ingénieur, qui consiste notamment à prévoir les performances d’un système à partir de modélisations, par l’évaluation de l’écart entre les performances simulées et les performances attendues au cahier des charges
� C’est dans cet esprit que je propose l’activité 5 : « Modélisation du comportement
cinématique du Pont Roulant sous Meca3D » figurant en annexe 9.
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Activité 5 : activité en classe de terminale Sciences de l’ingénieur � Cette activité est détaillée en annexe 9
Fiche activité Terminale
SI Modélisation du comportement cinématique du Pont Roulant des « Ateliers Panneaux Plans STX – St-Nazaire »
Classe et type d'activité Etude de dossier et simulation en Terminale Sciences de l’ingénieur
Durée 3h
Nb élèves 1 élève par poste
Supports Maquette numérique Pont Roulant – logiciel Solidworks avec complément Méca 3D
Compétences visées/Référence au
programme
1 B3. Résoudre et simuler Simuler le fonctionnement de tout ou partie d’un système à l’aide d’un modèle fourni.
2 B4. Valider un modèle préciser les limites de validité du modèle utilisé ; interpréter les résultats obtenus ;
Ressources et supports
R01 Maquette numérique du pont roulant
R02 Formulaire mathématiques des intégrales et dérivées usuelles
R03 Données constructeur du variateur de translation
Activités proposées
Avec fiche de guidance du complément Méca 3D - modélisation du profil de vitesse selon les données constructeur - amélioration des performances pour répondre à un nouveau cahier des
charges
Pré-requis
Mathématiques : dérivées et intégrales
Utilisation de Solidworks et Méca 3D
Connaissance des liaisons cinématiques
Utilisation de Solidworks. (l’utilisation de Méca 3D est suffisamment guidée dans l’activité)
Démarche pédagogique
Résolution de problème technique
« On souhaite réduire à 20 secondes le temps de la course
du pont afin qu’il joigne les deux extrémités du hall »
Plan d'une séance (étapes principales)
1 Calculs préliminaires pour déterminer le profil de vitesse
2 Simulation sous Méca 3D
4 Analyse des résultats et modifications
5 Validation ou non des conditions du cahier des charges
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V. Approche pédagogique en enseignement
supérieur En post-bac, le Brevet de Technicien Supérieur vise à spécialiser les étudiants dans un domaine. Celui-
ci aura à mener à bien des projets toujours plus proches de la réalité du monde de l’entreprise. Le
décryptage de plans provenant de bureaux d’études et l’utilisation d’outils numériques de calculs
font ainsi partis des tâches quotidiennes d’un technicien. L’activité 6 ainsi proposée s’appuie sur les
plans fournis par la société STX et l’utilitaire de calcul du CTICM, Centre Technique Industriel de la
Construction Métallique. L’utilitaire de calcul nous permet dans cette activité de :
- Déterminer la courbe enveloppe des moments du pont roulant circulant le long de la poutre - Vérifier les flèches admissibles de manière directe
Activité 6 : activité en classe de BTS Construction métallique � Cette activité est détaillée en annexe 14
Fiche activité BTS CM
2e année « Dimensionnement de la poutre de roulement et création de la
courbe enveloppe »
Classe et type d'activité Etude de dossier en Enseignement technologique transversal
Durée 2h
Nb élèves 2
Supports Plan d’ensemble monopoutre 1T – utilitaire de calculs du CTICM
Objectifs de formation et compétences visées
C2 Traiter-décider ( C221 affiner et compléter les solutions technologiques C222 - Analyser et compléter tout ou partie d’une note de calcul - C241 choisir des hypothèses et concevoir une modélisation - C242 interpréter et utiliser une modélisation )
Ressources et supports R01 Plan d’ensemble monopoutre 1T (Annexe 4)
R02 Utilitaire de Calcul du CTICM
Activités proposées
Tester deux profilés différents et vérifier les flèches admissibles de manière directe-
Déterminer la courbe enveloppe des moments du pont roulant circulant le
long de la poutre
Références au programme
Les ponts roulants Technologie des poutres et chemins de roulement
Démarche pédagogique Investigation « Quel profilé allons-nous choisir pour notre poutre de
roulement ? »
Plan de l’activité (étapes
principales)
1 Recherche d’information sur le plan fournis
2 Utilisation de l’utilitaire de calcul
3 Vérification de la flèche admissible et réajustement
4 Création de la courbe enveloppe des moments sur Excel
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Remerciements
Mes remerciements vont tout d’abord à la Société STX Saint-Nazaire, où je remercie plus
particulièrement :
Florent Camaret (Société STX) qui a vivement participé à la constitution de ce dossier par les
éléments qu’il a su me fournir, et pour la possibilité d’accès au plus près du support.
François Bontemps, qui m’a fourni les contacts au sein de la société.
Merci également à mes tuteurs de stage et formateurs de l’ESPE du Mans :
Jérôme Thomas et Denis Bertrand
