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Electrotechnique 2005 S.T.I (Génie Electrique) Baccalauréat technologique

98 pages
Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Electrotechnique 2005. Retrouvez le corrigé Electrotechnique 2005 sur Bankexam.fr.
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CONCOURS GÉNÉRAL DES LYCÉES

SESSION 2005


SCIENCES ET TECHNIQUES INDUSTRIELLES

GÉNIE ÉLECTRIQUE

(Classe de terminale STI)


ÉLECTROTECHNIQUE

Durée : 6 heures

Aucun document n'est autorisé.
Calculatrice autorisée (conformément à la circulaire n° 99-186 du 16 novembre 1999)

ÉNERGIES RENOUVELABLES ET
ÉLECTRIFICATION EN PROVENCE-ALPES-
COTE D'AZUR


Ce sujet comprend :

La présentation générale du support technique Pages PG1 à PG4
L'étude mécanique du déploiement du tableau-générateur
cahier question-réponse partie A Pages QA1 à QA13
L'étude du stockage et de la fourniture d’énergie ions-réponses partie B Pages QB1 à QB20
L'étude de l’automatisation du remplissage du réservoir
cahier questiC Pages QC1 à QC3

IMPORTANT :

L'épreuve se compose de trois parties : A, B et C totalement indépendantes.
Chaque partie est présentée sous la forme d’un cahier questions-réponses qui contient :
- l'énoncé du travail demandé,
- les emplacements réservés aux réponses.
- des spécifications techniques,
Vous pouvez compléter vos réponses sur feuille de copie séparée, en rappelant bien les numérotations
des questions.
Dès la distribution des documents, assurez vous que votre dossier est complet.
ÉNERGIES RENOUVELABLES ET
ÉLECTRIFICATION EN PROVENCE-
ALPES-COTE D'AZUR
Plaine de La Crau,
les bergeries du soleil.
PRÉSENTATION GÉNÉRALE
Depuis 1995 dans la plaine de la Crau, 25 bergeries disposent d
'
électricité photovoltaïque pour l
'
éclairage,
l
'
alimentation de petit électroménager et le pompage de l
'
eau pour les troupeaux. Originalité du projet : les
générateurs photovoltaïques sont installés sur des remorques mobiles. Résultat d
'
un partenariat
exemplaire, cet astucieux système contribue au maintien du pastoralisme ovin, activité indispensable à la
sauvegarde d
'
un écosystème unique en Europe. De plus, le mode particulier de gestion et de maintenance
mis en place garantit la pérennité de cette opération reproductible dans des zones similaires.
PG1 Environnement, pastoralisme, innovation.
La Crau, unique steppe de France,
classée parmi les douze sites les plus importants pour la
conservation des oiseaux en Europe, héberge une faune
et une flore rares et menacées dont la survie dépend
étroitement du pastoralisme ovin. Cette activité
traditionnelle dans le département des Bouches-du-
Rhône fut, durant des siècles, le seul mode de
valorisation de cette vaste plaine caillouteuse, ancien
delta de la Durance. En dehors des périodes de grande
transhumance et de regain, 150.000 têtes de moutons
Mérinos pâturent en Crau sèche de février à juin. Ils
entretiennent ainsi une végétation rase, condition
indispensable à l'équilibre biologique de ce milieu. Or,
les bergers ont une moyenne d'âge élevée et les
nouvelles vocations sont rares : les conditions de vie et
de travail ont peu évolué depuis le 19ème siècle ; elles
demeurent précaires, rudes et la profession risque de
disparaître. Afin de maintenir cette activité, une
association de protection de la nature, Espaces
Naturels de Provence (CEEP) a élaboré, en partenariat
avec le Syndicat des éleveurs de Mérinos d'Arles et
l'ensemblier APEX, un programme d'électrification
photovoltaïque des bergeries. Désormais, 25 bergeries
localisées dans le triangle Fos/Arles/Salon-de-Provence
sont équipées. Bien qu'éloignées de 500 m à 6 km du
réseau EDF, dans un espace où l'installation de ligne
aérienne est interdite, elles disposent chacune d'une
remorque d'énergie pour alimenter points lumineux
(éclairage basse consommation) et petits appareillages
(TV, radio, réfrigérateur...), et d'une remorque de
pompage pour assurer l'apport en eau aux moutons
(environ 2,5 m
3
/jour).
Un système astucieux et adapté
La créativité et la motivation des
partenaires ont permis de trouver une réponse adaptée à
des contraintes liées au caractère saisonnier et nomade
de l'activité pastorale. La mobilité des remorques permet
leur déplacement d'un puit à l'autre et facilite leur
stockage et leur entretien, de juin à septembre.
La simplicité du procédé et sa maniabilité (temps
moyen de montage et démontage : 2 mn), et la
formation spécifique dispensée favorisent la
manipulation et l'utilisation des remorques par les
éleveurs et les bergers.

PG2 Un mode de gestion exemplaire
Le suivi du projet comporte l'entretien du
matériel ainsi que la mesure des performances. Cette
gestion est assurée par le Syndicat des éleveurs de
Mérinos d'Arles et par Espaces Naturels de Provence.
En période de transhumance, entre juin et octobre, le
matériel est récupéré par le Syndicat pour en faire
assurer la maintenance par APEX. En outre, un contrat
d'assurance contre toute détérioration a été signé par
chaque utilisateur.
Une opération reproductible
De nombreux espaces naturels sensibles de
l'Europe méditerranéenne sont concernés par les
solutions validées par ce projet : dans le cadre des
récents programmes internationaux et notamment
européens, les zones naturelles prioritaires répertoriées
dans le Sud de la France s'avèrent être des zones de
parcours de troupeaux (alpages, steppes, garrigues).
Leur équilibre écologique et biologique dépend
fortement du pastoralisme ovin. La réussite de cette
opération exemplaire, reproductible et européenne
s'appuie
sur l'efficacité de la coopération technique et financière
des différents acteurs : Union Européenne, délégation
régionale de l'Agence De l'Environnement et de la
Maîtrise de l'Énergie (ADEME), EDF, Région Provence-
Alpes-Côte d'Azur, Agence Régionale de l'Énergie,
Département des Bouches-du-Rhône, syndicats
d'usagers / éleveurs, associations de protection de
l'environnement et ensemblier photovoltaïque. Il est à
noter que ce programme est le premier projet réalisé et
financé dans le cadre des accords nationaux ADEME /
EDF.
PG3 POUR EN SAVOIR PLUS :
ADEME : 04 91 78 91 85
APEX Ingénierie : 04 67 07 02 02
ARENE : 04 91 91 53 00
Conseil Général des Bouches-du-Rhône : 04 91 21 22 82
EDF GDF Services Avignon Grand Delta : 04 90 13 27 00
Espaces Naturels de Provence (CEEP) : 04 90 47 02 01
Syndicat des Éleveurs de Mérinos : 04 90 56 26 50
QUELQUES ÉLÉMENTS TECHNIQUES
NOTA : CES VALEURS NE SONT DONNÉES QU’À TITRE INDICATIF.
NE PAS EN TENIR COMPTE DANS LE SUJET
Remorque d'éclairage :
Tension nominale .....................................................................................................................................24 V continu
Puissance du générateur .................................................................................................................................192 Wc
Accumulateur au plomb ..........................................................................................................................24V / 210 Ah
Poids total ........................................................................................................................................................... 198 kg
Installation électrique intérieure.......................................................... usage de lampes basse consommation
Consommation journalière possible ..............................................................................................................576 Wh
Remorque de pompage :
Tension nominale .....................................................................................................................................24 V continu
Puissance du générateur ....98 Wc
Accumulateur au plomb .........................................................................................................................24 V / 105 Ah
Débit moyen ........................................................................................................................................ 460 I/mn à 30 m
Consommation journalière possible ..............................................................................................................288 Wh
Volume d'eau moyen pompé .....................................................................................................................2,5 m
3
/jour
Quelques chiffres :
Coût global de l'opération ................................................................................................................................ 2,3 MF
dont :
Union Européenne ................................................................................................................................................. 21%
EDF ........................................................................................................................................................................... 17%
Conseil Régional Provence-Alpes-Côte d'Azur ................................................................................................. 14%
Conseil Général des Bouches-du-Rhône ........................................................................................................... 14%
ADEME Délégation Régionale .......................... 12%
Les Maîtres d'Ouvrages et le Maître d'Oeuvre ............................................................................................. 22%
Ademe


EDF
Electricité
de France


CONSEIL GENERAL
APEX
DELEGATION REGIONAI.E
PROVENCE - ALPES - CÔTE D
'
AZUR
CEEP
PG4 ÉTUDE MÉCANIQUE
Dispositif de déploiement des panneaux solaires
Tableau-générateur déployé
Chassis
Tableau-générateur rangé
Pieds de
soutien
Sommaire de la partie étude mécanique :
A PRÉSENTATION DE LA SOLUTION ACTUELLE
A.1 ELÉMENTS DU CAHIER DES CHARGES
A.2 DÉTAIL DES OPÉRATIONS DE MANUTENTIONS DU TABLEAU–GÉNÉRATEUR
A.3 CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES GÉNÉRALES
A.4 TRAVAIL À FOURNIR, PREMIÈRE PARTIE :
B PROJET D’AMÉLIORATION
B.1 PRINCIPE RETENU
B.2 CARACTÉRISTIQUES DES RESSORTS À GAZ
B.3 TRAVAIL À FOURNIR DEUXIÈME PARTIE
Annexe DT1 : Ressort à gaz STABILUS
®
.
Annexe DT2 : Tableau-générateur : Sous-ensemble.
Annexe DT3 : Tableau-générateur Schéma position déployée. DOCUMENT A RENDRE AVEC LA COPIE
Annexe DT4 Tableau-générateur : Représentation des liaisons. DOCUMENT A RENDRE AVEC LA COPIE

QA1A Présentation de la solution actuelle
A.1 Éléments du cahier des charges
Des éléments du cahier des charges, de la remorque solaire, précisent :
a. « L’équipement doit pouvoir être remisé, et transporté sur le lieu d’exploitation, et sous une forme
compacte, intégrable dans une remorque bagagère.
b. L’équipement pourra être monté ou démonté, aisément, par l’exploitant seul. »
c. La période d’utilisation peut être l’année entière.
A.2 Détail des opérations de manutentions du tableau-générateur
Les panneaux solaires sont fixés sur un cadre mécano soudé, constitué de tubes d’alliage d’aluminium.
L’ensemble constitue le tableau-générateur.
Ce tableau–générateur est articulé sur la remorque qui contient les batteries et le boîtier électronique.
Les 2 photos sur la page de garde montrent les positions, rangée et déployée, du tableau générateur.
Les opérations seules qui nécessitent une manutention particulière sont les opérations de déploiement
et rangement du tableau–générateur :
Les opérations de déploiement et de rangement, exécutées manuellement par l’exploitant, peuvent être
détaillées de la façon suivante :
A.2.1 Cas du déploiement :
1) Déverrouillage du tableau-générateur par dévissage des éléments de liaisons.
2) Déploiement du tableau-générateur manuellement.
3) Simultanément :
Maintien du tableau-générateur déployé.
Mise en place de 2 pieds de soutien de part et d’autre de la remorque.
Fixations par vissage de ces pieds de soutien.
Ces dernières opérations difficilement réalisables par l’exploitant, normalement seul, nécessitent
de sa part, simultanément, le maintien du tableau-générateur en position travail, la mise en
position manuelle, des pieds de soutien et l’utilisation d’outillage pour leur fixation.
A.2.2 Cas du rangement :
1) Simultanément :
Dévissage de la fixation des pieds de soutien.
Maintien manuel des pieds. nuel du tableau-générateur pour éviter toute chute dommageable.
Dans ce cas, ce sont ces opérations qui sont, pour l’exploitant, normalement seul, des opérations
difficilement exécutables simultanément.
2) Mise en position repos des 2 pieds de soutien.
3) u tableau-générateur.
A.3 Caractéristiques techniques générales
A.3.1 Caractéristiques de la remorque :
• Type : bagagère.
• Dimensions extérieures (L × l × h) : 1 700 mm × 1 200 mm × 900 mm.
• Masse totale : 350 kg
• Matériau du châssis : acier galvanisé.

QA2
A.3.2 Caractéristiques des panneaux choisis :
Tableau-générateur 1
Chassis 0
• Référence : Photowatt
®
PWX 500.
• Puissance totale installée : 100 Watts
PANNEAUX SOLAIRES PHOTOWATT (CELLULES POLYCRISTALLINES)
article
Puissance
en W
V
no
en V V
ch
en V V
ou
en V
Intensité
en A
nombre
cellules
Dimensions
en cm
Masse en
kg
PWX200 20 12 16,0 20,0 1,2 36 72 x 37 5,2
PWX500 50 12 17,0 21,0 3,0 36 104 x 46 9,2
Extrait de documentation, Société AMAX
®
Energie-Suisse
A.3.3 Caractéristiques du cadre supportant les panneaux :
• Matériau : alliage d’aluminium, anodisé :
• Section tubulaire 30 × 30 mm, ép. 3 mm.
• Masse linéique : 0,97 kg/m.
• Le plan d’ensemble du tableau générateur est fourni en Annexe DT 2.
A.3.4 Orientation des panneaux :
La remorque doit être installée de telle façon que les panneaux puissent recevoir un ensoleillement
maximal sur la période d’utilisation.
L’orientation des panneaux dépend, à la fois, de la latitude terrestre et de la période d’exposition.
• L’orientation dans le plan horizontal, s’obtient en pointant les modules photovoltaïques vers le sud.
• L’angle d’inclinaison, par rapport au plan horizontal, correspond à la latitude du lieu, pondéré en
fonction de l’application et de l’utilisation souhaitée :
o Pour une utilisation durant toute l’année, l’angle d’inclinaison sera égal à la latitude du lieu,
augmentée de 12°, afin d’optimiser les performances hivernales.
o Pour une utilisation seulement estivale, l’angle d’inclinaison sera égal à la latitude du lieu
minorée de 12°.
Le lieu d’utilisation de la remorque est la plaine de la Crau (Bouches du Rhône-13)

QA3LATITUDES : Ouest de l’Europe

Plaine de la Crau
A.4 Travail à fournir, première partie :
Objectif : déterminer l’effort à fournir, par l’exploitant, pour soulever (déployer) le tableau-générateur.
A.4.1.1 Calculer le poids total du tableau-générateur.
Hypothèse : les masses de la poignée et des pattes d’articulation sont négligées.
Remarque : le plan d’ensemble du tableau-générateur est fourni en Annexe DT 2.
....................................................................................................................................................................
................................................................................................................ ................................................... Conclusion : poids total =..........
A.4.1.2 Exprimer les coordonnées X
G
et Y
G
du centre de gravité du tableau générateur.
Hypothèse : la position Z
G
du centre de gravité est connue.(aucun calcul n’est demandé pour X
G
et Y
G
)
X
G
= ................................................................................ Y
G
=................................................................................. Z
G
= -45 mm
A.4.1.3 Déterminer l’intensité de l’effort de l’exploitant sur le tableau générateur, noté ) (expl A 1 → pour
déployer (soulever) le tableau-générateur.
Hypothèses :
• La position étudiée du tableau-générateur, est horizontale, parallèle à l’axe (0, x).
• Le tableau-générateur comporte un plan de symétrie, parallèle à (0, x, z), pour les dimensions et
les actions mécaniques. L’étude sera faite dans ce plan. (vue de dessus du plan de sous-ensemble
du tableau générateur, Annexe DT 1)

QA4• L’effort ) (expl A 1 → de l’exploitant, sur le tableau-générateur, est considérée de direction (Az) au
point A.
• Le tableau-générateur 1 est en liaison pivot d’axe (By) avec le châssis 0 au point B.
Remarque : la rédaction de l’étude pourra montrer la méthode et la cohérence de la résolution et des
résultats obtenus.
....................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................... ....... Conclusion : = → ) (expl A 1 .......
B Projet d’amélioration
Lors d’un fonctionnement itinérant, où la remorque solaire pourrait être montée et démontée très
régulièrement, le dispositif, existant, demanderait à être amélioré.
B.1 Principe retenu
Considérant que l’élément b du cahier des charges n’est pas entièrement rempli, on envisage de fournir
une assistance mécanique, à l’exploitant, lors des opérations de déploiement et de rangement des
panneaux solaires.
Pour cela, une solution consiste à fixer entre le tableau-générateur et le châssis de la remorque, deux
ressorts à gaz 3, disposés symétriquement.
Le fonctionnement obtenu, devient :
B.1.1 Cas du déploiement
1) Déverrouillage
2) Déploiement,
Le verrouillage devient superflu, en utilisant la fin de course du ressort à gaz.
A la demande de l’exploitant, les pieds de soutien peuvent être maintenus dans la nouvelle solution,
pour être utilisés occasionnellement dans le cas de fort vent, en renfort des ressorts à gaz.
B.1.2 Cas du rangement
1) Rangement
2) Verrouillage, nécessaire pour le transport
B.2 Caractéristiques des ressorts à gaz
Les ressorts à gaz sont des composants mécaniques qui absorbent ou restituent une énergie potentielle
élastique, basée sur la compressibilité du gaz. Des informations complémentaires sont données en
Annexe DT1.
B.3 Travail à fournir, deuxième partie :
Objectif :
• Déterminer le couple de valeurs (longueur sortie ; course du ressort à gaz).
• iner la force d’extension des ressorts à gaz.
• Donner la désignation ressorts à gaz à implanter.
• Proposer une solution de montage des ressorts à gaz.

