bac STI2D - ETT - Nouvelle Calédonie - remplacement 2017

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bac STI2D - ETT - Nouvelle Calédonie - remplacement 2017

delamontagne - Federico Berera Ia-Ipr

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Session 2017 BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE 17ET2D Sciences et tHFKQRORJLHV GH O¶industrie et du développement durable ENSEIGNEMENTS TECHNOLOGIQUES TRANSVERSAUX Coefficient 8±Durée 4 heures Aucun document autorisé±Calculatrice autorisée Tram-Train Mulhouse - Vallée de la Thur Constitution du sujet x Dossier sujet(mise en situation et questions à traiter par le candidat) o Mise en situation.................................................. Page2 o PARTIE 1 (3 heures)............................................. Pages3 à 8 o PARTIE 2 (1 heure)9 à 11............................................... Pages x Dossiers techniques12 à 22..................................................... Pages x Documents réponses................................................... Pages23 à 25 Le dossier sujet comporte deux parties indépendantes qui peuvent être traitées dans un ordre indifférent. Les documents réponses DR1 à DR4 (pages 23 à 25) seront à rendre agrafés avec vos copies. 1/25 Mise en situation 17ET2D Le tram-train Mulhouse - vallée de la Thur Inauguré en 2010, le tram-train MVT (Mulhouse-Vallée de la Thur) est un concept novateur dans le domaine des déplacements. (Q HIIHW F¶HVW OD SUHPLqUH OLJQH GH tram-train interconnectée de )UDQFH UHOLDQW O¶DJJORPpUDWLRQ GH Mulhouse à la vallée de la Thur en circulant indifféremment soit sur le réseau urbain en mode « tramway »,soit sur le réseau ferré national en mode « train ».

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Publié par	delamontagne
Publié le	02 mai 2018
Nombre de lectures	191
Langue	Français
Poids de l'ouvrage	1 Mo

Extrait

Session 2017

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE

17ET2D

Sciences et technologies de l’industrie et du développement durable

ENSEIGNEMENTS TECHNOLOGIQUES TRANSVERSAUX

Coefficient 8–Durée 4 heures

Aucun document autorisé–Calculatrice autorisée

TramTrain Mulhouse  Vallée de la Thur

Constitution du sujet

Dossier sujet(mise en situation et questions à traiter par le candidat)oMise en situation.................................................. Page 2 oPARTIE 1 (3 heures)............................................. Pages 3 à 8oPARTIE 2 (1 heure)9 à 11............................................... Pages

Dossiers techniques12 à 22..................................................... Pages

Documents réponses................................................... Pages 23 à 25

Le dossier sujet comporte deux parties indépendantes qui peuvent être traitées dans un ordre indifférent.

Les documents réponses DR1 à DR4 (pages 23 à 25) seront à rendre agrafés avec vos copies.

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Mise en situation

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Le tramtrain Mulhouse  vallée de la Thur Inauguré en 2010, le tramtrain MVT (MulhouseVallée de la Thur) est un concept novateur dans le domaine des déplacements. En effet, c’est la première ligne de tramtrain interconnectée de France reliant l’agglomération de Mulhouse à la vallée de la Thur en circulant indifféremment soit sur le réseau urbain en mode « tramway », soit sur le réseau ferré national en mode « train ».Zone tramway Zone TER Zone tramtrain Vallée de la Thur Mulhouse Mulhouse Thann agglomération gare Cette vallée, dont la porte d’entrée est la ville de Thann, située à l’ouest de l’agglomération mulhousienne en Alsace, est caractérisée par une urbanisationassez dense liée au passé industriel de celleci (textile, construction mécanique). Le déclin des activités économiques de la vallée au profit de l’agglomération mulhousienne ou des zones frontalières (Allemagne et Suisse), l’évolution démographique et les changements résidentiels ont modifié de façon significative les déplacements en particulier ceux relatifs aux trajets domiciletravail, rendant ainsi la circulation routière très dense jusqu’à saturation sur cet axe.Dès le début des années 90, consécutivement à la loi d’orientation sur les transports et à la loi sur l’air et l’utilisation rationnelle de l’énergie, les collectivités locales ont dû envisager un Plan de Déplacements Urbains (PDU) concernant un périmètre de transport élargi à la région. Les objectifs visés par ce PDU sont d’assurer un rééquilibrage entre les différents modes de transport, tout en préservant l’environnement et la santé, en faisant la promotion des modes les moins polluants et les moins consommateurs d’énergie.Le projet tramtrain s’inscrit dans ce cadre en ayant pour objectifs entre autres:  de réduire l’engorgement routier sur l’axe Mulhouse Vallée de la Thur ;  d’améliorer le bilan environnementalen limitant l’émission degaz à effet de serre (GES) ;  de proposer un moyen de transport attractif doté de connexions intermodales (l’intermodalité est un concept qui implique l'utilisation de plusieurs modesde transport au cours d'un même déplacement) afin de favoriser et dynamiser les échanges économiques, sociaux et culturels. Cette ligne de 22 km de voies permet de desservir, avec 70 rotations quotidiennes, 32 communes sur 18 stations, soit environ 250 000 habitants.

