Le pont à transbordeur est un établissement recevant du public (ERP). Comme tous les ERP, il doit répondre à certaines caractéristiques quant à son accessibilité par les personnes à mobilité réduite. Un extrait du journal officiel de la République décrit ces caractéristiques dans le document technique DT5.
Exigences de l’arrêté du 1er août 2006
Il s’agit de déterminer l’écart de niveau maximum acceptable entre le quai et la nacelle.
Question 2.1.1 - Relever sur l’extrait du journal officiel DT5 la dénivellation maximale acceptable sans équipement spécifique entre la nacelle du pont transbordeur et les quais.
La partie suivante est divisée en quatre étapes. D’abord le choix des suspentes (câbles) qui soutiennent la nacelle, puis le calcul de leur allongement dû au chargement, l’influence de la dilatation sur le positionnement vertical de la nacelle par rapport au quai et enfin le choix des équipements à prévoir pour respecter les normes d’accessibilité de l’ERP.
Choix des suspentes
Pour connaître les différences d’altitude de la nacelle dans le temps et sous certaines conditions, il est nécessaire de connaître les caractéristiques des 10 suspentes. Nous ferons ici l’hypothèse que le poids total est réparti de façon égale entre toutes les suspentes. L’architecture de la nacelle est donnée dans le document technique DT5.
Question 2.1.2 - Relever sur le diagramme d’exigences (DT2) la charge utile de la nacelle. Sachant que la masse de la nacelle à vide est de 100 tonnes, calculer le poids total de la nacelle puis celui que chaque suspente doit soulever. Vous prendrez g = 10 m/s².
Le coefficient de sécurité est fixé à 10 pour les équipements suspendus recevant du public (cas de la nacelle), les suspentes étant des câbles dont les sollicitations varient beaucoup du fait des mouvements de la charge. Pour prendre en compte la fatigue du matériau, le constructeur retient l’effort de service comme critère de choix des câbles.
Question 2.1.3 - Calculer l’effort à prendre en compte dans le choix des suspentes en tenant compte du coefficient de sécurité. Justifier le choix d’un câble de type 19T15S par le constructeur en utilisant le DT6.
Allongement d'une suspente dû aux sollicitations
La sollicitation en traction des suspentes varie seulement en fonction de la charge embarquée. La nacelle est suspendue par 10 câbles de 50 m de long, et leur allongement qui en découle intervient directement sur la différence de hauteur entre la nacelle et le quai. Les caractéristiques des câbles utilisés de type 19T15S sont indiquées dans le document technique DT6. On donne par ailleurs la formule de calcul de l’allongement :
Question 2.1.4 - Calculer la variation de longueur des suspentes en considérant que chacune d'entre-elles supporte un poids de 100 kN.
Le pont transbordeur est soumis aux conditions climatiques environnantes. Les températures extrêmes relevées sur trente ans sont données dans le document technique DT7. Lors d'un changement de température, chaque suspente se dilate ou se contracte et par conséquent, la hauteur de la nacelle varie entre l’hiver et l’été. L’objectif est de calculer la variation de longueur d'une suspente et de définir si cette variation est significative ou non.
Question 2.1.5 - Déterminer l’allongement d'une suspente dû à la dilatation entre les températures extrêmes données par le graphique du document technique DT7. On donne : Δl2 = α × L0 × ΔT
Question 2.1.6 - En déduire l’allongement total et maximum d'une suspente et préciser quel phénomène est prépondérant dans l’allongement des suspentes.
Conclusion
Vous allez maintenant déterminer les équipements nécessaires pour l’accessibilité de cet ERP par les personnes en situation de handicap. Pour permettre de minimiser les effets d’allongement des suspentes, le réglage initial d’altitude de la nacelle sera réalisé à un niveau moyen. Ainsi, la différence de niveau entre le quai et la nacelle vide au plus froid de l’hiver sera symétrique à celle constatée en pleine charge pendant les plus fortes chaleurs de l’été.
Question 2.1.7 - Déterminer la différence de niveau entre la nacelle et le quai. Conclure quant à la nécessité d’un équipement complémentaire pour assurer l’accessibilité de cet ERP par les personnes en situation de handicap. Justifier votre réponse.
Sous le tablier du pont transbordeur, un rail horizontal soutient un chariot lié à la nacelle.
Le déplacement de ce chariot est assuré par deux moteurs électriques. Une approche environnementale raisonnée impose d’étudier en terme d’efficacité toute la chaîne énergétique.
Analyse des constituants de la chaîne d’énergie de la nacelle
Question 2.2.1 - En consultant le diagramme de bloc et le schéma cinématique de la chaîne d'énergie de la nacelle disponibles dans le document technique DT8, compléter le tableau du document DR2 en définissant les fonctions associées aux constituants issus de la chaîne d’énergie de la nacelle. Les fonctions sont à choisir dans la liste suivante : alimenter, produire localement, stocker, moduler, convertir, transmettre, agir.
L’objectif est de déterminer la puissance nécessaire à la motorisation de la nacelle en fonction des exigences de cadencement de l’ouvrage.
Question 2.2.2 - À partir du diagramme d'état de la nacelle et du graphe des déplacements de la nacelle du document DT8, indiquer sur le graphe du DR2, les phases du cycle de fonctionnement. En déduire le temps minimal d’un cycle de rotation.
La nacelle en charge pour une masse totale de 200 tonnes est motorisée par deux moteurs triphasés asynchrones. Le besoin total en énergie durant la phase d'accélération de 8 secondes est de 1,60 MJ.
Question 2.2.3 - Calculer la puissance mécanique totale permettant de délivrer à la nacelle l'énergie nécessaire. En déduire la puissance de chacun des moteurs.
Dans un souci d’optimisation énergétique, deux types de motorisation sont comparés :
Avec pour rendements associés :
Pertes dans la chaîne d'énergie d'un moteur asynchrone
Question 2.2.4 - Les données pour le moteur asynchrone sont fournies dans le DT9. Le moteur de référence 315S-2 fournit la puissance maximale (rendement à 100 %). Calculer le rendement global de cette chaine d’énergie composée du variateur, du moteur et du réducteur. En déduire les pertes totales liées à cette chaîne d'énergie. Le calcul sera effectué pour une puissance utile de 100 kW par moteur.
Pertes dans la chaîne d'énergie d'un moteur synchrone
Question 2.2.5 - Les données pour le moteur synchrone LSRPM 315 MR sont fournies dans le DT9. Déterminer le rendement de ce moteur à l'aide des graphes du couple et du rendement en fonction de la fréquence de rotation, les deux moteurs tournant à une fréquence de rotation de 600 tr.min-1.
Synthèse
Question 2.2.6 - Les pertes dans la chaine d’énergie à moteur synchrone sont évaluées à 13,6 kW au total pour les deux motorisations. À partir de vos réponses aux questions précédentes, rédiger une conclusion argumentée (cinq lignes maximum) quant à l'optimisation énergétique de la motorisation de la nacelle. Votre argumentation précisera la motorisation répondant le mieux à une approche de développement durable raisonnée en terme d’efficacité énergétique.