QA5B.3.1 Inclinaison des panneaux en fonctionnement
B.3.1.1 Calculer l’angle α
Hypothèse : l’angle, noté α, sera défini par rapport à l’horizontale pour un fonctionnement maximal
durant la période d’utilisation.
...................................................................................................................................... Conclusion : α = .............................
B.3.2 Détermination du couple de valeurs (longueur sortie, course)
B.3.2.1 Valider le point C
Le fournisseur des ressorts à gaz conseille : « placer le point d’articulation, du ressort à gaz, sur
l’élément mobile, environ au 1/3 du rayon du centre de gravité. »
Sur la feuille de travail, Annexe DT 3, la position de ce point d’articulation du ressort à gaz 3 sur le
tableau-générateur 1 noté C est-elle correcte ? Justifier.
..................................................................................................................................................................
B.3.2.2 Tracer le point C
1

(Extrait documentation SKF
®
)
C
C
1
B
D
Course d’un ressort à gaz nécessaire pour
l’ouverture du tableau-générateur
En position rangée du tableau-générateur, le point C
se placera en C
1
, sur l’axe (Bx).
Tracer ce point sur la feuille de travail, Annexe DT 3
B.3.2.3 Positionner le point D
Données :
• Le point D, d’articulation du ressort sur le
sur le châssis 0, sera également placé sur
l’axe (Bx)
• La longueur sortie [C,D] sera choisie de
manière à ce que, pour une extension
complète du ressort, le tableau générateur
soit incliné de l’angle α (butée de fin de
course).
• La course minimale nécessaire du ressort à
gaz découle de la différence entre la
longueur sortie [C,D] et la longueur rentrée
[C
1
,D]
• Le constructeur précise que la course du
ressort à gaz choisi devra accepter au
minimum une tolérance de fonctionnement
de +/- 2 mm.
Démarche conseillée :
Sur le document en Annexe DT 3 :
1) Considérer successivement les ressorts à gaz
de longueur sortie 205 à 325 mm (ou plus), de
la documentation dimensionnelle (annexe DT1)
2) Pour chaque longueur sortie i donnée, tracer
un point D
i
.
B.3.2.4 L’étude de la position des points D
i
étant terminée : quelle longueur sortie convient-elle ?
..................................................................................................................................................................
B.3.2.5 Quelle est la course correspondante ?
Course en mm A = B - E
A course du ressort à gaz
B longueur sortie (en extension) du ressort à gaz
E longueur rentrée du ressort à gaz
R
G
Rayon (palier/centre de gravité)


QA6B.3.2.6 La tolérance de fonctionnement est-elle respectée ? Justifier.
..................................................................................................................................................................
B.3.3 Déterminer la force d’extension d’un ressort à gaz
Hypothèses :
• L’étude sera effectuée dans la position d’inclinaison α de fonctionnement du tableau-générateur et
pour la longueur sortie déterminée du ressort précédemment.
• L’étude est faite dans le plan de symétrie parallèle à (B, x, z).
• La force d’extension est définie de telle sorte sue le tableau générateur reste déployé.
• L’exploitant n’exerce aucune action sur le tableau générateur.
• Le poids des ressorts à gaz est négligé.
B.3.3.1 Déterminer le vecteur-force d’extension des ressorts à gaz, noté vecteur
) 1 3 (
F


Remarque :
• La rédaction pourra montrer la méthode et la cohérence dans la résolution et les résultats obtenus.
• Le candidat utilisera la feuille de travail Annexe DT3 :
....................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................
B.3.3.2 Quelle est la force d’extension nécessaire pour un ressort à gaz ? Justifier.
..................................................................................................................................................................
B.3.3.3 Quelle force d’extension standard sera-t-elle choisie ? Justifier. .....................................................................
B.3.4 Définir la référence du ressort à gaz
Connaissant la course et la longueur sortie du ressort à gaz, l’effort total à fournir par l’assistance
mécanique :
B.3.4.1 Quelle référence correspond aux ressorts choisis ?
..................................................................................................................................................................
B.3.5 Implanter les ressorts
Les ressorts à gaz à installer seront fixés par des rotules. Les caractéristiques sont indiquées sur la
documentation dimensionnelle du constructeur annexe DT1.
B.3.5.1 Compléter le dessin Annexe DT4 en représentant à main levée dans les deux vues une solution
pour lier les deux extrémités du ressort à gaz au châssis et au cadre du tableau-générateur.

QA7Annexe DT1 : ressort à gaz STABILUS
®

Extrait de documentation SKF Linear motion
®





QA8

QA9
QA10


3. Documentation dimensionnelle

QA11
Ech: 1:10
Tableau-générateur
Sous-ensemble
30
40
25
15
15
z
0
x A
panneaux solaires
cadre
mécano-soudé
920
ANNEXE DT 2
B
0
200 300 400 500 100
x
A
30 30
30
1040
30
y
0
QA12

0
200 300 400 500 100
Chassis 0
z
x
G
C
B
tableau-générateur 1
A
Ech 1:5
Échelle des forces
1 mm = 5 N
Pas d’échelle requise (dessin à main levée)

Schéma position déployée
Tableau-générateur
ANNEXE DT 3






QA13

Tôle pliée ép. 3 mm
châssis
Panneau solaire
Annexe DT 4
Tableau-générateur
Représentation des liaisons
Cadre 30 × 30 A.1.1
A.1.1.1 Calculer le poids total du tableau–générateur.
Masse cadre = ((1,04-(2×0,03))×3+(0,92×2))×0,97=4,64 kg ;Masse panneaux = 2 panneaux de 50W= 2×9,2=18,4 kg.....
Poids du tableau-générateur=(4,64+18,4)×9,81=226N ............................................. Conclusion :Poids total=226 N .
A.1.1.2 Exprimer les coordonnées X
G
et Y
G
du centre de gravité du tableau générateur.
Aucun calcul n’est demandé pour X
G
et Y
G

X
G
=460 mm ................................................................. Y
G
=520 mm.................................................................. Z
G
= -45 mm
A.1.1.3 Déterminer l’intensité de l’effort de l’exploitant sur le tableau générateur, noté ) (expl A 1 → pour
déployer (soulever) le tableau-générateur.
On isole le panneaux générateur
bilan des AM ext:
B
(0-1)
/pt B /dir : ? /sens : ? /int : ? / obs : liaison pivot (Bz) dans le plan (o,x,z)
P /pt G /dir :verticale / sens :vers le bas /int : 226N
A
(expl-1)
/pt A /dir : verticale /sens haut /int : ?

PFS : B
(0-1)
+ P+ A
(expl-1)
=0
Proj/x X
B
=0
Proj/y Y
B
-226+Y
A
=0
Moment/
oy
-226×(460-25)+ Y
A
×(920-25+40)=0 Conclusion : = → ) (expl A 1 105 N
A.1.1.4 Calculer l’angle α
Latitude + valeur angle annuel=43,5+12= 55,5°........................................................ Conclusion : α =55,5°.....................
A.1.2
A.1.2.1 Valider le point C
Oui car 1/3 [B,G]=[B,C] ...........................................................................................................................
A.1.2.2 Tracer le point C
1

Voir feuille DT3
A.1.2.3 Positionner les Point D
i

Voir feuille DT3
A.1.2.4 L’étude de la position du point D étant terminée : Quelle longueur sortie convient-elle ?
285 mm
A.1.2.5 Quelle est la course correspondante ?
100 mm
A.1.2.6 La tolérance de fonctionnement est-elle respectée ?Justifier.
Pour la longueur sortie 285mm : [C D
(285)
]-[C
1
D
(285)
]=90mm (course utile)
course du ressort- course utile = course non utilisée ; soit :100-90=10 mm (selon tracé)
Oui car Tolérance de fonct. < course non utilisée , soit 2<10
Remarque (non demandée): en position rangée du tableau-générateur, le ressort à gaz ne sera donc pas entièrement rentré ........................ A.1.3
A.1.3.1 Déterminer le vecteur-force d’extension des ressorts.
1)On isole le ressort à gaz
Le solide est soumis à 2 AM ext, en D et en C.
Le PFS donne : ces forces sont égales et directement opposées et portées par l’axe(D,C).

2)On isole le panneaux générateur
bilan des AM ext:
B
(0-1)
/pt B /dir ? /sens ? /int ? / liaison pivot (Bz) dans le plan (o,x,z)
P /pt G /dir verticale / sens :vers le bas /int :226N
C
(3-1)
/pt C /dir (C,D) /sens ? /int ? /résultat précédent
Résolution graphique : voir DT3
PFS
Le solide est soumis à 3 forces dont 2 se croisent en un point I.
La troisième force passe donc par ce point.
Le dynamique est fermé.


Le vecteur force est C
(3-1)


C
340 N
A.1.3.2 Quelle est la force d’extension nécessaire pour un ressort à gaz ? Justifier
2 ressorts donc 340/2= 170N..........................................................................................................................
A.1.3.3 Quelle force d’extension standard sera-t-elle choisie ? Justifier
Force d’extension choisie :200 N car 200>170......................................................................................................................
A.1.4 Définir la référence du ressort à gaz
A.1.4.1 Quelle référence correspond-elle aux ressorts choisis ?
1421EM......................................................................................................................................
A.1.5 Implanter les ressorts
A.1.5.1 Compléter le dessin Annexe DT4, en représentant à main levée une solution pour lier les deux
extrémités du ressort à gaz au châssis et au cadre du tableau-générateur.
Voir DT4
Chassis 0
z
tableau-générateur 1
x
G
C
B

A
Echelle des forces
1mm = 5 N
Ech 1:5
Schéma position déployée
Tableau-générateur
ANNEXE DT 3
0
200 300 400 500 100
Tôle pliée ép 3mm
châssis
Panneau solaire
Annexe DT 4
Tableau-générateur
Représentation des liaisons
Cadre 30×30

ÉTUDE ÉLECTRIQUE
ÉTUDE ÉLECTRIQUE ...............................................................................................................................1
A ÉTUDE DU STOCKAGE DE L’ÉNERGIE...........................................................................................2
A.1 ÉLÉMENTS DU CAHIER DES CHARGES ...............................................................................................2
A.2 INTRODUCTION À LA NOTION DE « CAPACITÉ » D’UNE BATTERIE D’ACCUMULATEURS...........................2
A.3 BESOINS EN EAU .............................................................................................................................2
A.4 DIMENSIONNEMENT DE LA BATTERIE DE STOCKAGE ..........................................................................3
B RENDEMENT DE LA CONVERSION D’ÉNERGIE.............................................................................3
B.1 ÉTUDE DU RENDEMENT DE LA DISTRIBUTION D’EAU...........................................................................3
C ÉTUDE DES PANNEAUX SOLAIRES................................................................................................5
C.1 PRÉSENTATION ...............................................................................................................................5
C.2 ÉTUDE D’UNE CARACTÉRISTIQUE CONSTRUCTEUR............................................................................5
C.3 DÉTERMINATION DU RENDEMENT DE LA TRANSMISSION D’ÉNERGIE....................................................5
D REMORQUE D’ÉCLAIRAGE ..............................................................................................................7
D.1 VÉRIFICATION DE LA CAPACITÉ DE STOCKAGE...................................................................................7
D.2 ÉTUDE DE L’ÉCLAIRAGE ...................................................................................................................8
E ÉTUDE DE LA CARTE DE GESTION DE L’ÉCLAIRAGE .................................................................9
E.1 ÉTUDE DE LA SOURCE DE TENSION CONSTANTE..............................................................................10
E.2 ÉTUDE DE L’AUTORISATION DE L’ÉCLAIRAGE10
E.3 ÉTUDE DE LA COMMANDE DE L’ÉCLAIRAGE......................................................................................11
F PROTECTION ÉLECTRIQUE DE LA REMORQUE D’ÉCLAIRAGE................................................12
F.1 PROTECTION GÉNÉRALE................................................................................................................12
F.2 PROTECTION DU DÉPART TOILETTES ..............................................................................................13
G DOCUMENTATION TECHNIQUE (PARTIE ÉLECTRIQUE) ............................................................14
G.1 BATTERIES STECO®......................................................................................................................14
G.2 PANNEAUX SOLAIRES ....................................................................................................................14
G.3 CARTE D’ENSOLEILLEMENT DE LA FRANCE .....................................................................................15
G.4 EXTRAITS NF C 15-100 (SECTION DES CONDUCTEURS) .................................................................15
G.5 EXTRAITS DOCUMENTATION COMPOSANT TL431 DE MOTOROLA .....................................................18
G.6 EXTRAITATION SUR LES RELAIS FINDER ......................................................................19
G.7 EXTRAIT DOCUMENTATION SCHNEIDER SUR LES CÂBLES ................................................................19
G.8 EXTATION SUR LES FUSIBLES ................................................................................20

QB1
A Étude du stockage de l’énergie
A.1 Éléments du cahier des charges

Les remorques de pompages sont équipées de panneaux solaires permettant par l’intermédiaire d’une
carte de régulation de stocker l’énergie des panneaux dans des batteries. Cette énergie est utilisée pour
alimenter une pompe servant au remplissage d’une citerne.

Synoptique des remorques solaires :

A.2 Introduction à la notion de « capacité » d’une batterie d’accumulateurs
La capacité d'une batterie ne se présente pas de la même façon que la capacité d'un réservoir. Plus la
rapidité de la décharge est importante, plus la capacité réelle de la batterie sera faible.
Ainsi une batterie référencée sous la dénomination 68 Ah C100 aura réellement une capacité théorique,
nominale Cn de 68 Ah en 100 heures, 55 Ah en 20 heures et 50 Ah en 10 heures. Si on décharge cette
batterie sous une intensité de 5 A la décharge ne durera que 10 heures et enfin 100 heures sous une
intensité de 0,68 A (0,68 × 100 = 68 Ah).
• Ne jamais dépasser la décharge dite profonde d’une batterie.
• Pour une longévité optimum de la batterie il faut la dimensionner pour que les décharges
journalières ne dépassent pas 16% de la capacité nominale C100.
• D’après la NF C 15-100 le courant de court circuit d’une batterie est : I
cc
= 10 × Cn
A.3 Besoins en eau
A.3.1 Expression du besoin
Chaque bergerie doit pouvoir assurer l’alimentation en eau d’un troupeau de 1000 têtes. Chaque
animal a besoin de 250 cl d’eau en moyenne par jour.
Le débit de la pompe est de 520 l/h.
L’eau sera stockée dans une citerne de 2,5 m
3

A.3.2 Travail demandé
A.3.2.1 Quel est le volume d’eau nécessaire chaque jour
..............................................................................................................................................................................
A.3.2.2 Quelle est la durée de fonctionnement journalière (en heures et minutes) du groupe moto-
pompe afin d’assurer le remplissage total de la citerne (si elle est vide). ............................................... ...............................................
Panneaux
solaires
Carte de régulation :
-Gère la charge et la
décharge
-Visu Umini Batteries
-Visu Umaxi Batteries
Vers utilisation

QB2A.4 Dimensionnement de la batterie de stockage
A.4.1 Eléments du cahier des charges
La batterie d’accumulateurs doit permettre le remplissage de la citerne en toute circonstance.
Groupe moto-pompe 24 V ; 3,15 A ; 520 l/h ; HMT 15 m
Contenance de la citerne : 2 500 dm
3

En cas d’absence de soleil ou de panne du système de charge, les batteries doivent permettre chaque
jour le remplissage de la citerne sans être détériorées et ceci pendant 5 jours.
A.4.2 Travail demandé
A.4.2.1 Déterminer les besoins journaliers en Ah du groupe moto-pompe pour le remplissage de la
citerne.
..............................................................................................................................................................................
A.4.2.2 Calculer la capacité minimale C100 nécessaire pour le choix de la batterie.
..............................................................................................................................................................................
A.4.2.3 Effectuer le choix de la ou des batteries nécessaires à l’alimentation du groupe moto-pompe.
Comment coupler éventuellement ces batteries. ...............................................
A.4.2.4 Déterminer la durée d’utilisation du groupe moto-pompe sur 5 jours.
............................................................................................................................... ...............................................
A.4.2.5 Quelle capacité devront alors fournir les batteries au groupe moto-pompe (en considérant que
la recharge ne s’effectue plus). ...............................................
A.4.2.6 La batterie choisie peut-elle fournir cette capacité sans être détériorée.
............................................................................................................................... ...............................................


B Rendement de la conversion d’énergie
B.1 Étude du rendement de la distribution d’eau
B.1.1 Rendement de deux éléments A et B en série





A
B
P
aA

P
uA

P
aB

P
uB
η
A η
B
η
G

QB3B.1.1.1 Exprimer P
aA
en fonction de P
uA
et η
A
puis P
uB
en fonction de P
aB
et η
B
.
..............................................................................................................................................................................
B.1.1.2 Exprimer le rendement global η
G
en fonction de P
aA
et P
uB.

B.1.1.3 Exprimer alors η
G
en fonction de η
A
et η
B
.
..............................................................................................................................................................................
B.1.2 Dimensionnement des panneaux solaires
Les panneaux peuvent fournir en moyenne 75% de leur puissance crête 8 h par jour.
Les modules présents sur le marché ont des puissances crêtes (ou puissance nominale) de 20 à
100 Wc (Watt crête) en 12 V ou 24 V continu.
On admet que le rendement de la carte électronique est de 95%, celui des batteries de 75%.
B.1.2.1 Calculer le rendement η
1
de l’ensemble « carte + batteries ».
..............................................................................................................................................................................
B.1.2.2 Quelle énergie W
1
en Wh doivent fournir les capteurs solaires afin de compenser une
consommation journalière de la pompe de 12 Ah. ...............................................
B.1.2.3 Quelle est la puissance crête des panneaux solaires permettant de compenser la
consommation journalière de la pompe.
..............................................................................................................................................................................
B.1.2.4 Donner la référence, le nombre et le couplage éventuel des panneaux Photowatt
®
nécessaires
(si plusieurs panneaux sont nécessaires, ils doivent être identiques). ............................................... ...............................................
B.1.2.5 Calculer la surface totale de ces panneaux.
...............................................................................................................................
B.1.3 Rendement de la distribution d’eau
On définit la puissance fournie par le groupe moto-pompe P
uP
= Q × p
Avec : - Q en m
3
s
-1
- P en W
- p en Pascal
- 1 Bar = 10
5
Pascal
Le rendement du groupe moto-pompe est de 50% et ses caractéristiques : 24 V ; 3,15 A ; 520 l/h.
Énergie solaire reçue dans le sud de la France : 0,95 kW/m
2
.
B.1.3.1 Calculer le rendement de l’ensemble des panneaux η
2
en % lorsqu’ils fournissent leur
puissance crête (on dispose de 2 panneaux solaires PWX500)
..............................................................................................................................................................................