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Travail demandé :

PARTIE 1 : Étude du système tramtrain

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ÉTUDE 1.1: quel est l’impact du tramtrain sur les émissions de GES liées au trafic routier ?

Le plan de déplacements urbains (PDU)de l’agglomération mulhousiennea pour objectifs entre autres de réduire de façon notable les émissions polluantes liées au trafic routier sur la zone du PDU. L’exploitation d’un moyen de transport en commun attractif et performant comme le tram train doit permettre de participer à cet objectif. On souhaite comparer les moyens de transport tramtrain et voiture particulière sur un trajet de gare à gare Mulhouse–Thann enterme d’émissions de CO2. Hypothèses :  Distance à parcourir en voiture : 25 km (80% du trajet en périurbain et 20% en urbain).  Distance à parcourir en tramtrain : 22 km (on considérera le tramtrain équivalent au RER en termes d’efficacitéenvironnementale).  1 personne par voiture effectuant le déplacement domicile/travail (1 aller/retour par jour). Question 1.1.1Déterminerl’émission de CO2kg) pour effectuer en voiture et en (en tramtrain le trajet Thann gare à Mulhouse gare pour un passager. DT1 (fig.1)

En considérant les hypothèses complémentaires suivantes : trafic routier sur l’axe MulhouseThann = 30 000 voitures/jour (dans un sens) ;  taux du trafic routier lié aux déplacements domicile/travail = 30% ;  230 jours travaillés/an. Question 1.1.2Déterminerl’émission totale de CO2 (en tonne) journalière puis annuelle liée aux trajets allerretourdomicile/travail en voiture sur l’axe MulhouseThann.

Question 1.1.3

Déterminerla réduction annuelle d’émission deCO2en considérant un report modal de la voiture (lié aux déplacements domicile/travail) vers le tramtrain de 5% sur 1 an.

Sachant que l’axe routier MulhouseThann génère environ 20% des émissions totales de GES liées au trafic routier dans la zone du PDU. Question 1.1.4Conclurela capacité du tramtrain à participer aux objectifs sur environnementaux en termes d’émissions de GES. DT1 (fig. 2)

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ÉTUDE 1.2 :comment faciliter l’accèsau tramtrain des passagers PMR ?(PMR = personnes à mobilité réduite)

La loi « Handicap » (n°2005102), permettant d’améliorer l’accessibilité du réseau de transport public, de la voirie et des espaces publics aux personnes handicapées et à mobilité réduite (PMR), souligne la nécessité d’assurer la continuité des cheminements pour pouvoir se rendre d’un endroit à un autre sans rupture.

La tâche d’embarquement et de descente du tramtrain, à l’interface quai/train, représente une difficulté majeure pour ces personnes. Question 1.2.1Releverles extraits sur d’arrêtés relatifs aux dispositions techniques destinées à faciliter l’accès des passagersPMR, les limites admissibles DT2 de lacune horizontale* ainsi que la dénivellation acceptable. Le réseau emprunté par le tramtrain avec les différents points d’arrêt où s’effectue le flux passagers présente une diversité dequais que l’on peut scinder en deuxcatégories :

 

les quais urbains (desservis par les tramways et le tramtrain) ; Les quais réseau ferré national (desservis par le tramtrain et le TER).

(*)La lacune horizontale H est l’espacemesuré dans le plan horizontal, séparant le quai du seuil de la plateforme d’accèsà la rame du tramtrain. Plateforme d’accès à la rame Quai La figure cidessous représente l’interface tramway/quai sur le réseau urbain. Rame tramway Seuil Plateforme d’accès tramwayLacune Quai urbain Voie La rame du tramway, au niveau des portes doubles, est équipée d’un seuil fixe lié à la plateforme d’accès à la rame.

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La lacune horizontale nominale pour le tramway en ordre de marche, véhicule centré sur la voie est de35 mm.Le tramtrain présente une largeur inférieure de34 mmpar rapport au tramway.

Question 1.2.2

DT3

En vous appuyant sur le document DT3 et en considérant le tramtrain équipé d’un seuil fixeau tramway, équivalent déterminer la lacune horizontale H en fonction des gabarits des quais etconclureau quant respect des normes relatives à l’accessibilité.

Le tramtrain dispose de comblelacunes dont le fonctionnement est synchronisé avec l’ouverture/fermeture des portes. Le comblelacunes permet de réduire la lacune horizontale existanteentre le quai et la plateforme d’accèsla rame et faciliter ainsi à l’accès des passagers PMR ouUFR (usager en fauteuil roulant) en toute autonomie.

Cette amélioration de l’accessibilité doit s’effectuer enla sécurité des PMR préservant mais également aussi celle des autres passagers et du personnel.

Porte

Plateforme d’accès à la rame

Dispositif comblelacunes

Quai

Question 1.2.3

DT4, DT5 DR1fig.1

Question 1.2.4

DT4, DT5 DR1fig.2

Compléterle document DR1 figure 1, à partir du diagramme de définition de blocs interneschaîne d’énergie du marchepied, la coulissant en indiquant les constituants assurant les différentes fonctions.

Compléter le document DR1 figure 2, les diagrammes de blocs internes relatifs aux unités d’entraînement et de poussée en précisant les flux d’énergie.Vous utiliserez les termes suivants : W électrique ; W mécanique rotation ; W mécanique rotation adaptée ; W mécanique translation.

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La durée de déploiement et de rétractation de la marche doit être réduite afin d’optimiser lestemps d’arrêtsaux différentes stations disposées sur la ligne.

Hypothèses :  mouvement uniforme sur la course totale (vitesse constante)  course de déploiement de la marche maximale 1  fréquence de rotation dumoteur unité d’entraînement= 2500 n t∙min  Nombre de dents du pignon unité de poussée Zp = 12 dents  Module m = 2 mm  rapport de réduction du motoréducteur r = 1 : 25 Rappel: d = m∙z (d = diamètre primitif en mm) 1 Question 1.2.5Déterminervitesse moyenne (en m∙s ) de déploiement de la la DT6 plateforme de marche. Question 1.2.6Àpartir du document relatif aux deux états du marchepied (déployé ou DT4, DT5, DT6 rétracté),relevervaleur de la course maximale c la max et calculer le temps t (en seconde) nécessaire au déploiement de la plateforme de marche sur sa course maximale cmax.Concluresur la capacité de l’unité d’entraînement et de poussée à respecter l’exigence temporelle.PARTIE 1.3 : comment passer du réseau électrique Tram au réseau SNCF ?

L’objectif de cette partie est de vérifier si le tramtrain est capable de franchir la zone de transition entre les 2 types de réseau électrique. L'exploitation de la section de ligne de la gare de Mulhouse à ThannNord est du type « Train ». L'électrification est réalisée en courant alternatif 25 000V  50 Hz et se raccorde en gare de Mulhouse aux installations caténaires existantes (ligne de StrasbourgVille à MulhouseVille). L’exploitation de la section de ligne deMulhouse gare vers Mulhouse agglomération est de type « tram». L’électrification est réalisée en courant continu 750V.Pour séparer les différentes sources d'alimentation, la section de ligne de Mulhouse à ThannNord est équipée d’une section de séparation de tension appelée section de transitiondépourvue d’alimentation électriqueselon le schéma cidessous : Vers Vers Thann Mulhouse Zone SNCF Zone de Zone Urbaine agglomération Transition

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Question 1.3.1 DT7, DR2

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Àl’aide du DT7,complétertableau du DR2 en y indiquant la forme le d’onde (alternative ou continue), la valeur de la tension, et l’état (ouvert ou fermé) des interrupteurs Qsncf, Qtram et Qcouplage.

La zone de transition a une longueur de 100m. Elle est franchie par le tramtrain avec 1 une vitesse initiale de 30 km∙h . La longueur de la zone et la vitesse doivent permettre au tramtrainde détecter l’interruption du flux de courant dans la section neutre, d’arrêter les auxiliaires considérés comme non essentiels durant le changement de tension et de permuter le mode d’alimentation.

Question 1.3.2Déterminerà l’aide de l’essai en rouelibre le temps d’arrêt de la rame de tramtrain. DT8Question 1.3.3Tracersur le graphique la distance d’arrêt en roue libre.Relever dans le tableau de mesures la valeur de cette distance. DR2 Question 1.3.4Conclurele fait que le tramtrain peut ou non franchir la zone de sur transition. ÉTUDE 1.4 : comment informer les voyageurs en l’absence de GPS?