QB4B.1.3.2 Calculer la puissance fournie par la pompe P
uP
pour ses caractéristiques nominales
..............................................................................................................................................................................
B.1.3.3 A quelle pression (en bar) l’eau est elle fournie en sortie de la pompe.
B.1.3.4 Donner le rendement global η
G
en % de ce système pour ce point de fonctionnement.
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
C Étude des panneaux solaires
C.1 Présentation
On se propose d’étudier les caractéristiques constructeur d’un panneau solaire PW500 de marque
PHOTOWATT.
C.2 Étude d’une caractéristique constructeur
Sur la caractéristique constructeur courant tension :
C.2.1.1 Préciser pour un niveau d’éclairement de 1 000 W/m
2
les points suivants :
• le courant de court-circuit d’un panneau (I
cc
)
• la tension maximum que peut délivrer d’un panneau (V
c0
)

Sur cette même courbe :
C.2.1.2 Tracer la courbe P = f(U) (P : puissance fournie par le panneau)
C.2.1.3 En déduire Vopt et Iopt donnant P
Max
(puissance maximum que peut délivrer le panneau)
..............................................................................................................................................................................
Dans les conditions suivantes : températures = 25 °C et éclairement = 1 000 W/m
2

C.2.1.4 Déterminer le courant fourni à la batterie quand :
U
batterie
= 12 V ......................................................................................................................................................
U
batterie
= 13 V
U
batterie
= 14 V
C.2.1.5 Sachant que la tension de la batterie varie de 10,8 V à 13,62 V. Que pouvez vous dire de la
nature du générateur (panneau solaire) ? ...............................................
C.3 Détermination du rendement de la transmission d’énergie
C.3.1.1 Tracer les caractéristiques I = f(U) de :
• La batterie lorsque la tension à ses bornes est de 12 V à vide sachant que la résistance
interne de la batterie est de 11,5 m Ω.
• D’une lampe à incandescence de 12 V d’une puissance de 50 W.

QB5C.3.1.2 Quelle est, de la résistance ou de la batterie, le récepteur qui permet d’exploiter au maximum la
puissance du panneau solaire, quelque soit le niveau d’ensoleillement.
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

Caractéristique constructeur (document réponse)

I=f(V) at T=25°C as a function of the irradiance E(kW/m
2
)
10 W
P(W)


QB6D Remorque d’éclairage
La remorque d’éclairage est constituée sur le même principe que celle de pompage. L’utilisation est
réservée au confort du berger (éclairage, télévision…).

Sources :
Batteries 24 V continu C100 = 210 A.h
Récepteurs :
- 3 réglettes fluo 18 W 3 h par jour
- 2 réglettes fluo 13 W 4 h par jour
- 1 radio FM 15 W 6 h par jour
- 1 télévision 55 W 3 h par jour
- Recharge lampe type Zodiac
®
24 V 3,2 Ah
L’énergie disponible est donnée par :
Wj = 0,6 × Wi × Pc avec :
Wj : énergie moyenne disponible chaque jour en Wh
Wi : énergie solaire incidente reçue chaque jour en kWh/m
2

j : jour
Pc : puissance crête des panneaux solaires en W
La capacité minimum de stockage peut alors être déterminée par :
Nj : nombre de jours d’autonomie
V
W N
C
j j
×
×
=
7 , 0
100
V : tension nominale d’utilisation
C100 : capacité mini des batteries en Ah

Les remorques d’éclairage seront utilisées dans les environs d’Arles (50 km à l’ouest d’Aix en
Provence). Elles sont équipées de panneaux totalisant une puissance crête de 192 W. Consulter pour ce
calcul la carte d’ensoleillement de la France.
D.1 Vérification de la capacité de stockage
D.1.1 Travail demandé
D.1.1.1 Déterminer l’énergie moyenne disponible Wj.
..............................................................................................................................................................................

D.1.1.2 Effectuer le bilan de l’énergie électrique utilisée chaque jour par le berger et compléter le
tableau ci après :
Énergie consommée par jour
Eclairage fluorescent 18 W
Éclairage fluorescent 13 W
Radio FM
TV
Lampe zodiac
®


∑ Wh

QB7D.1.1.3 Déterminer la capacité minimum de stockage qui aurait été nécessaire si on avait voulu
conserver une autonomie de 5 jours.
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

De plus, en cas de problèmes nocturnes, il y a possibilité, tant que la charge de la batterie le permet,
d’éclairer la bergerie et ses alentours grâce à 20 lampes basse consommation de 18 W 24 V unitaires.
Le câble supportant la plus grosse intensité à une longueur de 25 m.
D.2 Étude de l’éclairage
D.2.1 Travail demandé
Les câbles en PVC, âme en cuivre sont fixés en apparent sur les murs afin d’être retirés plus facilement
pour la période hivernale.
Températures maximales relevées pendant la période d’utilisation des remorques : la journée 40°C et 25°C la
nuit.
D.2.1.1 Quelle est la puissance électrique absorbée par les 20 lampes si elles fonctionnent
simultanément.
...................................................................................................................................................................................
D.2.1.2 Quelle est alors l’intensité maxi I
1
parcourant ce câble.
D.2.1.3 En vous servant des extraits de la NF C 15-100, choisir la section nécessaire des conducteurs
du câble. (indiquer le mode de pose, la méthode de référence…)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
D.2.1.4 Calculer la résistance R
1
d’un conducteur alimentant les lampes. La résistivité du cuivre est de
2,25 μΩ ⋅cm ....................................................
...............................................................................................................................
D.2.1.5 Quelle est alors la chute de tension Δ
U1
en % au bout de ce câble lorsque les lampes sont
toutes alimentées. ....................................................
D.2.1.6 Commenter l’influence de cette chute de tension sur le fonctionnement des lampes.
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
D.2.1.7 On désire limiter la chute de tension Δ
U2
en bout de câble à 3%. Calculer la valeur
correspondante de Δ
U2
en volts. ....................................................

QB8D.2.1.8 Calculer la valeur maxi que doit avoir la résistance du câble lorsqu’il est parcouru par I
1
.
...................................................................................................................................................................................
D.2.1.9 Calculer alors la section minimale que doit avoir un conducteur afin d’alimenter correctement
les lampes.
...................................................................................................................................................................................
D.2.1.10 Un circuit d’éclairage est alimenté par un câble sur lequel est indiqué 3G10, que signifie cette
inscription. ....................................................
...............................................................................................................................
E Étude de la carte de gestion de l’éclairage
Une partie de la carte de régulation permet l’autorisation de l’éclairage extérieur si le niveau de
charge des batteries est suffisant.
+ V
out


R
2
, R
4
, R
9
et R
12
= 10 k Ω, R
1
= 1 k Ω, R
8
= 18 k Ω, P = 10k Ω, D
4
= zener 12 V
T
1
: V
CE
= 0,2 V, V
BE
= 0,6 V

La tension fournie par les batteries n’étant pas constante dans le temps, on crée une tension continue
stable grâce au composant TL431C de Motorola. On considère les courants consommés par ce
composant comme négligeables.
R
6

R
5

R
4




+
R
3

R
2

R
1


0V
P
Autorisation éclairage
KA1
D
1

R
7

R
8

R
9

TL431C
Schéma partiel du circuit électronique de la remorque solaire
T
1

20 lampes
D
3

R
10

D
4

+12V
R
11

R
12

R
13

V
P


QB9E.1 Étude de la source de tension constante
E.1.1 Travail demandé
E.1.1.1 En vous servant de la documentation du TL431C, citer le nom et le numéro de figure apparaissant
sur la documentation de Motorola
®
et correspondant au montage réalisé sur la remorque solaire.
..............................................................................................................................................................................
E.1.1.2 Donner la relation liant la tension de référence V
ref
de ce composant (voir documentation de ce
composant) avec V
out
, R
8
et R
9
sur le montage ci dessus.
..............................................................................................................................................................................
E.1.1.3 Déterminer la valeur de V
out
obtenue sur notre montage pour la valeur typique du TL431C. ...............................................
E.2 Étude de l’autorisation de l’éclairage
E.2.1 Situation du problème
On désire interdire le fonctionnement de l’éclairage si la tension aux bornes des batteries STECO atteint
U
mini
= 81,5% de la tension de floating.
Le montage utilisé est un comparateur à deux seuils. C’est à dire qu’au lieu d’avoir un basculement aléatoire
de l’amplificateur opérationnel pour V
P
, le montage crée deux seuils de basculement V
+mini
et V
+maxi
.
L’AOP est considéré parfait, aucun courant n’est consommé par ses entrées. On note V
+
la tension de la
borne + et V
S
la tension présente en sortie de l’AOP. Le courant dans R
13
est égal à :
13
13
R
V V
I
S
R

=
+

E.2.2 Travail demandé
E.2.2.1 Donner l’équation du courant dans R
12

..............................................................................................................................................................................
E.2.2.2 Ces deux courants étant égaux, égalisez ces deux équations et donner la relation liant V
+
à V
P

et V
S
sous la forme V
+
= a × V
P
+ b × V
S
...............................................
...............................................................................................................................
E.2.2.3 Quelles sont les deux valeurs que peut prendre V
S
? ...............................................
E.2.2.4 Donner alors les deux équations correspondantes de V
+
qu’on notera :
V
+mini
(96% de V
P
) et V
+maxi
(105% de V
P
)
............................................................................................................................... ............................................... ............................................... ...............................................

QB10E.2.2.5 Quelle sera la valeur de V
P
(I
R12
négligeable devant I
R1
) si le curseur du potentiomètre P est
réglé au milieu de celui-ci ?
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
E.2.2.6 Quelle doit être la valeur de R
13
afin que la sortie de l’AOP bascule si les batteries sont trop
faibles (tension V
+mini
atteinte) ? ............................................... ...............................................
E.2.2.7 Calculer alors la valeur de V
+maxi

..............................................................................................................................................................................
E.2.2.8 Déterminer la valeur de R
3
pour que la tension V
-
présente sur la borne – de l’AOP soit égale à
V
+mini
si la tension aux bornes des batteries est égale à U
mini
= 81,5% de la tension de floating
..............................................................................................................................................................................
E.2.2.9 Représenter sur le graphe ci dessous l’évolution de la tension V
S
en sortie de l’AOP : (V
-
est
proportionnelle à l’évolution de la tension aux bornes des batteries)
en bleu lorsque la tension aux bornes des batteries passe de leur valeur maxi à 0
en vert lorsque la tension aux bornes des batteries passe de 0 à leur valeur maxi

E.3 Étude de la commande de l’éclairage
E.3.1 Définition du problème
On désire interdire le fonctionnement de l’éclairage si la tension aux bornes des batteries
STECO atteint U
mini
= 81,5% de la tension de floating. Pour cela un circuit électronique gère ce
fonctionnement. Le relais KA1 sert à réaliser cette interdiction.
E.3.2 Travail demandé
E.3.2.1 Quel sera alors l’état de T1 et de KA1 si U
mini
devient inférieur à V
+mini

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
V
S

U
Batteries

V
P

V
+mini
(96% de V
P
)
V
+maxi

(105 % de V
P
)
0

QB11E.3.2.2 Le relais KA1 doit autoriser le fonctionnement des 20 lampes 18 W 24 V tant que la tension
U
mini
n’est pas atteinte. Choisir un relais type FINDER
®
adapté.
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
E.3.2.3 Compléter sur le schéma du chapitre E, le schéma de la carte de gestion de l’éclairage afin
d’autoriser le fonctionnement des lampes lorsque la tension des batteries est suffisante.
E.3.2.4 Déterminer la valeur minimale de la tension des batteries en deçà de laquelle le relais ne
pourra être correctement alimenté ...............................................
E.3.2.5 Quel est le rôle de D1 sur le montage ?
...............................................................................................................................
E.3.2.6 D
3
est une DEL rouge (1,75 V ; 8 mA). Quel est son rôle ? ...............................................
E.3.2.7 Déterminer les caractéristiques minimales de R
10

...............................................................................................................................
F Protection électrique de la remorque d’éclairage
F.1 Protection générale
On installe au départ de la remorque une protection générale (fusible 20 A gG en 10 × 38).
D’après la NF C 15-100 le courant de court circuit d’une batterie est : I
K
= 10 × Cn
Batteries STECO : Cn = C100 = 210 Ah et C20 = 190 Ah
F.1.1 Travail demandé
F.1.1.1 Cette protection permet-elle le passage du courant maxi de la capacité C20 (en 20 h) des
batteries STECO ?
..............................................................................................................................................................................
F.1.1.2 Quel appareil faudrait-il de plus installer afin d’assurer la protection des personnes contre les
contacts indirects ?
Un câble isolé PRC, âme en aluminium de 1 m et de 25 mm
2
de section relie les batteries aux
fusibles. Un court circuit se produit en sortie des fusibles.
F.1.1.3 Calculer d’après la NF C 15-100 le courant maxi de court circuit des batteries en négligeant
l’impédance du câble.
..............................................................................................................................................................................
F.1.1.4 Vérifier dans la documentation que le fusible assure la protection de l’équipement et précisez
dans quel délais ..............................

QB12Dans les documentations sur les fusibles apparaît la notion de contrainte thermique.
F.1.1.5 Qu’est-ce que la « contrainte thermique » d’un câble ?
.............................................................................................................................................................
F.1.1.6 Quelle est l’utilité de connaître les contraintes thermiques de « pré-arc » et « totale » pour un fusible ? ..............................
F.1.1.7 En vous servant des documentations fournies, donner les contraintes thermiques du câble et du
fusible 20 A. Que peut-on en conclure ?
.............................................................................................................................................................
F.2 Protection du départ toilettes
F.2.1 Situation du problème
Dans les toilettes de la bergerie, une lampe de 10 W/ 24 V protégée par un fusible 10 A gG est
alimentée par un câble en cuivre de 0,75 mm
2
et de 30 m de long. Le berger part toute la journée dans
les pâturages. Un court circuit franc se produit en bout du câble.
La résistivité du cuivre est de 2,25 μΩ.cm
F.2.2 Travail demandé
F.2.2.1 Calculer la valeur du courant de court circuit dans ce câble.
.............................................................................................................................................................
F.2.2.2 Quels sont les risques pour le fusible et les batteries si personne ne se rend rapidement compte
de ce problème ? ..............................
F.2.2.3 Que faut-il faire afin d’éviter que ce même problème ne se reproduise ?

QB13G Documentation technique (partie électrique)
G.1 Batteries Steco®

G.2 Panneaux solaires

Vno = tension nominale des panneaux
Watt = Puissance crête des panneaux

QB14G.3 Carte d’ensoleillement de la France


QB15G.4 Extraits NF C 15-100 (Section des conducteurs)







QB16

QB17

QB18G.5 Extraits documentation composant TL431 de Motorola



QB19G.6 Extraits documentation sur les relais Finder



QB20G.7 Extrait documentation Schneider sur les câbles


G.8 Extraits documentation sur les fusibles




QB21


QB22ÉTUDE ÉLECTRIQUE
A ETUDE DU STOCKAGE DE L’ÉNERGIE..........................................................................................2
A.1 ELÉMENTS DU CAHIER DES CHARGES ................................................................................................2
A.2 INTRODUCTION À LA « CAPACITÉ » D’UNE BATTERIE D’ACCUMULATEURS .............................................2
A.3 BESOINS EN EAU...............................................................................................................................2
A.4 DIMENSIONNEMENT DE LA BATTERIE DE STOCKAGE............................................................................3
B ÉTUDE DU RENDEMENT DE LA CONVERSION D’ÉNERGIE........................................................3
B.1 ÉTUDE DU RENDEMENT DE LA DISTRIBUTION D’EAU3
C ETUDE DES PANNEAUX SOLAIRES...............................................................................................5
C.1 PRÉSENTATION.................................................................................................................................5
C.2 ETUDE D’UNE CARACTÉRISTIQUE CONSTRUCTEUR .............................................................................5
C.3 DÉTERMINATION DU RENDEMENT DE LA TRANSMISSION D’ÉNERGIE .....................................................5
D REMORQUE D’ÉCLAIRAGE.............................................................................................................7
D.1 VÉRIFICATION DE LA CAPACITÉ DE STOCKAGE....................................................................................7
D.2 ETUDE DE L’ÉCLAIRAGE ....................................................................................................................8
E ETUDE DE LA CARTE DE GESTION DE L’ÉCLAIRAGE................................................................9
E.1 ETUDE DE LA SOURCE DE TENSION CONSTANTE.................................................................................9
E.2 ETUDE DE L’AUTORISATION DE L’ÉCLAIRAGE10
E.3 ETUDE DE LA COMMANDE DE L’ÉCLAIRAGE.......................................................................................11
F PROTECTION ÉLECTRIQUE DE LA REMORQUE D’ÉCLAIRAGE ..............................................12
F.1 PROTECTION GÉNÉRALE .................................................................................................................12
F.2 PROTECTION DU DÉPART TOILETTES ...............................................................................................12
G DOCUMENTATION TECHNIQUE (PARTIE ELECTRIQUE).........ERREUR ! SIGNET NON DÉFINI.
G.1 BATTERIES STECO................................................................................ERREUR ! SIGNET NON DÉFINI.
G.2 PANNEAUX SOLAIRES............................................................................ER ! S.
G.3 CARTE D’ENSOLEILLEMENT DE LA FRANCE.............................................ERREUR ! S.
G.4 EXTRAITS NF C 15-100 (SECTION DES CONDUCTEURS).........................ER ! S.
G.5 EXTRAITS DOCUMENTATION COMPOSANT TL431 DE MOTOROLA ............ERREUR ! SIGNET NON DÉFINI.
G.6 EXTRAITATION SUR LES RELAIS FINDER .............................ER ! S.
G.7 EXTRAIT DOCUMENTATION SCHNEIDER SUR LES CÂBLES........................ERREUR ! S.
G.8 EXTRAITS DOCUMENTATION SUR LES FUSIBLES................................................................................20


QB1A Étude du stockage de l’énergie
A.1 Éléments du cahier des charges

Les remorques de pompages sont équipées de panneaux solaires permettant par l’intermédiaire d’une
carte de régulation de stocker l’énergie des panneaux dans des batteries. Cette énergie est utilisée pour
alimenter une pompe servant au remplissage d’une citerne.