Le système d’information des voyageurs utilisé pourle tramtrain implique de fournir un certain nombre d’informations au voyageur(voir DT10). L’ordinateur de communication universel UKR avec le système de localisation GPS représente l’élément principal du système d’information des voyageurs. Il commande et contrôle les affichages externes et internes de la voiture ainsi que le système vidéo et la communication sol  bord.

L’ordinateurUKR calcule automatiquement et en permanence la position exacte du véhicule grâce à la réception de signaux GPS ou d’impulsion de distance. Il peut ainsi déclencher automatiquement des informations voyageurs visuelles et acoustiques.

On se propose de vérifier que ce système d’information voyageur va permettre d’informer l’usager de la position de la rame sur le réseau en cas dedéfaillance du GPS.

Question 1.4.1 DT9

Question 1.4.2 DT9, DT10

Àdu diagramme des exigences IHM partir (DT9), préciser les exigences que doit satisfaire le système d’information des voyageurs en fonction de l’endroit atteint, lorsqu’il est en mode de déclenchement automatique des informations.

Le GPS est opérationnel : a)Préciser la façon dont s’effectue la détermination de la position du tramtrain. b)Indiquerle mode de déclenchement des annonces et des affichages lors des arrêts en gare.

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Une défaillance du GPS peut être due soit à une mauvaise réception du satellite, soit à une panne de l’installation de réception. Dans ce cas, l’ordinateur UKR passe automatiquement à la stratégie alternative A. En cas de défaillance prolongée du GPS l’ordinateur UKRautomatiquement à la passe stratégie alternative B.Si nécessaire, l’ouverture des portes du tramtrain est un critère qui sert à confirmer les données de position à chaque arrêt en gare.

Question 1.4.3 Le GPS est défaillant : stratégie A (gyromètre : boussole électronique). a)Précisercomment s’effectue la détermination de la position du tram DT9, DT10train parl’ordinateur UKR.b)Indiquer comment sont déclenchés les annonces et affichages des arrêts en gare. Question 1.4.4 Le GPS a une défaillance prolongée : stratégie B (impulsions de distance). DT9, DT10 a) Dans cette situation,préciser la façon d’effectuer la détermination de la position du tramtrain. b)Indiquersont déclenchés les annonces et affichages des comment arrêts en gare. Il existe deux principaux types de codeurs rotatifs : les codeurs incrémentaux qui délivrent une information de déplacement angulaire du disque sous forme d’un train d’impulsions. Les codeurs numériques de position (codeurs absolus), pour lesquels chaque position du disque correspond à une valeur numérique différente identifiable par la partie commande. Question 1.4.5 Le GPS a une défaillance prolongée : stratégie B (Impulsion de distance). DT 11 Préciserquel est le type de codeur utilisé pour générer les impulsions de distance : codeur incrémental ou codeur absolu (justifier votre réponse). Question 1.4.6 La roue odométrique comporte 64 créneaux. Déterminerla résolution du codeur incrémental. DT 11

Question 1.4.7

Question 1.4.8

Question 1.4.9

Le diamètre de la roue d'un tramway est de 0,6 m.Calculerla distance parcourue par le tramway pour un tour de la roue crénelée solidaire d’une roue dutramtrain, ainsi que la distance parcourue entre deux impulsions de distance générées par le capteur à effet Hall.

La distance réelle entre la gare de départ et la première station est de 1,884 km. Lors de ce parcours, le nombre d’impulsions reçues du codeur est de 64286.Déterminer la distance estimée par l’odomètre entre ces deux stations.

Calculerl’erreur de distance en mètre résultant de cette estimation.

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Question 1.4.10 En considérant le même pourcentage de dérive,calculerl’erreur d’estimation sur le trajet total de 22 km.Question 1.4.11Citerau moins une des causes possibles d’erreur de mesure de distanceoccasionnées sur l’estimation de la distance par l’odomètre. Question 1.4.12 Le concepteur du système a choisi derecaler l’odomètreau moyen de l’ouverture des portes dutramtrain à chaque arrêt en gare.Conclure quant au choix de la solution technique retenue pour déterminer la position du tramtrain et de la pertinence de la stratégie alternative B. PARTIE 2 : étude du pont Foch Mise en situation

Le pont Foch sur le canal du Rhône au Rhin se situe en face de la gare centrale de Mulhouse, c’est un ouvrage d’art situé sur le réseau de base du tramway urbain et du tramtrain. L'état de cet ouvrage le rendant inapte à supporter les charges de chaussée routière et de plateforme tramway prévues, il a été décidé de procéder à sa démolition puis à sa reconstruction. L’étude réalisée a conduit à remplacer le tablier, les poutres porteuses et les appuis de l’ouvrage actuel par une nouvelle structure capable de reprendre les surcharges du tramway (voir DT14).