Synoptique des remorques solaires :

A.2 Introduction à la notion de « capacité » d’une batterie d’accumulateurs
La capacité d'une batterie ne se présente pas de la même façon que la capacité d'un réservoir. Plus la
rapidité de la décharge est importante, plus la capacité réelle de la batterie sera faible.
Ainsi une batterie référencée sous la dénomination 68 Ah C100 aura réellement une capacité théorique,
nominale Cn de 68 Ah en 100 heures, 55 Ah en 20 heures et 50 Ah en 10 heures. Si on décharge cette
batterie sous une intensité de 5 A la décharge ne durera que 10 heures et enfin 100 heures sous une
intensité de 0,68 A (0,68 × 100 = 68 Ah).
• Ne jamais dépasser la décharge dite profonde d’une batterie.
• Pour une longévité optimum de la batterie il faut la dimensionner pour que les décharges
journalières ne dépassent pas 16% de la capacité nominale C100.
• D’après la NF C 15-100 le courant de court circuit d’une batterie est : I
cc
= 10 × Cn
A.3 Besoins en eau
A.3.1 Expression du besoin
Chaque bergerie doit pouvoir assurer l’alimentation en eau d’un troupeau de 1000 têtes. Chaque
animal a besoin de 250 cl d’eau en moyenne par jour.
Le débit de la pompe est de 520 l/h.
L’eau sera stockée dans une citerne de 2,5 m
3

A.3.2 Travail demandé
A.3.2.1 Quel est le volume d’eau nécessaire chaque jour
1000 × 2,5 = 2500 litres 2,5 m
3

A.3.2.2 Quelle est la durée de fonctionnement journalière (en heures et minutes) du groupe moto-
pompe afin d’assurer le remplissage total de la citerne (si elle est vide).
2500 / 520 = 4,8 h soit 4 h 48 min
Panneaux
solaires
Carte de régulation :
-Gère la charge et la
décharge
-Visu Umini Batteries
-Visu Umaxi Batteries
Vers utilisation

QB2A.4 Dimensionnement de la batterie de stockage
A.4.1 Eléments du cahier des charges
La batterie d’accumulateurs doit permettre le remplissage de la citerne en toute circonstance.
Groupe moto-pompe 24 V ; 3,15 A ; 520 l/h ; HMT 15 m
Contenance de la citerne : 2 500 dm
3

En cas d’absence de soleil ou de panne du système de charge, les batteries doivent permettre chaque
jour le remplissage de la citerne sans être détériorées et ceci pendant 5 jours.
A.4.2 Travail demandé
A.4.2.1 Déterminer les besoins journaliers en Ah du groupe moto-pompe pour le remplissage de la
citerne.
3,15 × 4,8 = 15,14 Ah
A.4.2.2 Calculer la capacité minimale C100 nécessaire pour le choix de la batterie.
16% de C100 maxi par jour C100 = 15,14 × 100 / 16 = 94,7 Ah
A.4.2.3 Effectuer le choix de la ou des batteries nécessaires à l’alimentation du groupe moto-pompe.
Comment coupler éventuellement ces batteries.
2 batteries STECO 3000 12V C100 =105 Ah en série
A.4.2.4 Déterminer la durée d’utilisation du groupe moto-pompe sur 5 jours.
5 × 2500 / 520 = 24 h
A.4.2.5 Quelle capacité devront alors fournir les batteries au groupe moto-pompe (en considérant que
la recharge ne s’effectue plus).
24 × 3,15 = 75,6 Ah
A.4.2.6 La batterie choisie peut-elle fournir cette capacité sans être détériorée.
Décharge profonde = 80% de C20 0,8 × 95 = 76 Ah
Choix correct

B Rendement de la conversion d’énergie
B.1 Étude du rendement de la distribution d’eau
B.1.1 Rendement de deux éléments A et B en série


A
B
P
aA

P
uA

P
aB

P
uB
η
A η
B
η


B.1.1.1 Exprimer P
aA
en fonction de P
uA
et η
A
puis P
uB
en fonction de P
aB
et η
B
.
G
P
aA
= P
uA
/ η
A
P
uB
= P
aB
× η
B

B.1.1.2 Exprimer le rendement global η
G
en fonction de P
aA
et P
uB.

η
G
= P
uB
/ P
aA


QB3B.1.1.3 Exprimer alors η
G
en fonction de η
A
et η
B
.
η
G
= (P
aB
× η
B
) / (P
uA
/ η
A
) P
uA
= P
aB
η
G
= η
A
× η
B

B.1.2 Dimensionnement des panneaux solaires
Les panneaux peuvent fournir en moyenne 75% de leur puissance crête 8 h par jour.
Les modules présents sur le marché ont des puissances crêtes (ou puissance nominale) de 20 à
100 Wc (Watt crête) en 12 V ou 24 V continu.
On admet que le rendement de la carte électronique est de 95%, celui des batteries de 75%.
B.1.2.1 Calculer le rendement η
1
de l’ensemble « carte + batteries ».
η
1
= 0,95 × 0,75 = 0,71 71%
B.1.2.2 Quelle énergie W
1
en Wh doivent fournir les capteurs solaires afin de compenser une
consommation journalière de la pompe de 12 Ah.
W
1
= 24 × 12 = 288 Wh
B.1.2.3 Quelle est la puissance crête des panneaux solaires permettant de compenser la e de la pompe.
Pnécessaire = W
1
/ (t × η
1
) = 288 / (8 × 0,71) = 51 W Pcrête = 51 / 0,75 = 68 Wc
B.1.2.4 Donner la référence, le nombre et le couplage éventuel des panneaux Photowatt
®
nécessaires
(si plusieurs panneaux sont nécessaires, ils doivent être identiques).
2 panneaux 12 V / 50 Wc en série PWX500
B.1.2.5 Calculer la surface totale de ces panneaux.
S = 1,04 × 0,46 × 2 = 0,96 m
2

B.1.3 Rendement de la distribution d’eau
On définit la puissance fournie par le groupe moto-pompe P
uP
= Q × p
Avec : - Q en m
3
s
-1
- P en W
- p en Pascal
- 1 Bar = 10
5
Pascal
Le rendement du groupe moto-pompe est de 50% et ses caractéristiques : 24 V ; 3,15 A ; 520 l/h.
Énergie solaire reçue dans le sud de la France : 0,95 kW/m
2
.
B.1.3.1 Calculer le rendement de l’ensemble des panneaux η
2
en % lorsqu’ils fournissent leur
puissance crête (on dispose de 2 panneaux solaires PWX500)
η
2
= 100 / (950 × 0,96) = 0,11 11%
B.1.3.2 Calculer la puissance fournie par la pompe P
uP
pour ses caractéristiques nominales
P
uP
= 24 × 3,15 × 0,5 = 37,8 W
B.1.3.3 A quelle pression (en bar) l’eau est elle fournie en sortie de la pompe.
P= P
uP
/ Q = 37,8 / (0,52 / 3600) = 2,6 × 10
5
Pascal 2,6 Bars
B.1.3.4 Donner le rendement global η
G
en % de ce système pour ce point de fonctionnement.
η
G
= P
uP
/ Psolaire = 37,8 / (0,95 × 0,96 × 10
3
) = 0,041 4,1%

QB4C Étude des panneaux solaires
C.1 Présentation
On se propose d’étudier les caractéristiques constructeur d’un panneau solaire PW500 de marque
PHOTOWATT.
C.2 Étude d’une caractéristique constructeur
Sur la caractéristique constructeur courant tension :
C.2.1.1 Préciser pour un niveau d’éclairement de 1 000 W/m
2
les points suivants :
• le courant de court-circuit d’un panneau (I
cc
)
• la tension maximum que peut délivrer d’un panneau (V
c0
)

Sur cette même courbe :
C.2.1.2 Tracer la courbe P = f(U) (P : puissance fournie par le panneau)
C.2.1.3 En déduire Vopt et Iopt donnant P
Max
(puissance maximum que peut délivrer le panneau)
Vopt ≈ 17 V Iopt ≈ 2,4 A P
Max
≈ 50 W
Dans les conditions suivantes : températures = 25 °C et éclairement = 1 000 W/m
2

C.2.1.4 Déterminer le courant fourni à la batterie quand :
U
batterie
= 12 V I ≈ 1,8 A
U
batterie
= 13 V I ≈ 2 A
U
batterie
= 14 V I ≈ 2,15 A
C.2.1.5 Sachant que la tension de la batterie varie de 10,8 V à 13,62 V. Que pouvez vous dire de la
nature du générateur (panneau solaire) ?
Le panneau solaire se comporte comme une source de courant à intensité quasi constante (1,75 A ≤ I ≤ 2,1A)
C.3 Détermination du rendement de la transmission d’énergie
C.3.1.1 Tracer les caractéristiques I = f(U) de :
• La batterie lorsque la tension à ses bornes est de 12 V à vide sachant que la résistance
interne de la batterie est de 11,5 m Ω.
• D’une lampe à incandescence de 12 V d’une puissance de 50 W.
C.3.1.2 Quelle est, de la résistance ou de la batterie, le récepteur qui permet d’exploiter au maximum la
puissance du panneau solaire, quelque soit le niveau d’ensoleillement.
La batterie permet d’exploiter au maximum l’énergie fournit par le panneau solaire (voir caractéristique).


QB5Caractéristique constructeur (document réponse)


I=f(V) at T=25°C as a function of the irradiance E(kW/m
2
)
10 W
P(W)
V
co

Batterie
R


QB6D Remorque d’éclairage
La remorque d’éclairage est constituée sur le même principe que celle de pompage. L’utilisation est
réservée au confort du berger (éclairage, télévision…).

Sources :
Batteries 24 V continu C100 = 210 A.h
Récepteurs :
- 3 réglettes fluo 18 W 3 h par jour
- 2 réglettes fluo 13 W 4 h par jour
- 1 radio FM 15 W 6 h par jour
- 1 télévision 55 W 3 h par jour
- Recharge lampe type Zodiac
®
24 V 3,2 A.h
L’énergie disponible est donnée par :
Wj = 0,6 × Wi × Pc avec :
Wj : énergie moyenne disponible chaque jour en Wh
Wi : énergie solaire incidente reçue chaque jour en kWh/m
2

j : jour
Pc : puissance crête des panneaux solaires en W
La capacité minimum de stockage peut alors être déterminée par :
Nj : nombre de jours d’autonomie
V
W N
C
j j
×
×
=
7 , 0
100
V : tension nominale d’utilisation
C100 : capacité mini des batteries en Ah

Les remorques d’éclairage seront utilisées dans les environs d’Arles (50 km à l’ouest d’Aix en
Provence). Elles sont équipées de panneaux totalisant une puissance crête de 192 W. Consulter pour ce
calcul la carte d’ensoleillement de la France.
D.1 Vérification de la capacité de stockage
D.1.1 Travail demandé
D.1.1.1 Déterminer l’énergie moyenne disponible Wj.
Wj = 0,6 × 5 × 192 = 576 Wh/j

D.1.1.2 Effectuer le bilan de l’énergie électrique utilisée chaque jour par le berger et compléter le
tableau ci après :
Énergie consommée par jour
Éclairage fluo 18 W 3 × 18 × 3 = 162 Wh o 13 W 2 × 13 × 4 = 104 Wh
Radio FM 15 × 6 = 90 Wh
TV 55 × 3 = 165 Wh
Lampe zodiac
®
24 × 3,2 = 76,8 Wh
∑ Wh 597,8 Wh

QB7D.1.1.3 Déterminer la capacité minimum de stockage qui aurait été nécessaire si on avait voulu
conserver une autonomie de 5 jours.
C100 = 5 × 576 / (0,7 × 24) = 171 Ah Besoins : 597,8 × 5 / 24 = 124,5 Ah
On dispose de 210 Ah choix correct

De plus, en cas de problèmes nocturnes, il y a possibilité, tant que la charge de la batterie le permet,
d’éclairer la bergerie et ses alentours grâce à 20 lampes basse consommation de 18 W 24 V unitaires.
Le câble supportant la plus grosse intensité à une longueur de 25 m.
D.2 Étude de l’éclairage
D.2.1 Travail demandé
Les câbles en PVC, âme en cuivre sont fixés en apparent sur les murs afin d’être retirés plus facilement
pour la période hivernale.
Températures maximales relevées pendant la période d’utilisation des remorques : la journée 40°C et 25°C la
nuit.
D.2.1.1 Quelle est la puissance électrique absorbée par les 20 lampes si elles fonctionnent
simultanément.
20 × 18 = 360 W
D.2.1.2 Quelle est alors l’intensité maxi I
1
parcourant ce câble.
I
1
= 360 / 24 = 15 A
D.2.1.3 En vous servant des extraits de la NF C 15-100, choisir la section nécessaire des conducteurs
du câble. (indiquer le mode de pose, la méthode de référence…)
Mode de pose 11 Méthode C θ = 25°C K = 1,06
PVC2 19,5 A × 1,06 = 20,67 A S = 1,5 mm
2

D.2.1.4 Calculer la résistance R
1
d’un conducteur alimentant les lampes. La résistivité du cuivre est de
2,25 μΩ ⋅cm
R
1
= ρL / S = 2,25 × 10
-6
× 10
-2
× 25 / (1,5 × 10
-6
) = 0,375 Ω
D.2.1.5 Quelle est alors la chute de tension Δ
U1
en % au bout de ce câble lorsque les lampes sont
toutes alimentées.
ΔU = 2 × R × I = 2 × 0,375 × 15 = 11,25 V
46,9%
D.2.1.6 Commenter l’influence de cette chute de tension sur le fonctionnement des lampes.
U trop faible mauvais fonctionnement
D.2.1.7 On désire limiter la chute de tension Δ
U2
en bout de câble à 3%. Calculer la valeur
correspondante de Δ
U2
en volts.
ΔU
2
= 24 × 3% = 0,72 V
D.2.1.8 Calculer la valeur maxi que doit avoir la résistance du câble lorsqu’il est parcouru par I
1
.
R = ΔU
2
/ I = 0,72 / 15 = 0,048 Ω R = 48 m Ω
D.2.1.9 Calculer alors la section minimale que doit avoir un conducteur afin d’alimenter correctement
les lampes.
S = ρL / (R / 2) = 2,25 × 10
-6
× 10
-2
× 25 / (48 × 10
-3
/ 2) = 23,4 mm
2


QB8D.2.1.10 Un circuit d’éclairage est alimenté par un câble sur lequel est indiqué 3G10, que signifie cette
inscription.
3 conducteurs de 10 mm
2
dont le conducteur Vert/jaune (G)
E Étude de la carte de gestion de l’éclairage
Une partie de la carte de régulation permet l’autorisation de l’éclairage extérieur si le niveau de
charge des batteries est suffisant.
+ V
out


R
2
, R
4
, R
9
et R
12
= 10 k Ω, R
1
= 1 k Ω, R
8
= 18 k Ω, P = 10k Ω, D
4
= zener 12 V
T
1
: V
CE
= 0,2 V, V
BE
= 0,6 V

La tension fournie par les batteries n’étant pas constante dans le temps, on crée une tension continue
stable grâce au composant TL431C de Motorola. On considère les courants consommés par ce
composant comme négligeables.
E.1 Étude de la source de tension constante
E.1.1 Travail demandé
E.1.1.1 En vous servant de la documentation du TL431C, citer le nom et le numéro de figure apparaissant
sur la documentation de Motorola
®
et correspondant au montage réalisé sur la remorque solaire.
N°21 Série pass régulateur
E.1.1.2 Donner la relation liant la tension de référence V
ref
de ce composant (voir documentation de ce
composant) avec V
out
, R
8
et R
9
sur le montage ci dessus.
Vref = Vout × R9 / (R8 + R9)
R
6

R
5

R
4




+
R
3

R
2

R
1


0V
P
Autorisation éclairage
KA1
D
1

R
7

R
8

R
9

TL431C
Schéma partiel du circuit électronique de la remorque solaire
T
1

20 lampes
D
3

R
10

D
4

+12V
R
11

R
12

R
13

V
P


QB9E.1.1.3 Déterminer la valeur de V
out
obtenue sur notre montage pour la valeur typique du TL431C.
Vout = Vref × (R8 + R9) / R9 = 2,495 × (18 + 10) / 10 = 6,99 V
E.2 Étude de l’autorisation de l’éclairage
E.2.1 Situation du problème
On désire interdire le fonctionnement de l’éclairage si la tension aux bornes des batteries STECO atteint
U
mini
= 81,5% de la tension de floating.
Le montage utilisé est un comparateur à deux seuils. C’est à dire qu’au lieu d’avoir un basculement aléatoire
de l’amplificateur opérationnel pour V
P
, le montage crée deux seuils de basculement V
+mini
et V
+maxi
.
L’AOP est considéré parfait, aucun courant n’est consommé par ses entrées. On note V
+
la tension de la
borne + et V
S
la tension présente en sortie de l’AOP. Le courant dans R
13
est égal à :
13
13
R
V V
I
S
R

=
+

E.2.2 Travail demandé
E.2.2.1 Donner l’équation du courant dans R
12

I
R12
= (V
P
- V+) / R
12

E.2.2.2 Ces deux courants étant égaux, égalisez ces deux équations et donner la relation liant V
+
à V
P

et V
S
sous la forme V
+
= a × V
P
+ b × V
S

(V
P
- V
+
) / R
12
= (V
+
- V
S
) / R
13
R
13
(V
P
- V
+
) = (V
+
- V
S
)R
12

-V
+
× R
12
– V+ × R
13
= -V
P
× R
13
- V
S
× R
12
V
+
= V
P
× R
13
/ (R
12
+ R
13
) + V
S
× R
12
/ (R
12
+ R
13
)
E.2.2.3 Quelles sont les deux valeurs que peut prendre V
S
?
0 et 12 V
E.2.2.4 Donner alors les deux équations correspondantes de V
+
qu’on notera :
V
+mini
(96% de V
P
) et V
+maxi
(105% de V
P
)
V
+mini
= V
P
× R
13
/ (R
12
+ R
13
) V
+maxi
= V
P
× R
13
/ (R
12
+ R
13
) + 12 × R
12
/ (R
12
+ R
13
)
E.2.2.5 Quelle sera la valeur de V
P
(I
R12
négligeable devant I
R1
) si le curseur du potentiomètre P est
réglé au milieu de celui-ci ?
V
P
= (P / 2 + R
2
) × V
out
/ (P + R
1
+ R
2
) (5 × 10
3
+ 10 × 10
3
× 6,99) / ((10 + 10 + 1) × 10
3
) = 4,99 V
E.2.2.6 Quelle doit être la valeur de R
13
afin que la sortie de l’AOP bascule si les batteries sont trop
faibles (tension V
+mini
atteinte) ?
V
+mini
= V
P
× R
13
/ (R
12
+ R
13
) (R
12
+ R
13
) × V
+mini
= V
P
× R
13
V
+mini
= 0,96 V
P
= 0,96 × 4,99 = 4,79 V
R
13
× (V
+mini
– V
P
) = – V
+mini
× R
12
R
13
= – V
+mini
× R
12
/ (V
+mini
– V
P
)
R
13
= - 4,79 × 10 × 10
3
/ (4,79 - 4,99) = 239,5 k Ω
E.2.2.7 Calculer alors la valeur de V
+maxi

V
+maxi
= V
P
× R
13
/ (R
12
+ R
13
) + 12 × R
12
/ (R
12
+ R
13
) = 5,27 V
E.2.2.8 Déterminer la valeur de R
3
pour que la tension V
-
présente sur la borne – de l’AOP soit égale à
V
+mini
si la tension aux bornes des batteries est égale à U
mini
= 81,5% de la tension de floating
V
-
= U
mini
× R
4
/ (R
3
+ R
4
) R
3
= U
mini
× R
4
/ V
-
– R4
U
mini
= 0,815 × 2 × 13,5 = 22 V
R
3
= 22 × 10 × 10
3
/ 4,79 – 10 × 10
3
= 35,9 k Ω

QB10E.2.2.9 Représenter sur le graphe ci dessous l’évolution de la tension V
S
en sortie de l’AOP : (V
-
est
proportionnelle à l’évolution de la tension aux bornes des batteries)
en bleu lorsque la tension aux bornes des batteries passe de leur valeur maxi à 0
en vert lorsque la tension aux bornes des batteries passe de 0 à leur valeur maxi

E.3 Étude de la commande de l’éclairage
E.3.1 Définition du problème
On désire interdire le fonctionnement de l’éclairage si la tension aux bornes des batteries
STECO atteint U
mini
= 81,5% de la tension de floating. Pour cela un circuit électronique gère ce
fonctionnement. Le relais KA1 sert à réaliser cette interdiction.
E.3.2 Travail demandé
E.3.2.1 Quel sera alors l’état de T1 et de KA1 si U
mini
devient inférieur à V
+mini

V
S
AOP = +12 V T
1
saturé KA1 alimenté
E.3.2.2 Le relais KA1 doit autoriser le fonctionnement des 20 lampes 18 W 24 V tant que la tension
U
mini
n’est pas atteinte. Choisir un relais type FINDER
®
adapté.
1 relais 40-52 2 inverseurs 8 A en parallèle
I = 20 × 18 / 24 = 15A Bobine 24 V DC
E.3.2.3 Compléter sur le schéma du chapitre E, le schéma de la carte de gestion de l’éclairage afin
d’autoriser le fonctionnement des lampes lorsque la tension des batteries est suffisante.
E.3.2.4 Déterminer la valeur minimale de la tension des batteries en deçà de laquelle le relais ne
pourra être correctement alimenté
0,4 × Un = 0,4 × 24 = 9,6 V
E.3.2.5 Quel est le rôle de D1 sur le montage ?
DRL Protection de T1 à la coupure de KA1
E.3.2.6 D
3
est une DEL rouge (1,75 V ; 8 mA). Quel est son rôle ?
Signale Umini batteries
E.3.2.7 Déterminer les caractéristiques minimales de R
10

R10 = (24 - 12 - 1,75) / 8 × 10
-3
= 1,3 k Ω 83 mW
V
S

U
Batteries

V
P

V
(96% de V
P
)
+ma
(105 % de V
P
)
0
+mini
12V
V
xi


QB11F Protection électrique de la remorque d’éclairage
F.1 Protection générale
On installe au départ de la remorque une protection générale (fusible 20 A gG en 10 × 38).
D’après la NF C 15-100 le courant de court circuit d’une batterie est : I
K
= 10 × Cn
Batteries STECO : Cn = C100 = 210 Ah et C20 = 190 Ah
F.1.1 Travail demandé
F.1.1.1 Cette protection permet-elle le passage du courant maxi de la capacité C20 (en 20 h) des
batteries STECO ?
Oui Imax = 9,5A calibre >In
F.1.1.2 Quel appareil faudrait-il de plus installer afin d’assurer la protection des personnes contre les
contacts indirects ?
Aucun Ualim < 120 V DC
Un câble isolé PRC, âme en aluminium de 1 m et de 25 mm
2
de section relie les batteries aux
fusibles. Un court circuit se produit en sortie des fusibles.
F.1.1.3 Calculer d’après la NF C 15-100 le courant maxi de court circuit des batteries en négligeant
l’impédance du câble.
I
K
= 10 × 210 = 2100 A
F.1.1.4 Vérifier dans la documentation que le fusible assure la protection de l’équipement et précisez
dans quel délais
Protection assurée tf = 0,01 s
Dans les documentations sur les fusibles apparaît la notion de contrainte thermique.
F.1.1.5 Qu’est-ce que la « contrainte thermique » d’un câble ?
Energie maxi que peut supporter le câble i
2
t
F.1.1.6 Quelle est l’utilité de connaître les contraintes thermiques de « pré-arc » et « totale » pour un fusible ?
Notion de sélectivité entre fusibles
F.1.1.7 En vous servant des documentations fournies, donner les contraintes thermiques du câble et du
fusible 20 A. Que peut-on en conclure ?
Fu Préarc = 500 A
2
s câble : 4,7 × 10
6
A
2
s
Total = 2000 A
2
s Protection assurée
F.2 Protection du départ toilettes
F.2.1 Situation du problème
Dans les toilettes de la bergerie, une lampe de 10 W/ 24 V protégée par un fusible 10 A gG est
alimentée par un câble en cuivre de 0,75 mm
2
et de 30 m de long. Le berger part toute la journée dans
les pâturages. Un court circuit franc se produit en bout du câble.
La résistivité du cuivre est de 2,25 μΩ.cm

QB12F.2.2 Travail demandé
F.2.2.1 Calculer la valeur du courant de court circuit dans ce câble.
I = U / (2 × R) = 24 / (2 × 22,5 × 10
-6
× 10
-2
× 30 / (0,75 × 10
-6
)) = 13,3 A
F.2.2.2 Quels sont les risques pour le fusible et les batteries si personne ne se rend rapidement compte
de ce problème ?
Décharge batterie pas de fusion fusible
F.2.2.3 Que faut-il faire afin d’éviter que ce même problème ne se reproduise ?
Fusible adapté (et section câble correcte)

QB13ÉTUDE de l’automatisme
Étude de l’automatisation du remplissage du réservoir
A PROBLÈME POSÉ
On souhaite automatiser en partie le fonctionnement du système notamment le remplissage du
réservoir.
Afin de gérer l’automatisation du remplissage du réservoir, il est installé un capteur de niveau haut dans
le réservoir. L’information batterie chargée est prélevée sur la carte régulatrice et le berger dispose d’un
interrupteur pour donner l’ordre de pompage.
A.1 Cahier des charges
On impose le fonctionnement de la pompe dans les deux cas suivants :
• Lorsque le réservoir n’est pas plein (S1) et quand la batterie est chargée (S2)
• Lorsque le berger le désire (S3) et si le réservoir n’est pas plein (S1)
On veut visualiser par un voyant de signalisation les informations suivantes :
• Réservoir plein (H1)
• Batterie non complètement chargée (H2)
• Pompe en fonctionnement (H3)
Pour réaliser cet automatisme il a été choisi un automate ZELIO
®
Le capteur permettant de détecter le niveau haut de remplissage de la citerne est de type capacitif PNP
3 fils NO.

A.2 Travail demandé
A.2.1 Choix de l’automate programmable
En fonction du cahier des charges de l’automatisme et compte tenu du contexte d’utilisation :
A.2.1.1 Choisissez l’automate nécessaire.
..............................................................................................................................................................................
A.2.2 Raccordement de l’automate
L’automate ZELIO
®
étant en entrée à logique positive
A.2.2.1 Établir le schéma de raccordement de l’automate ZELIO
®
sur le document réponse1.
A.2.3 Programmation de l’automate programmable
A.2.3.1 Écrire le programme en langage à contact permettant de répondre au cahier des charges sur le
document réponse2.
QC1
Document réponse n°1 (schéma de raccordement de l’automate)
Alimentation
Alimentation ZELIO
®


Document réponse n°2
(Vue d’une page de programmation du logiciel Zelio-Soft
®
)


QC2
Documents constructeur (choix automate et langage à contact ZELIO
®
)







QC3ÉTUDE de l’automatisme
Étude de l’automatisation du remplissage du réservoir
A PROBLÈME POSÉ
On souhaite automatiser en partie le fonctionnement du système notamment le remplissage du
réservoir.
Afin de gérer l’automatisation du remplissage du réservoir, il est installé un capteur de niveau haut dans
le réservoir. L’information batterie chargée est prélevée sur la carte régulatrice et le berger dispose d’un
interrupteur pour donner l’ordre de pompage.
A.1 Cahier des charges
On impose le fonctionnement de la pompe dans les deux cas suivants :
• Lorsque le réservoir n’est pas plein (S1) et quand la batterie est chargée (S2)
• Lorsque le berger le désire (S3) et si le réservoir n’est pas plein (S1)
On veut visualiser par un voyant de signalisation les informations suivantes :
• Réservoir plein (H1)
• Batterie non complètement chargée (H2)
• Pompe en fonctionnement (H3)
Pour réaliser cet automatisme il a été choisi un automate ZELIO
®
Le capteur permettant de détecter le niveau haut de remplissage de la citerne est de type capacitif PNP
3 fils NO.

A.2 Travail demandé
A.2.1 Choix de l’automate programmable
En fonction du cahier des charges de l’automatisme et compte tenu du contexte d’utilisation :
A.2.1.1 Choisissez l’automate nécessaire.
SR1A101BD..........................................................................................................................................................
A.2.2 Raccordement de l’automate
L’automate ZELIO
®
étant en entrée à logique positive
A.2.2.1 Établir le schéma de raccordement de l’automate ZELIO
®
sur le document réponse1.
A.2.3 Programmation de l’automate programmable
A.2.3.1 Écrire le programme en langage à contact permettant de répondre au cahier des charges sur le
document réponse2.



QC1Document réponse n°1 (schéma de raccordement de l’automate)
Alimentation


Alimentation ZELIO
®
-H1 -H2 -H3 -KM1
-S1
-S2
-S3
+
+
-
-

Document réponse n°2
(Vue d’une page de programmation du logiciel Zelio-Soft
®
)
OU
QC2
Documents constructeur (choix automate et langage à contact ZELIO
®
)







QC3CONCOURS GÉNÉRAL DES LYCÉES
SESSION 2005


SCIENCES ET TECHNIQUES INDUSTRIELLES

GÉNIE ÉLECTRIQUE

(Classe de terminale STI)


ÉLECTROTECHNIQUE

Aucun document n'est autorisé.
Calculatrice autorisée (conformément à la circulaire n° 99-186 du 16 novembre 1999)

EPREUVES D’ADMISSION
TP DE MECANIQUE
durée 2 h

TP 1
Objectif :
Étudier les éléments de gestion des systèmes d’irrigation collectifs gravitaires
SOMMAIRE
A RECHERCHE-DÉVELOPPEMENT sur le thème « eau et environnement.» .............2
A.1 IDENTIFICATION DU BESOIN 2
A.2 ÉLÉMENTS DE CAHIER DES CHARGES 2
A.3 DONNÉES TECHNIQUES 2
A.4 CHOIX DES LIEUX DE MESURE 2
A.5 CALCULS DE VALEURS THÉORIQUES 2
B OPÉRATIONS SUR LES CAPTEURS...........................................................................................................................................3
B.1 IMPLANTATION D’UN ÉQUIPEMENT NEUF 3
B.2 RELEVÉS DES VALEURS RÉELLES ET COMPARAISON AVEC LES COURBES THÉORIQUES DONNÉES PAR
LE CONSTRUCTEUR. 4
B.3 CONCLUSIONS 5
Feuilles de travail
ANNEXE 1 : plan du domaine
ANNEXE 2 : courbe théorique du canal de mesure « Parshall »
ANNEXE 3 : Feuille de relevés
Page 1 A RECHERCHE-DÉVELOPPEMENT SUR LE THÈME « EAU ET ENVIRONNEMENT.»
A.1 Identification du besoin
L'économie sur la ressource en eau est une problématique mondiale.
L'irrigation gravitaire, technique la plus gourmande en eau, est aussi la plus répandue dans le
monde (quelque 90% des surfaces irriguées) et le Merle offre un cadre pour étudier certains de
ses aspects.
Pour cela, une des missions attribuées par l’ENSAM au Domaine du Merle, est la recherche-
développement à travers des expérimentations menées sur le thème « eau et environnement. »
A.2 Éléments de cahier des charges
Les équipements installés doivent permettre l'évaluation quantitative des flux d’eau d’irrigation au
niveau d'une exploitation de foin de Crau, ainsi que la mise en place et l'évaluation de la conduite
de l'irrigation par pilotage tensiométrique sur certaines parcelles.
Ainsi, le Domaine a pour cahier des charges:
a)
• Évaluer de façon quantitative les pratiques d'irrigation par la mesure systématique des
débits du réseau ;
• Mesurer les flux infiltrés au niveau des prairies;
• Évaluer les paramètres climatiques.
b)
• Moduler les débits d'alimentation de ses parcelles, certaines prairies pouvant être
alimentées avec un débit atteignant 300 l/s (droit d'eau du Domaine.)
A.3 Données techniques
Le plan simplifié en page ANNEXE 1 représente une des parties irriguées du domaine et la
conduite principale depuis le canal d’alimentation.
Les relevés souhaités peuvent être, et parmi d’autres éventuellement à compléter :
• Mesure de débit d’eau
• Mesure de pénétration de l’eau dans le sol. (Différentes profondeurs sont possibles)
• Mesure de niveau de nappe phréatique·
A.4 Choix des lieux de mesure
Positionner sur le plan simplifié du domaine (annexe 1), les points de mesures dont les relevés
permettront de répondre au point a) du CdC. Nommer ces mesures et préciser, leurs échelles
de temps. Justifier.
Répondre sur le document annexe 1
A.5 Calculs de valeurs théoriques
Sur le plan (annexe 1), identifier en les entourant, les lieux des pertes de charges singulières le
long de la conduite principale.
Répondre sur le document annexe 1
Page 2 . Calculer le débit théoriquement disponible dans la conduite principale, au niveau du piquage de la
parcelle 1g (ptB)
Formulaire :
Loi de l’énergie : P
A
+ ρ.g.Z
A
+1/2 .ρ. V
A
²+W
AB
– pertes = P
B
+ ρ.g.Z
B
+1/2 .ρ. V
B
²
(Pour un point A ou B, on a : la pression Pi en Pascal ; la masse volumique ρ du fluide en kg/m
3
; la vitesse du fluide Vi en m/s ; le
travail échangé W
AB
et les pertes de charges
AB
en joules)
Débit : Q = V×S (Débit Q en m
3
/s, Vitesse du fluide V en m/s, section de passage S en m²)
Hypothèses :
Les pertes de charges totales s’élèvent à 540 J
Il n’y a pas d’échange d’énergie sur le parcourt de la conduite : W
AB
=0 J
La vitesse de l’eau au niveau du branchement sur le canal d’alimentation est nulle V
A
=0 m/s
Données :
g = 9.81 m/s² ; ρ = 1000 kg/m
3
;
Les pressions existantes P
A
= P
B
= P
atmosphérique
= 1.10
5
Pa
Niveau NGF du piquage d’alimentation de la conduite principale : Z
A
= 72 m du déversoir : Z
B
= 68 m
Diamètre de la canalisation principale φ
B
= 560 mm
................................................................................................................................................. ..................
............................................................................................................................... ..................
B OPÉRATIONS SUR LES CAPTEURS
B.1 Implantation d’un équipement neuf
L’équipe du Domaine prévoit de mesurer et d’enregistrer la quantité d’eau distribuée sur la
parcelle n° 1g.
Dans sa démarche expérimentale, elle choisit de mettre en place deux moyens de mesure de
débit et de les mettre en concurrence pour tester leur efficacité et leur technologie.
• L’utilité du premier sera de délivrer une mesure instantanée qui servira à régler l’ouverture
de la vanne.
• Le second sera équipé d’un enregistreur dont les données serviront à l’analyse du
dispositif d’irrigation.
Données techniques sur les moyens de mesure mis en place
• Au niveau du déversoir : la lecture directe de la hauteur d’eau sur un tube translucide
traduira la valeur du débit.
Principe : En plaçant une prise de pression sur un tuyau en charge en amont d’un orifice calibré, on obtient une relation
entre la hauteur d’eau dans la prise de pression et le débit. La loi mathématique qui traduit ce phénomène découle du
théorème de Bernoulli, où h=f(Q, D
tuyau
, D
orifice
, V
tuyau
, g, Z
tube
.)
Informations complémentaires : voir documentation technique jointe
• Au niveau du canal d’irrigation: l’enregistrement du débit sera réalisé, à l’aide d’un
codeur-enregistreur limnimétrique « Thalimedes »
®
, associé à un canal de mesure
« Parshall »
Vocabulaire : limnimétrique : qui mesure une hauteur d’eau.
Page 3 Principe du canal de mesure « Parshall » : En plaçant une prise de pression sur un canal de mesure de formes très
particulières définies par M.Parshall, on obtient une relation entre la hauteur d’eau dans la prise de pression et le débit.
Pour le canal «Parshall » installé, la simplification de la loi mathématique donne la valeur de Q tel que
Q = 372 × l × h
1,506
× 3,28
1,506
, (débit Q en l/s, hauteur h en m, largeur de passage l = 0,2 m.)
Informations complémentaires : voir documentation technique jointe
Principe du codeur enregistreur « Thalimèdes
®
» : Une roue codeuse est mise en mouvement par l’enroulement du câble de
“ soutien ”d’un flotteur placé, sur l’eau, dont on veut enregistrer la hauteur. L’enregistreur déporté et paramétré scrute
régulièrement les valeurs angulaires et la traduit en hauteur d’eau en mètre.
Nota : l’enregistreur permet aussi la visualisation directe par afficheur, de la dernière mesure.
Informations complémentaires : voir documentation technique jointe
Peut-on utiliser ces équipements de façon juste et fiable, dés leur livraison ? Justifier.
.................................................................................................................................................
B.2 Relevés des valeurs réelles et Comparaison avec la courbe théorique
donnée par le constructeur.
Support de l’étude
L’étude sera menée sur le canal « Parshall »
Sa courbe théorique Q=f(h
eau
) est donnée en ANNEXE 2.
Objectif :
Il s’agit de déterminer différentes valeurs effectives du débit dans le canal d’irrigation et de les
comparer avec les valeurs théoriques délivrées par le moyen de mesure installé.
Puis de conclure sur sa précision et éventuellement de corriger sa courbe.
Moyens disponibles
• Hauteur d’eau à l’intérieur du canal : elle est mesurée en continu par le codeur-
enregistreur « Thalimedes »
®
. Pour visualiser la dernière mesure effectuée, il suffira
d’activer l’afficheur et de faire la lecture des informations( date, heure, hauteur d’eau en
mètre).
Informations complémentaires : voir documentation technique jointe
• Débit réel : La mesure de la vitesse de l’eau est réalisable à partir d’un micro-moulinet.
Principe du micro-moulinet : La détection est effectuée par un ensemble, constitué d’un corps muni d’une hélice, monté sur
une perche. L’afficheur délivre une quantité de tours d’hélice durant l’intervalle de temps sélectionné. Le moulinet étant
taré par le fabriquant, celui indique que les valeurs de tarage k et a intervenant dans la relation de la vitesse d’écoulement
V sont :
Informations complémentaires : voir documentation technique jointe
Formulaire
Vitesse d’écoulement V = k×n+a (V en M/s, n : vitesse angulaire de l’hélice en tr/s, k : pas hydraulique de l’hélice en m,
a : constante en m/s.)