Ainsi, principalement, l’appareil d’appui va:

a) transmettre les actions verticales dues à la charge permanente et aux charges d’exploitation routière ; b) permettre les mouvements de rotation (effets des charges et des déformations différées du béton) ; c) permettre les déplacements relatifs entre les deux parties suite aux effets de variations delongueurs de l’ouvrage (effet thermique, retrait, fluage, freinage, ...).

L’objectif de cette partie est de vérifier que les appareils d’appuis permettent de supporter la charge totale du pont et des charges routières ainsi que les déplacements liés aux dilatations éventuelles du pont.

Travail demandé Question 2.1Àpartir du diagramme des cas d’utilisation,énumérer les types d’usagers amenés à franchir le pont.DT 12

Question 2.2

DT13 DR3

Àdu document DT13, partir compléterdans le document réponses DR3 la vue en perspective du pont enindiquantle nom des principaux éléments constitutifs à choisir dans la liste suivante : tablier, poutres, appareil d’appui.

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Question 2.3Calculerle poids du pont, encomplétantle document réponse DR4 en sachant que : DR4 3 ●t∙m sont des tonnes par mètre cube ; 2 ●t∙m sont des tonnes par mètre carré ; 1 ●t∙ml sont des tonnes par mètre linéaire. La réaction verticale d’une poutre précontrainte sur un appui est la somme des charges permanentes et charges d'exploitation sur le nombre d’appuis soit 2 fois 57.

Question 2.4

En prenant comme hypothèses que : le poids du pont est réparti de valeur égale sur tous les appareils d’appui;  les poutres provoquent sur leurs supports des forces de réactions verticales. Calculerla charge verticale que supporte chacun de ces appuis.

Le tableau cidessousrécapitulatif les charges permanentes et les charges d’exploitation prises en compte dans les différentes situations sur chaque appareil d’appui.

Type de chargeCharge VerticalePoids propre de l’ouvrage9,36 tSurcharge A(l) (voiture, piéton, cycliste)4,79 tSurcharge B(c) (camion)12,29 tSurcharge Tramway12,73 tQuestion 2.5Dans le cas de charges verticales sur un appui donné,identifier le cas de surcharge le plus défavorable à considérer sur un appui donné. La charge sur un appui àconsidérer dans l’état limite ultime (symbole E.L.U.) permettant la stabilité du pont (non rupture par écrasement ou par allongement excessif) est donnée par la relation : Pu =1,35∙G + 1,50∙Q G : charges permanentes (poids propre du pont) Q: charges d'exploitation (charges de circulation) Pu: charge totale à considérer dans l’état limite ultime (symbole E.L.U.) 1,35 et 1,50 étant les coefficients de sécurité Question 2.6En utilisant les valeurs déterminées dans la question précédente, calculerPu (charge totale à considérer dans l’état limite ultime).

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Les valeurs caractéristiques, maximales et minimales, des actions dues aux variations de températures correspondent à : 4 4 déformation unitaire (par mètre) : 2x10 à  2.5x10 pour les actions de longue durée qui va provoquer le déplacement suivant:Δlld =3,86 mm ;4 4 - déformation unitaire (par mètre) : 3x10 à–4x10 pour les actions de courte durée. Question 2.8Calculerles déplacements liés aux variations de température des poutres précontraintes dansl’éventualitéd’uneaction de courte durée. Déterminer le cas le plus défavorable entre les deux éventualités (déplacement liés aux variations de température de courte et longue durée).

Réactions horizontales

Les appareils d’appuis néoprène utilisés ont la référence : 150 x 200 x 2 (8+2). En utilisant le document technique DT14 : expliquer la signification des différentes valeurs composant cette référence. vérifierque la référence choisie supporte la charge Pu, calculée à la question 2.6.

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Hauteur nette d’élastomèreQuestion 2.9Déterminerla déformation horizontale de l’élastomère supportant les variations dimensionnelles des poutres ayant pour cause la DT14déformation horizontale des appuis liées aux variations de température dans le cas le plus défavorable.Concluresur la pertinence du choix de la référence 150 x 200 x 2 x (8+2) comme appareil d’appui.

Question 2.7DT14

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Action de la température La température agit sur les éléments constitutifs d'un pont. Ainsi, en été, lors de fortes chaleurs le pont se dilate. À l'inverse, en hiver, il a tendance à se rétracter. Ainsi les variations de température climatique peuvent intervenir dans le comportement de structures des éléments porteurs. Elles peuvent avoir une action de déformation des poutres.