Données de Tarage constructeur Relation correspondante
pour n ≤ 0,55
k=0,2217 et a=0,024 V=0,2217×n+0,024
pour 0,55 ≤ n ≤ 9,81
k=0,2543 et a=0,006 V=0,2543×n+0,006


Débit : Q = V×S (Débit Q en m
3
/s, Vitesse du fluide V en m/s, section de passage S en m²).

Page 4 Page 5
Mise en place des mesures de débit réel
80cm e e
p
B.2.1.1 Préparation du calcul du débit
Le calcul du débit total sera approximé en divisant la
section totale en 3 sections suivantes, et en positionnant le
micro-moulinet au centre de chaque section.
G
1
G
2
G
3
B.2.1.2 Qu’est ce qui explique la nécessité
d’effectuer plusieurs mesures reparties sur
la section de passage ?
................................................................................................................................................. .................. .................. ..................
Exécution des relevés
Remarque : Plusieurs calculs de débit seront nécessaires pour avoir une allure de courbe
correcte (3 sont souhaités).
Nota Une feuille de relevés est à la disposition du candidat en annexe 3.
Pour un relevé :
1) Ouvrir la vanne du déversoir
2) En utilisant le micro-moulinet, déduire le débit réel.
3) Lire la hauteur d’eau h indiquée par le « Thalimèdes
®
»
4) Reporter la valeur du débit réel :
a. sur la courbe théorique du « Parshall », pour la valeur de h.
b. sur le tube translucide du déversoir
Analyse des relevés
Construire la courbe à partir des débits mesurés.
Comparer avec la courbe théorique du « Parshall. »
Répondre sur le document annexe 2
B.3 Conclusions
Quelle(s) conclusion(s) peut-on tirer de l’étude ?
................................................................................................................................................. .................. ..................


S
1
S
2
S
3 Page 6
Annexe 1 : Plan du domaine
















........................................
........................................
........................................
........................................
........................................

........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
........................................
...........................................
...........................................
............................................
...........................................
............................................
...........................................
............................................
............................................
Piquage de la conduite principale
sur le canal d’alimentation
Conduite principale
Parcelle 1g
Canal de colature(qui collecte les eaux
non utilisées)
Le château
canal d’alimentation
Sens
d’écoulementConcours général électrotechnique 2005 Épreuve pratique de mécanique
Dossier de M. N° de candidat date
Annexe 2 : Courbe du « Parshall »

0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
Hauteur d'eau dans le canal de mesure en m
Débit théorique Q en l/s .
débit en l/s

Débit théorique en l/s tel que Q=372×0,2×h
1,506
×3,28
1,506

Page 7 Concours général électrotechnique 2005 Épreuve pratique de mécanique
Dossier de M. N° de candidat date
Annexe 3 : Feuille de relevés
N° de
contrôle
Profondeur
p
Base e
du
triangle
N° de
section
Aire de la
section
Nombre
de tours
de l’hélice
intervalle
de temps
choisi
Vitesse
d’écoulement
Débit par
section
Débit total
Hauteur h du
« Parshall »
Hauteur
d’eau
dans le
tube du
déversoir

S2




S1





S3





S2




S1





S3





S2




S1





S3





Page 8 ETUDE MÉCANIQUE T. P. 1
Éléments de gestion des systèmes d’irrigation
collectifs gravitaires
DOCUMENTATIONS TECHNIQUES

Déversoir vu en coupe
Déversoir vu en plan
Mesure d’écoulement dans les cours d’eau
Enregistreur de niveau
Codeur enregistreur limnimétrique
Débitmètre à moulinet

MESURES D’ÉCOULEMENTS
DANS LES COURS D’EAU
140
P2.20
ISO 9001-CERTIFIED
manufacturer of environmental
research equipment
Les mesures d’écoulements d’eau sont importantes
dans le calcul du bilan hydrologique sur une surface
donnée (bassin versant, par exemple).
Pour la détermination de la vitesse instantanée
d’écoulement dans des cours d’eau, la mesure et/ou
l’enregistrement de débit dans les systèmes de
drainage ou des canaux d’irrigation ouverts,
plusieurs sortes d’équipements de mesures sont
proposés.
Une étude hydrologique précise et efficace
implique des exigences strictes quant au choix du
matériel à utiliser. Les équipements présentés ici
répondent à ces exigences.
13.12 Moulinet courantomètre à hélice
synthétique
Cet instrument est utilisé pour la détermination
précise de la vitesse instantanée du courant en
cours d’eau, canaux, rivières ou en mer. Il peut aussi
être utilisé en milieu pollué.
Les mesures sont effectuées avec l’appareil monté
sur perche ou suspendu à un câble. Le moulinet a
une gamme de mesure de 0,025 à 10 m/sec.
Le set complet contient: moulinet profilé à hélice
synthétique, compteur mécanique, perches d’extension
graduées, câble, chronomètre et divers accessoires,
le tout dans une mallette.
Le moulinet monté sur perches d’extension est
généralement utilisé pour des mesures dans des
ruisseaux ou des rivières peu profondes avec des
courants faibles.
L’hélice synthétique est en fibre de verre renforcée. Le
compteur mécanique, muni d’une sangle de portage,
peut enregistrer jusqu’à 10 pulsations par seconde.
Dans des cours d’eau plus larges, avec des
profondeurs et des courants plus importants, le
moulinet peut être utilisé suspendu à un câble,
avec un treuil qui peut être monté sur le parapet
d’un pont ou sur le bastingage d’un bateau.
Mesure de la vitesse instantanée
d’écoulement avec le courantomètre
monté sur perche.
Descente du moulinet courantomètre
à l’aide d’un treuil et d’un bras
télescopique fixé au parapet d’un
pont.
Courantomètre avec son héliceP2.25
MESURES D’ÉCOULEMENTS
DANS LES COURS D’EAU
Avantages
❑ Construit exclusivement à partir de matériaux
résistants à la corrosion.
❑ Vitesse seuil de départ basse.
❑ Transmission de contact à très faible friction,
d’où la grande précision de l’instrument.
❑ Contrôle et entretien aisés.
❑ Possibilité d’utilisation sur perche ou sur câble.
❑ Set très complet.
13.13 Mini moulinet courantomètre à hélice
aluminium
Ce mini moulinet est utilisé pour les fossés et petits
ruisseaux, de faibles niveaux d’eau. Gamme de
mesure de 0,03 à 2,5 m/sec. L’instrument est inclus
dans un set très complet.
13.14 Moulinet courantomètre mécanique.
Ce moulinet mécanique, petit et léger, a une gamme
de mesure allant d’approximativement 0,1 à 7,9 m/sec.
Il est utilisé pour les mesures de vitesse
d’écoulement en rivières, canaux, réseaux d’eaux
usées, canalisations, etc.
Suspendu à un câble, ce moulinet peut être utilisé à
de grandes profondeurs. Il est équilibré de façon à ce
qu’il reste horizontal même suspendu au bout d’une
ligne dans le courant. L’hélice est directement reliée à
un compteur mécanique à 6 chiffres, qui enregistre et
visualise chaque rotation de l’hélice, de la même
façon que le compteur kilométrique d’une voiture. Le
compteur est situé à l’intérieur de l’instrument. Après
récupération on lit le nombre total de rotations de
l’hélice sur le compteur à travers une fenêtre en
plastique transparent.
Ce moulinet peut être fixé sur câble aussi bien que sur
perche télescopique (d’une longueur de 2,4 mètres).
Avantages
❑ Petit et léger.
❑ Résistant à la corrosion.
❑ Utilisable à de grandes profondeurs.
❑ Équilibré pour une grande stabilité dynamique.
141
Lecture du compteur électro-
mécanique
Mesure de la vitesse d’écoulement
dans une conduite d’eaux usées.
Courantomètre avec hélice plastique. Ensemble complet
Courantomètre mécanique (visualisation du compteur)MESURES D’ÉCOULEMENTS
DANS LES COURS D’EAU
142
P2.25
ISO 9001-CERTIFIED
manufacturer of environmental
research equipment
13.17 Canaux Venturi RBC
Les canaux Venturi sont utilisés pour mesurer la
quantité d’eau qui coule dans un canal d’irrigation.
En comparaison avec d’autres canaux, tels que le
WSC et le Parshall, le RBC est le plus précis.
Le canal Venturi RBC a été spécialement conçu pour
une utilisation dans des petits cours d’eau ou fossés
(canaux d’irrigation, sillons, rigoles, etc.).
Le canal Venturi RBC est un instrument simple et
fiable utilisé pour la mesure de la quantité d’eau
d’irrigation qui s’écoule vers un champ. Nous
proposons, en standard, des canaux de diverses
gammes de mesure, allant de 0,1 – 8,7 l/sec à 2,0 –
145 l/sec. Il est possible d’obtenir des gammes plus
étendues sur demande.
Afin d’obtenir des mesures correctes il est essentiel
que le canal soit placé de telle façon que l’eau
puisse couler sans obstruction en son sein. Après
que le canal a été placé horizontalement, la mesure
peut commencer en lisant la hauteur de la vague
d’eau près du seuil. La hauteur de la vague peut
être lue dans le puits à l’extrémité du canal. À
l’aide de formules standard, le débit instantané est
calculé. Au lieu d’une lecture manuelle, il est
également possible d’installer un capteur de
pression connecté à un enregistreur de données.
Avantages
❑ Le faible poids et les dimensions limitées des
canaux permettent un transport facile.
C’est particulièrement avantageux en cas de
mesures temporaires multiples.
❑ La gamme de mesure du plus large canal peut
être substantielle (aussi en eau peu profonde).
❑ Facile à installer.
❑ Intuitif.
❑ Résultats lisibles facilement.
❑ Informations sur le débit rapidement
disponible.
Canal VENTURI RBC (petit modèle)
La mesure du niveau de l’eau dans le
puits d’un grand canal peut être
effectuée manuellement.
Un petit canal Venturi est placé dans
un ruisseau d’irrigation.P2.25
MESURES D’ÉCOULEMENTS DANS LES COURS
D’EAU
143
Enregistrement du niveau dans le
puits de mesure du canal venturi
grâce à un capteur de pression con-
necté à la centrale d’acquisition.
Les données sont traitées au bureau
sur un PC.
Canal venturi RBC petit modèle avec capteur de niveau et enregistreur à
alimentation solaire.
Mesure et enregistrement automatiques
Au lieu de réaliser les relevés manuellement dans le
puits de mesure d’un canal venturi, il est possible
d’y installer un capteur de pression relié à une
centrale d’acquisition de données. Ce dispositif
permet la mesure (ou l’activation), et l’enregistre-
ment automatique des données de débit via une
mesure du niveau dans le puits de stabilisation du
canal venturi. Etant donné la faible étendue des
variations de niveau, il est nécessaire d’utiliser un
capteur de pression très précis.
Avantages
Les avantages d’une mesure automatique com-
parée à un relevé manuel sont:
❐ Les valeurs minimum et maximum sont enre-
gistrées et datées, permettant de quantifier les
débits minimum et maximum.
❐ Les débits moyens comme le cumul du volume
écoulé sur une période sont déterminés avec
précision.
❐ L’enregistrement automatique de débit nécessite
moins de main d’œuvre et s’avère très pratique
pour les sites éloignés.
❐ Les événement particuliers tels que les débits
élevés durant les périodes pluvieuses, peuvent
être sélectivement enregistrés.
Le logiciel permet la configuration et la lecture des
données directement sur PC. Celles-ci peuvent
ensuite être exploitées dans une feuille de calcul.
Ce logiciel convivial de communication pour PC
permet les opérations suivantes:
❐ Programmation de l’horloge de la centrale
d’acquisition.
❐ Lecture des données enregistrées.
❐ Réglage de la fréquence de mesure et des
paramètres d’enregistrement.
❐ Lecture de la mesure en temps réel.
❐ Enregistrement des mesures sous deux formes
différentes.
❐ Choix de la langue.
❐ Fonction de protection d’accès par mot de passe.

Enregistreur de
niveau de nappe
ou de cours d’eau
par bullage
la garantie de qualité OTT à un prix
imbattable
afficheur à cristaux liquides pour la lecture
directe du niveau ou de la profondeur
installation aisée et adaptation aux diverses
profondeurs par l’utilisateur, sur site
mise en oeuvre possible dans des forages
à partir de 1” avec obturateur de puits standard
procédé de mesure indirecte (méthode par bullage)
permettant l’acquisition de données exactes et stables
dans le temps, même en eaux polluées
véritable alternative aux sondes lumineuses
numérisation des mesures sur site
Installation d’Orphimèdes dans un tube
de protection de diamètre 2” avec prise
de pression pour rivière.
Position verticale contre un mur de quai,
ou inclinée pour berge naturelle.
Exemple d’application:
Mesure du niveau en rivière
Principe de mesure
L ’air comprimé produit périodiquement par le
mouvement du piston dans le corps principal
d’Orphimèdes est injecté dans le tube de
mesure et aboutit à la prise de mesure d’où il
s’échappe doucement dans l’eau sous forme
de bulles.
La pression d’air (p) qui s’établit dans le tube
de mesure correspond à la pression
hydrostatique à l’embouchure de la prise,
majorée de la pression atmosphérique (pa).
Pour une hauteur d’eau (h) au-dessus de la
prise,
p = ρ · g · h
ρ = masse spécifique de l’eau
g = accélération de la pesanteur (en m/s
2
)
Pour une densité constante du liquide et hors
variations de la pression atmosphérique, la
relation est linéaire entre la pression dans le
tube de mesure et la hauteur d’eau.
Un capteur absolu mesure tour à tour la
pression totale dans le tube de mesure et la
pression atmosphérique seule.
La hauteur d’eau est calculée par différence
entre ces deux valeurs.
Précision: ≤ 1 cm
Résolution: = 1 cm
A noter qu’avec ce procédé, l’exactitude des
mesures n’est pas altérée par une éventuelle
dérive du zéro du capteur.
Du fait de l’utilisation d’un capteur de pression
de type absolu, l’appareil est également in-
sensible à l’humidité et à la condensation.
Les résultats de mesure sont stockés dans la
mémoire intégrée à l’appareil.
Caractéristiques techniques
Boîtier en matériau plastique:
dimensions: 600 mm x 45 mm Ø
poids: 1 kg (avec les piles)
Interface IrDA:
intégrée pour transfert sans fil des données
vers
- portable, équipé ou non d’un interface IrDA
(un adaptateur est proposé par OTT et par
les revendeurs en informatique)
- VOT A, ordinateur de terrain à fonctions mul-
tiples
Afficheur LCD:
1 ligne sur 4 digits ½
hauteur des caractères: 12mm
Mémoire cyclique (Eeprom):
pour le stockage d’environ 11 200 mesures,
soit 1 an de données pour un intervalle de
saisie d’une heure
- intervalle de scrutation/saisie réglable de
15 mn à 24 h
Capteur de pression absolu
de type piézorésistif au Silicium DMS
résolution: 1 cm
précision: ≤ 1cm dans la plage de mesure
étendue de mesure: 13 m
surcharge admissible: 50% de l’étendue de
mesure
Mini-compresseur
à piston, sans maintenance, graissé à vie et
piloté par soupape, pour production d’une
pression de 2 bar.
Alimentation électrique 6 V:
(4 piles Baby type R14 de 1,5 V)
permettant une autonomie allant jusqu’à
15 mois pour une opération de scrutation/
stockage par heure
- la mise en place des piles est simple et ne
nécessite pas d’outillage
Cordon de suspension:
L ’appareil est suspendu dans la zone hors gel
à l’intérieur du puits de mesure. L ’accrochage
s’effectue directement sur l’obturateur du puits,
de facon très discrète et peu visible.
Câble en Kevlar:
assurant un positionnement précis de la prise
de mesure dans la nappe. L’accrochage
s’effectue directement à l’obturateur de puits.
Tube de mesure (en 2 parties)
- flexible en spirale (0,6 m)
- tube droit avec raccord
Matériau: matière plastique spéciale
Ø intérieur: 2 mm
Ø extérieur: 4 mm
Prise de mesure
pour forage ≥ Ø1”
Tous droits de modification réservés.
Programme de
fabrication:
Limnigraphes
Moulinets
Sondes de pression
Capteurs
Pluviomètres
Enregistreurs
55.510.000.P.F. DI-I/2.04981 KKW
OTT MESSTECHNIK GmbH & Co. KG
Postfach 21 40 · D - 87411 Kempten
Ludwigstraße 16 · D - 87437 Kempten
Tel. ++49 (0)831 / 5617-0 · GERMANY
Fax / 5617-209
eMail: info@ott-hydrometry.de
http://www.ott-hydrometry.de
Orphimèdes

ORPHIMEDES

3 2
Orphimèdes a fait une véritable
percée dans les techniques de
mesure de niveau en continu.
Le principe de mesure et la
normalisation des composants a
permis de produire en grande série
un enregistreur de niveau pour
nappes ou rivières.
Orphimèdes est disponible sur stock.
Grâce à sa simplicité d’utilisation et
de maintenance ainsi qu’à son
excellent rapport qualité/prix,
Orphimèdes se prête idéalement à
l’équipement de réseaux de mesure.
La numérisation des données sur site
permet de gagner du temps, de
réduire les coûts d’exploitation et de
réduire les risques d’erreur dus au
relevé manuel des valeurs ou à une
mauvaise transmission.
Le grand avantage d’Orphimèdes par
rapport aux sondes lumineuses est
sa présence permanente sur site.
Même les dimanches et jours fériés,
pendant les congés, de nuit et par
mauvais temps, Orphimèdes est
toujours sur la brèche.
La surveillance continue sur de
longues périodes, sans trous, permet
de découvrir les événements d’une
nappe phréatique ou d’un cours
d’eau, et fournit ainsi une base de
données solide pour une prise de
décision compétente.
Les deux critères ayant
guidé le développement
d’Orphimèdes ont été
la simplicité de sa mise
en place et la facilité
d’utilisation.
Installation:
sur tubage à partir de
1”, sous un obturateur
standard.
La mise en place est
également possible
dans des sites de
configurations très
diverses.
Tube de mesure:
conduisant l’air sous
pression à la prise de
pression.
Câble en Kevlar:
maintenant la prise de
pression à une profon-
deur bien déterminée
et stable.
Sur place, l’opérateur
coupe le tube de
mesure et le câble en
Kevlar à la longueur
voulue, en fonction de
la profondeur d’obser-
vation recherchée.
Prise de pression
lestée
pour forage Ø1”
Communication
Interface infrarouge
IrDA permettant le
transfert des données
sans câble
insensible à l’humidité
et à la saleté
vitesse de transmission
élevée (collecte
d’environ 11.200
mesures en 4
secondes)
Afficheur LCD
permettant une lecture
facile de la date, de
l’heure, de l’état de
charge des piles et de
la valeur instantanée
(niveau ou profondeur).
Il est parfaitement
lisible même en plein
soleil.
Enregistrement des données
Mémoire cyclique
RAM
pouvant stocker jusqu’à
11.200 mesures
intervalle de scrutation
et de mémorisation des
données réglable (de
15 min. à 24 h)
autonomie pouvant
atteindre 15 mois.
Mesure
Compresseur à
piston avec soupape,
sans entretien, pour
la production d’air
comprimé
Le procédé de mesure
indirect permet
d’acquérir sur de
longues périodes des
données exactes et
précises, même dans
les nappes
salines ou polluées.
Une protection contre
la submersion (en
option) peut être
ajoutée à tout moment.
Exploitation
Orphimèdes est ressorti
du puits de mesure grâce
à son cordon, puis fixé à
la tête de puits au moyen
de son étrier d’accro-
chage pivotant.
La position de la prise de
mesure n’en est pas
affectée
Il suffit de secouer ou de
retourner l’appareil hors
du puits pour activer
l’affichage LC.
La date, l’heure, l’état des
piles et la valeur instanta-
née sont bien lisibles,
même en pleine lumière.
Lecture des données
Le paramétrage et la
lecture des données
s’effectuent à haut débit,
sans câble, grâce à
l’interface infrarouge à
distance IrDA.
Après lecture avec le
logiciel KH II, les mesures
sont disponibles sous
forme de fichiers ASCII
pouvant être exploités par
divers tableurs et
applications graphiques
(EXCEL, LOTUS,
HYDRAS II, etc.).
Communication
bidirectionnelle (lecture
des données et
paramétrage) au moyen
d’un PC/portable ou de
VOTA (appareil de
terrain à fonctions
multiples) via l’interface
optique IrDA.ORPHIMEDES

3 2
Orphimèdes a fait une véritable
percée dans les techniques de
mesure de niveau en continu.
Le principe de mesure et la
normalisation des composants a
permis de produire en grande série
un enregistreur de niveau pour
nappes ou rivières.
Orphimèdes est disponible sur stock.
Grâce à sa simplicité d’utilisation et
de maintenance ainsi qu’à son
excellent rapport qualité/prix,
Orphimèdes se prête idéalement à
l’équipement de réseaux de mesure.
La numérisation des données sur site
permet de gagner du temps, de
réduire les coûts d’exploitation et de
réduire les risques d’erreur dus au
relevé manuel des valeurs ou à une
mauvaise transmission.
Le grand avantage d’Orphimèdes par
rapport aux sondes lumineuses est
sa présence permanente sur site.
Même les dimanches et jours fériés,
pendant les congés, de nuit et par
mauvais temps, Orphimèdes est
toujours sur la brèche.
La surveillance continue sur de
longues périodes, sans trous, permet
de découvrir les événements d’une
nappe phréatique ou d’un cours
d’eau, et fournit ainsi une base de
données solide pour une prise de
décision compétente.
Les deux critères ayant
guidé le développement
d’Orphimèdes ont été
la simplicité de sa mise
en place et la facilité
d’utilisation.
Installation:
sur tubage à partir de
1”, sous un obturateur
standard.
La mise en place est
également possible
dans des sites de
configurations très
diverses.
Tube de mesure:
conduisant l’air sous
pression à la prise de
pression.
Câble en Kevlar:
maintenant la prise de
pression à une profon-
deur bien déterminée
et stable.
Sur place, l’opérateur
coupe le tube de
mesure et le câble en
Kevlar à la longueur
voulue, en fonction de
la profondeur d’obser-
vation recherchée.
Prise de pression
lestée
pour forage Ø1”
Communication
Interface infrarouge
IrDA permettant le
transfert des données
sans câble
insensible à l’humidité
et à la saleté
vitesse de transmission
élevée (collecte
d’environ 11.200
mesures en 4
secondes)
Afficheur LCD
permettant une lecture
facile de la date, de
l’heure, de l’état de
charge des piles et de
la valeur instantanée
(niveau ou profondeur).
Il est parfaitement
lisible même en plein
soleil.
Enregistrement des données
Mémoire cyclique
RAM
pouvant stocker jusqu’à
11.200 mesures
intervalle de scrutation
et de mémorisation des
données réglable (de
15 min. à 24 h)
autonomie pouvant
atteindre 15 mois.
Mesure
Compresseur à
piston avec soupape,
sans entretien, pour
la production d’air
comprimé
Le procédé de mesure
indirect permet
d’acquérir sur de
longues périodes des
données exactes et
précises, même dans
les nappes
salines ou polluées.
Une protection contre
la submersion (en
option) peut être
ajoutée à tout moment.
Exploitation
Orphimèdes est ressorti
du puits de mesure grâce
à son cordon, puis fixé à
la tête de puits au moyen
de son étrier d’accro-
chage pivotant.
La position de la prise de
mesure n’en est pas
affectée
Il suffit de secouer ou de
retourner l’appareil hors
du puits pour activer
l’affichage LC.
La date, l’heure, l’état des
piles et la valeur instanta-
née sont bien lisibles,
même en pleine lumière.
Lecture des données
Le paramétrage et la
lecture des données
s’effectuent à haut débit,
sans câble, grâce à
l’interface infrarouge à
distance IrDA.
Après lecture avec le
logiciel KH II, les mesures
sont disponibles sous
forme de fichiers ASCII
pouvant être exploités par
divers tableurs et
applications graphiques
(EXCEL, LOTUS,
HYDRAS II, etc.).
Communication
bidirectionnelle (lecture
des données et
paramétrage) au moyen
d’un PC/portable ou de
VOTA (appareil de
terrain à fonctions
multiples) via l’interface
optique IrDA.4
Enregistreur de
niveau de nappe
ou de cours d’eau
par bullage
la garantie de qualité OTT à un prix
imbattable
afficheur à cristaux liquides pour la lecture
directe du niveau ou de la profondeur
installation aisée et adaptation aux diverses
profondeurs par l’utilisateur, sur site
mise en oeuvre possible dans des forages
à partir de 1” avec obturateur de puits standard
procédé de mesure indirecte (méthode par bullage)
permettant l’acquisition de données exactes et stables
dans le temps, même en eaux polluées
véritable alternative aux sondes lumineuses
numérisation des mesures sur site
Installation d’Orphimèdes dans un tube
de protection de diamètre 2” avec prise
de pression pour rivière.
Position verticale contre un mur de quai,
ou inclinée pour berge naturelle.
Exemple d’application:
Mesure du niveau en rivière
Principe de mesure
L ’air comprimé produit périodiquement par le
mouvement du piston dans le corps principal
d’Orphimèdes est injecté dans le tube de
mesure et aboutit à la prise de mesure d’où il
s’échappe doucement dans l’eau sous forme
de bulles.
La pression d’air (p) qui s’établit dans le tube
de mesure correspond à la pression
hydrostatique à l’embouchure de la prise,
majorée de la pression atmosphérique (pa).
Pour une hauteur d’eau (h) au-dessus de la
prise,
p = ρ · g · h
ρ = masse spécifique de l’eau
g = accélération de la pesanteur (en m/s
2
)
Pour une densité constante du liquide et hors
variations de la pression atmosphérique, la
relation est linéaire entre la pression dans le
tube de mesure et la hauteur d’eau.
Un capteur absolu mesure tour à tour la
pression totale dans le tube de mesure et la
pression atmosphérique seule.
La hauteur d’eau est calculée par différence
entre ces deux valeurs.
Précision: ≤ 1 cm
Résolution: = 1 cm
A noter qu’avec ce procédé, l’exactitude des
mesures n’est pas altérée par une éventuelle
dérive du zéro du capteur.
Du fait de l’utilisation d’un capteur de pression
de type absolu, l’appareil est également in-
sensible à l’humidité et à la condensation.
Les résultats de mesure sont stockés dans la
mémoire intégrée à l’appareil.
Caractéristiques techniques
Boîtier en matériau plastique:
dimensions: 600 mm x 45 mm Ø
poids: 1 kg (avec les piles)
Interface IrDA:
intégrée pour transfert sans fil des données
vers
- portable, équipé ou non d’un interface IrDA
(un adaptateur est proposé par OTT et par
les revendeurs en informatique)
- VOT A, ordinateur de terrain à fonctions mul-
tiples
Afficheur LCD:
1 ligne sur 4 digits ½
hauteur des caractères: 12mm
Mémoire cyclique (Eeprom):
pour le stockage d’environ 11 200 mesures,
soit 1 an de données pour un intervalle de
saisie d’une heure
- intervalle de scrutation/saisie réglable de
15 mn à 24 h
Capteur de pression absolu
de type piézorésistif au Silicium DMS
résolution: 1 cm
précision: ≤ 1cm dans la plage de mesure
étendue de mesure: 13 m
surcharge admissible: 50% de l’étendue de
mesure
Mini-compresseur
à piston, sans maintenance, graissé à vie et
piloté par soupape, pour production d’une
pression de 2 bar.
Alimentation électrique 6 V:
(4 piles Baby type R14 de 1,5 V)
permettant une autonomie allant jusqu’à
15 mois pour une opération de scrutation/
stockage par heure
- la mise en place des piles est simple et ne
nécessite pas d’outillage
Cordon de suspension:
L ’appareil est suspendu dans la zone hors gel
à l’intérieur du puits de mesure. L ’accrochage
s’effectue directement sur l’obturateur du puits,
de facon très discrète et peu visible.
Câble en Kevlar:
assurant un positionnement précis de la prise
de mesure dans la nappe. L’accrochage
s’effectue directement à l’obturateur de puits.
Tube de mesure (en 2 parties)
- flexible en spirale (0,6 m)
- tube droit avec raccord
Matériau: matière plastique spéciale
Ø intérieur: 2 mm
Ø extérieur: 4 mm
Prise de mesure
pour forage ≥ Ø1”
Tous droits de modification réservés.
Programme de
fabrication:
Limnigraphes
Moulinets
Sondes de pression
Capteurs
Pluviomètres
Enregistreurs
55.510.000.P.F. DI-I/2.04981 KKW
OTT MESSTECHNIK GmbH & Co. KG
Postfach 21 40 · D - 87411 Kempten
Ludwigstraße 16 · D - 87437 Kempten
Tel. ++49 (0)831 / 5617-0 · GERMANY
Fax / 5617-209
eMail: info@ott-hydrometry.de
http://www.ott-hydrometry.de
Orphimèdes4

55.430.000.P.F DI-I/1.07982 KKW
Caractéristiques techniques
Tous droits de modification réservés.
Programme de
fabrication
Limnigraphes
Moulinets
Sondes de pression
Capteurs
Pluviomètres
Enregistreurs
Thalimèdes
station d’acquisition parfaitement autonome, ou
bien couplée à un limnigraphe classique
la qualité OTT à un rapport efficacité / prix
défiant toute concurrence
afficheur LC pour le niveau instantané, en cm
ou mm, l’heure, la date et la tension de la pile
interface RS232 pour transmission des données
par modem RTC, modem GSM, radio ou satellite
interface optique IrDA (technique infrarouge)
pour le paramétrage et la lecture des données
sans câble, insensible à l’humidité et à la saleté
une seule pile 1,5 V pour une autonomie jusqu’à
15 mois
Codeur enregistreur
limnimétrique
à flotteur
Adaptation facile aux limnigraphes
mécaniques de divers
constructeurs.2 3
THALIMEDES
Communication
RS232
SDI12
permettant d’inter-
roger la station par:
- modem RTC standard
ou basse consomma-
tion (fenêtres de
communication)
- modem GSM
- balise satellite
- modem radio
Tout l’intérêt du suivi en
temps réel !
Afficheur LC
(fonction d’observation)
pour afficher distincte-
ment la date, l’heure,
l’état de la pile et la
valeur instantanée du
niveau de l’eau entre -
19,999 et + 19,999 m
Lecture facile même au
soleil.
Pour activer l’afficheur il
suffit de poser la main
sur l’appareil, et de
renouveler ce geste
pour passer à l’indica-
tion suivante.
Enregistrement
Mémoire circulaire de
capacité 30000 valeurs
Cadence de scrutation
et de mémorisation
réglables (1 min. ... 24
heures).
Alimentation électrique
1,5 V: 1 seule pile
ronde LR14, suffisante
pour environ 15 mois à
la cadence de mémori-
sation d’une heure.
Le remplacement de la
pile est simple et ne
nécessite aucun
outillage.
Thalimèdes associé au limnigraphe
horizontal type X
Thalimèdes
avec le limnigraphe R16
Thalimèdes
avec le limnigraphe R20
Présentation des données stockées sous forme de fichiers ASCII
avec les logiciels d’évaluation HYDRAS II, EXCEL, et tous les
tableurs (Nos logiciels sont disponibles en français).
Communication
Interface IrDA
(technique infrarouge)
= lecture des données
sur site sans câble
- ne craint ni l’humidité
ni la saleté
- vitesse de
transmission élevée
(lecture d’environ
11000 mesures en 4
secondes).
Communication et
lecture de données
sur place par
- ordinateur portable
- ordinateur de poche
- VOT A (appareil multi-
fonctions de OTT).
Transmission de
données à distance
via l’interface RS232.
Les mesures sont
disponibles sous forme
de fichiers ASCII en vue
de leur présentation
numérique ou graphique
(KH II, EXCEL, LOTUS,
QUATTRO-PRO, ...).
Mesure
Unité de codage
Le flotteur et le câble de
flotteur transmettent les
variations de hauteur
d’eau à la roue de
mesure du codeur,
facilement accessible,
avec une résolution
standard du mm. Le
paramétrage permet de
choisir d’autres unités.
La position de la roue
de flotteur est disponible
sous forme électronique
à l’entrée de l’unité
d’acquisition de
Thalimèdes, au moment
de la scrutation ou de
l’enregistrement. Les
données mémorisées
peuvent être lues
indifféremment par
l’interface IrDA ou la
sortie RS232.
RS232
Le codeur enregistreur limni-
métrique Thalimèdes mesure en
continu le niveau des écoulements à
surface libre ou des nappes
souterraines peu profondes.
Il s’utilise seul ou en association
avec tout limnigraphe à flotteur
classique OTT ou d’une autre
marque.
Rien n’est plus simple que
d’installer Thalimèdes. Il se contente
en effet d’un diamètre de flotteur de
80 mm, et donc d’un tube ou puits
de tranquillisation de faible diamètre
(à partir de 100 mm ou 4 pouces).
Pour le suivi de nappe, mais aussi
bien pour les mesures en rivière,
nous proposons un support qui se
pose simplement en haut et à
l’intérieur d’un tube de 4 “ - 4,5 “ -
5 “ ou 6 “. Ce support reçoit dans sa
partie inférieure l’unité de codage
avec l’équipage flotteur - câble -
contrepoids (le codeur est coiffé
d’une cloche le rendant insub-
mersible).
L ’unité d’acquisition, étanche et
disposée dans le haut du support,
s’extrait très facilement pour les
opérations de contrôle paramétrage
ou lecture des données. Un geste de
la main suffit pour activer l’afficheur,
qui fournit toutes les indications
utiles sur la situation du moment.
A noter la très grande amplitude de
mesure, sa définition en cm ou en
mm, la prise en compte des valeurs
de niveau négatives, les fenêtres de
temps prévues pour l’alimentation
des modems et enfin la capacité de
mémoire de 30000 mesures.
Thalimèdes
en limnimètre
autonome2 3
THALIMEDES
Communication
RS232
SDI12
permettant d’inter-
roger la station par:
- modem RTC standard
ou basse consomma-
tion (fenêtres de
communication)
- modem GSM
- balise satellite
- modem radio
Tout l’intérêt du suivi en
temps réel !
Afficheur LC
(fonction d’observation)
pour afficher distincte-
ment la date, l’heure,
l’état de la pile et la
valeur instantanée du
niveau de l’eau entre -
19,999 et + 19,999 m
Lecture facile même au
soleil.
Pour activer l’afficheur il
suffit de poser la main
sur l’appareil, et de
renouveler ce geste
pour passer à l’indica-
tion suivante.
Enregistrement
Mémoire circulaire de
capacité 30000 valeurs
Cadence de scrutation
et de mémorisation
réglables (1 min. ... 24
heures).
Alimentation électrique
1,5 V: 1 seule pile
ronde LR14, suffisante
pour environ 15 mois à
la cadence de mémori-
sation d’une heure.
Le remplacement de la
pile est simple et ne
nécessite aucun
outillage.
Thalimèdes associé au limnigraphe
horizontal type X
Thalimèdes
avec le limnigraphe R16
Thalimèdes
avec le limnigraphe R20
Présentation des données stockées sous forme de fichiers ASCII
avec les logiciels d’évaluation HYDRAS II, EXCEL, et tous les
tableurs (Nos logiciels sont disponibles en français).
Communication
Interface IrDA
(technique infrarouge)
= lecture des données
sur site sans câble
- ne craint ni l’humidité
ni la saleté
- vitesse de
transmission élevée
(lecture d’environ
11000 mesures en 4
secondes).
Communication et
lecture de données
sur place par
- ordinateur portable
- ordinateur de poche
- VOT A (appareil multi-
fonctions de OTT).
Transmission de
données à distance
via l’interface RS232.
Les mesures sont
disponibles sous forme
de fichiers ASCII en vue
de leur présentation
numérique ou graphique
(KH II, EXCEL, LOTUS,
QUATTRO-PRO, ...).
Mesure
Unité de codage
Le flotteur et le câble de
flotteur transmettent les
variations de hauteur
d’eau à la roue de
mesure du codeur,
facilement accessible,
avec une résolution
standard du mm. Le
paramétrage permet de
choisir d’autres unités.
La position de la roue
de flotteur est disponible
sous forme électronique
à l’entrée de l’unité
d’acquisition de
Thalimèdes, au moment
de la scrutation ou de
l’enregistrement. Les
données mémorisées
peuvent être lues
indifféremment par
l’interface IrDA ou la
sortie RS232.
RS232
Le codeur enregistreur limni-
métrique Thalimèdes mesure en
continu le niveau des écoulements à
surface libre ou des nappes
souterraines peu profondes.
Il s’utilise seul ou en association
avec tout limnigraphe à flotteur
classique OTT ou d’une autre
marque.
Rien n’est plus simple que
d’installer Thalimèdes. Il se contente
en effet d’un diamètre de flotteur de
80 mm, et donc d’un tube ou puits
de tranquillisation de faible diamètre
(à partir de 100 mm ou 4 pouces).
Pour le suivi de nappe, mais aussi
bien pour les mesures en rivière,
nous proposons un support qui se
pose simplement en haut et à
l’intérieur d’un tube de 4 “ - 4,5 “ -
5 “ ou 6 “. Ce support reçoit dans sa
partie inférieure l’unité de codage
avec l’équipage flotteur - câble -
contrepoids (le codeur est coiffé
d’une cloche le rendant insub-
mersible).
L ’unité d’acquisition, étanche et
disposée dans le haut du support,
s’extrait très facilement pour les
opérations de contrôle paramétrage
ou lecture des données. Un geste de
la main suffit pour activer l’afficheur,
qui fournit toutes les indications
utiles sur la situation du moment.
A noter la très grande amplitude de
mesure, sa définition en cm ou en
mm, la prise en compte des valeurs
de niveau négatives, les fenêtres de
temps prévues pour l’alimentation
des modems et enfin la capacité de
mémoire de 30000 mesures.
Thalimèdes
en limnimètre
autonome4
55.430.000.P.F DI-I/1.07982 KKW
Caractéristiques techniques
Tous droits de modification réservés.
Programme de
fabrication
Limnigraphes
Moulinets
Sondes de pression
Capteurs
Pluviomètres
Enregistreurs
Thalimèdes
station d’acquisition parfaitement autonome, ou
bien couplée à un limnigraphe classique
la qualité OTT à un rapport efficacité / prix
défiant toute concurrence
afficheur LC pour le niveau instantané, en cm
ou mm, l’heure, la date et la tension de la pile
interface RS232 pour transmission des données
par modem RTC, modem GSM, radio ou satellite
interface optique IrDA (technique infrarouge)
pour le paramétrage et la lecture des données
sans câble, insensible à l’humidité et à la saleté
une seule pile 1,5 V pour une autonomie jusqu’à
15 mois
Codeur enregistreur
limnimétrique
à flotteur
Adaptation facile aux limnigraphes
mécaniques de divers
constructeurs.
OTT MESSTECHNIK GmbH & Co. KG
Postfach 21 40 · D - 87411 Kempten
Ludwigstraße 16 · D - 87437 Kempten
Tel. ++49 (0)831 / 5617-0 · GERMANY
Fax / 5617-209
eMail: info@ott-hydrometry.de
http://www.ott-hydrometry.de
Unité d’acquisition
Boîtier en matériau plastique
Dimensions: 244 mm x 47 mm Ø
Poids: 320 g, pile incluse
avec interface RS232 intégrée
pour l’interrogation de Thalimèdes par:
- Modem RTC
- Modem GSM
- Balise satellite
Interface IrDA (technique infrarouge)
communication sur site sans câble
- PC portable au standard actuel, avec port
IrDA
- pour les ordinateurs portables sans
interface IrDA un adaptateur enfichable est
proposé, et en variante un cordon avec
interface IrDA
Interface SDI 12
Afficheur LC
à une ligne, 4 caractères ½, hauteur des
caractères 12 mm
Mémoire circulaire (EEprom)
pour environ 30000 mesures = 9 mois de
données avec la cadence de mémorisation
d’une heure
- cadence de scrutation et de mémorisation
réglable (1 min. ... 24 heures)
Type de mesure: niveau d’eau
Unité de codage
Matériau: Boîtier en matériau plastique
Dimensions: 82 x 82x 34 mm
Poids: 140 g
Codage de type absolu. Codeur muni de trous
de fixation filetés et fourni avec accessoires
de mise en place et poulie de renvoi.
Résolution: 1 mm (cm, ft, ...)
Plage de
mesure: 0 ... 19,999 m (résolution mm)
0 ... 199,99 m (résolution cm)
Roues de flotteur
pour câble de flotteur (standard) Ø 1 mm.
Autres diamètres de câble paramétrables.
Alimentation électrique 1,5 V
(1 pile ronde LR14) pour fonctionnement
jusqu’à 15 mois à la cadence de mémori-
sation d’une heure (température + 20 °C)
- Changement de pile facile sans outil
Option
Support pour montage dans un tube ou puits
de mesure de 4“, 4,5“, 5“ ou 6“ avec
protection anti-submersion.
CONCOURS GÉNÉRAL DES LYCÉES

SESSION 2005


SCIENCES ET TECHNIQUES INDUSTRIELLES

GÉNIE ÉLECTRIQUE

(Classe de terminale STI)


ÉLECTROTECHNIQUE


Aucun document n'est autorisé.
Calculatrice autorisée (conformément à la circulaire n° 99-186 du 16 novembre 1999)

EPREUVES D’ADMISSION
TP D’ELECTROTECHNIQUE
durée 2 h




TP 2
Objectifs :
Étudier un panneau solaire
Étudier la conversion d’énergie électrique en énergie lumineuse
Étudier la conversion d’énergie alternative en énergie continue


IMPORTANT :

L'épreuve se compose de trois parties totalement indépendantes.
Chaque partie est présentée sous la forme d’un cahier questions-réponses qui contient :
- l'énoncé du travail demandé,
- les emplacements réservés aux réponses.
- des spécifications techniques,

Dès la distribution des documents, assurez vous que votre dossier est complet.





1. Présentation du support d’étude
Vous disposez d’un ensemble de matériels permettant l’étude de différentes sources lumineuses alimentées
directement par énergie solaire.
Cellule du luxmétre
Convertisseur
Continu/alternatif
Tube fluo Fluocompacte Halogéne Décharge Incandescence
230 V
Commutateur de marche
Voyant présence tension












Alimentation armoire 230 V



2. Travail demandé
21. Mesure des caractéristiques principales d’un panneau solaire


Sol
60°
90°


V
A
Luxmètre
R=8 Ω
30°

15°







211. Pour 5 inclinaisons θ° du panneau solaire relever et tracer les caractéristiques P
(W)
= f(E)
(Lux)
et P
(W)
= f( θ°)
212. Commenter les résultats obtenus















………………………………………………
………………………………………………
………………………………………………


22. Etude de la conversion d’énergie
221. Quels sont les principaux types de sources lumineuses existantes

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………




222. Citer les principaux éléments constituants la source d’énergie lumineuse ci-après












On désire relever l’allure de la tension et de l’intensité absorbée par cette source dés son alimentation.
223. Compléter le schéma ci-après en y insérant l’appareillage nécessaire. Et relever le signal demandé.









230V/60W








224. Quels types d’appareils de mesure permettraient de relever les valeurs de la tension et de
l’intensité de ce montage. Effectuer ces relevés.









………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………….
225. Déduire des relevés de U et I la valeur de la résistance de ce récepteur. Mesurer HORS
TENSION la valeur de cette résistance. Commenter ces relevés et justifier l’allure du courant relevé à
l’oscilloscope.












………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………….
23. Etude du convertisseur continu/alternatif

231. Proposer un schéma de principe de ce type d’appareil débitant sur une résistance et donner son
nom physique.
232. Relever l’allure de U et I en sortie de cet appareil lorsqu’il débite sur un récepteur résistif et préciser
son mode de commande. Quel est son intérêt pour d’autres types de charges.
Indiquer les caractéristiques principales des signaux relevés (valeurs maxi, mini, fréquence,
période…). Calculer alors les valeurs moyenne et efficace de U, I et P.

………………………………………………………
………………………………………………………
………………………………………………………
………………………………………………………























233. En vous servant de l’analyseur d’énergie de Chauvin Arnoux vérifier vos calculs.
234. Actionner la touche de cet appareil. Que représente le graphique obtenu.

Commenter ce même graphique pour les deux premières sources lumineuses de la maquette. Y a t-il
des avantages/inconvénients à utiliser ces appareils dans des installations alimentées par énergie
solaire ou dans l’industrie (tenir compte de l’éclairement de ces différentes sources).

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
CONCOURS GÉNÉRAL DES LYCÉES

SESSION 2005


SCIENCES ET TECHNIQUES INDUSTRIELLES

GÉNIE ÉLECTRIQUE

(Classe de terminale STI)


ÉLECTROTECHNIQUE


Aucun document n'est autorisé.
Calculatrice autorisée (conformément à la circulaire n° 99-186 du 16 novembre 1999)

EPREUVES D’ADMISSION
TP D’AUTOMATISME
durée 2 h



TP 3
Objectif :
Configurer et utiliser un automate ZELIO
®
pour envoyer des alertes sur téléphone
portable par SMS.

















1. Cahier des charges :

Pour des raisons de maintenance, les bergers souhaiteraient que vous mettiez en œuvre un
automate ZELIO
®
. Cet automate permet de gérer le remplissage du réservoir et de les
alerter sur leur téléphone portable dans le cas où le réservoir serait vide. Les bergeries ne
disposent pas de téléphone filaire ni de connections au réseau d’électricité (EDF). La seule
source d’énergie à leur disposition est réaliser avec l’association de panneaux solaires et de
batteries délivrant une tension continue.

2. Configuration de la transmission d’alerte

A partir du cahier des charges et à l’aide du guide de mise en œuvre ZELIOCOM
®
choisissez
en l’encadrant la configuration de la liaison a réaliser (entourer une des liaisons suivantes et
faites valider votre choix par l’un des membres du jury)
Aucune communication avec un ordinateur n’est souhaitée par les bergers.

Liaison RTC – RTC :


Liaison GSM – RTC :

Liaison GSM – GSM :


Liaison RTC – GSM :

2.1. Indiquer sur la configuration choisie le type de station (locale et distante) auquel
appartiennent les différents éléments


2.2. Faire la liste du matériel nécessaire pour réaliser cette liaison.









Demander le matériel à l’examinateur

2.3. Relever la référence du module ZELIOLOGIC
®
ainsi que sa version.






2.4. A l’aide de la documentation constructeur donnez les tensions d’alimentation des
éléments suivants :

ZELIOLOGIC
®

ZELIOCOM
®

Modem Wavecom
®

2.5. Vérifier le câblage des différentes alimentations. Quel(s) appareil(s) utilisés vous ?



En utilisant le logiciel ZelioSoftCom
®


2.6. Effectuer la configuration du modem afin de déverrouillée la carte SIM (plus de
demande du code PIN (4530)).
Après avoir fini de configurer le modem, essayez d’envoyer sur votre propre téléphone
portable le message suivant « Apparemment tout fonctionne parfaitement, mais il y a
encore beaucoup de travail ». Faites constater l’arrivée du SMS à un membre du jury.

2.7. Créer une application permettant de tester le fonctionnement d’une alerte par
SMS.Le n° de téléphone auquel vous devez envoyer un SMS est le votre.
Pour cela vous pouvez vous aidez de l’aide en ligne du logiciel ZelioSoftCom
®

Pour autoriser les transferts l’automate nécessite une clef d’identification : « CONCOURS »
L’appui sur les boutons poussoirs Z1 et Z2 du ZELIO LOGIC
®
permet de faire commuter à 1
Q1.











Votre application devra envoyer une alerte
lorsque la sortie Q1 devient active.
3. Vérification de caractéristiques électriques données par le
constructeur


3.1. A partir des documents constructeurs fournis en annexe « Interface de
communication pour module logique ZELIOCOM
®
»

Relever les caractéristiques suivantes pour le module logique ZELIOCOM
®
:

Limites de tension :
Courant nominal :
Puissance dissipée :

Relever les caractéristiques suivantes pour l’automate ZELIO
®
:

Limites de tension :
Courant nominal d’entrée :
Puissance dissipée :

Relever les caractéristiques suivantes pour le modem Wavecom
®
M12X6

Limites de tension :
Courant nominal d’entrée :
Puissance dissipée :


3.2. Mesurez la consommation de l’ensemble automate ZELIO
®
+ ZELIOCOM
®
+
modem Wavecom
®





Conclure :





3.3. Mesurez le minimum de tension pour laquelle le système n’est plus opérationnel.





Conclure :