SUJE

T ZE

ROBACCALAURÉAT SCIENTIFIQUE

Sujet zéro

Épreuve écrite de sciences de l’ingénieur

SUJE

T ZE

ROBACCALAURÉAT SCIENTIFIQUE

support pluritechnique authentique

outils scientifiques et technologiques

chaque partie

conclusion valide la démarche

les objectifs sont annoncés

la dernière partie : synthèse

problématique générale problématiques techniques

SUJE

T ZE

ROBACCALAURÉAT SCIENTIFIQUE

Les auteurs

Les candidats modéliser,

analyser

calculer

argumenter

conclure

ECART R-ADomaine du client

SYSTÈMEATTENDU

ECAR

T S-A

ECART R-S

Domaine de la simulation

SYSTÈMESIMULÉ

Domaine du laboratoire

SYSTÈMERÉEL

Valider les performances

Créer et vérifier le modèle

Prédire le comportement

Compétences à évaluerIndicateurs de performance

SUJE

T ZE

ROPRÉSENTATION DU SUPPORT

1 sujet

2 versions

Sujets & « bonnes copies »

SUJE

T ZE

ROPRÉSENTATION DU SUPPORT

ContexteCe chef-d’œuvre est aujourd’hui menacé. Au fil des siècles et des interventions humaines, la sédimentation s’est accentuée autour du Mont : poldérisation, réalisation de la digue-route, construction du barrage équipé de portes-à-flot… Petit à petit, la mer recule, terre et prés salés progressent. Un parking au pied des remparts dénature le paysage maritime depuis plus de 50 ans. À l’horizon 2040, si rien n’est entrepris, le Mont-Saint-Michel s’ensablera irrémédiablement et sera entouré de prés salés.

Rétablissement du caractère maritime du Mont-Saint-MichelUne opération d’aménagement touristique durable

Pourquoi?

vue du Mont-Saint-Michel au caractère maritime rétabli

SUJE

T ZE

RO

Solutionsenvisagées Supprimer les parkings au pied du mont

Construction d’un barrage sur le fleuve

Création d’une passerelle

Comment rendre puis pérenniser (opération durable) son caractère maritime au Mont-Saint-Michel, monument inscrit au patrimoine mondial de l’humanité, tout en respectant le paysage, la sécurité du site et les spécificités de la baie ?

PRÉSENTATION DU SUPPORT

L’étude proposée ici permet de vérifier que le barrage, opérationnel depuis 2009, répond à l’objectif général de son cahier des charges:

1 couvre moins de domaines.

SUJE

T ZE

RO

Fonctionnement du barrage

PRÉSENTATION DU SUPPORT

SUJE

T ZE

ROPRÉSENTATION DU SUJET– parties communes

• partie 1 : réponses au besoin,• partie 4 : analyse d’écarts entre le souhaité, le simulé

et le réalisé,• partie 5 : conclusion sur la problématique du sujet.

– version 1• partie 2 : génération et régulation du flux hydraulique,• partie 3 : modélisation du comportement structurel du

barrage.– version 2

• partie 2 : génération et régulation du flux hydraulique,• partie 3 : modélisation du comportement dynamique

du barrage.

• la version 2 couvre plus largement le programme.uvre moins de domaines.

SUJE

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ROPARTIE 1

Objectif : analyser le besoin à l’origine de la conception du barrage et comparer la solution retenue avec une autre solution possible.

Questionnement- Calcul de volume de désensablage - Calcul de l’impact environnemental du projet (bilan carbone de 2

solutions envisagées).

CommentaireFaire réfléchir les candidats sur les deux solutions envisagées, les amener à voir la pertinence de chaque solution choisie.

Version1-2

SUJE

T ZE

ROPARTIE 2Objectif :

- analyser la solution retenue pour créer et réguler un flux d'eau capable de repousser les sédiments au-delà du Mont-Saint-Michel.

QuestionnementFonctionnement séquentiel du barrage(5 phases détaillées, indiquer sur chaqueétape la phase correspondante) GRAFCET fourni

- Calcul de débit de chasse

CommentaireComprendre comment le phénomène de chasse est réalisé.Comprendre le séquencement du fonctionnement d’une vanne (interaction chaîne d’information et chaîne d’énergie).

Version1-2

ECART R-A

Domaine du client

SYSTÈMEATTENDU

Domaine du laboratoire

SYSTÈMERÉEL

Valider les performances

SUJE

T ZE

ROPARTIE 2Objectif :

- analyser la solution retenue pour créer et réguler un flux d'eau capable de repousser les sédiments au-delà du Mont-Saint-Michel.

Questionnement- Analyse de résultats de simulation du comportement de l’eau (vitesse du

fluide) en fonction de la forme des piles.

- Justifier le choix de la forme elliptique du nez, rendant l’écoulement régulier (6m/s) entre les piles, donc favorise le phénomène de chasse.- Vérifier que le candidat est capable d’interpréter les résultats de simulation et proposer une argumentation.

Version1

SUJE

T ZE

ROPARTIE 2Objectif :

- analyser la solution retenue pour créer et réguler un flux d'eau capable de repousser les sédiments au-delà du Mont-Saint-Michel.

QuestionnementDétection et codage de la position des vannesLe système de manœuvre des vannes est asservi en position, ce type de commande rend nécessaire l’usage de capteur de position angulaire de la vanne par rapport à la pile (transmission par bus CAN).- choix technologique : inclinomètre- Paramétrage du bus CAN à l’aide de documents techniques

Consigne ouverture/fermeture des vannes- Compléter un algorithme de fonctionnement des vannes

Version1

SUJE

T ZE

ROPARTIE 3

Objectif de cette partie : -vérifier le dimensionnement de la solution technique qui permet d’assurer le maintien en position des paliers de vannes sur les piles en béton;- mettre en évidence les contraintes dans le béton liées à cette solution.

Version1

Version1

Questionnement- Calcul de l’action (précharge) dans les tirants (2 modèles précisés, principe de superposition,

PFD, théorème précisé)

- Détermination de la pression de contact entre le palier et la structure béton (deux modélisations)SU

JET

ZERO

PARTIE 3Objectif de cette partie : -vérifier le dimensionnement de la solution technique qui permetd’assurer le maintien en position des paliers de vannes sur les piles en béton;- mettre en évidence les contraintes dans le béton liées à cette solution.

CommentaireVérifier que la précharge est suffisante pour maintenir l’appui plan.Vérifier que la pression de contact est inférieure à la pression admissible du béton.

SUJE

T ZE

ROPARTIE 3

Objectif de cette partie : -modéliser et simuler les chaînes d'énergie et d'information liées à la tâche « manœuvrer une vanne » pour valider les choix des concepteurs et prévoir son comportement dans les différentes situations du cahier des charges ;- vérifier la capacité opérationnelle du barrage en cas de coupure du réseau

Questionnement- Détection et codage de la position angulaire des vannes (choix technologique fourni)- Compléter un algorigramme (fonctionnement partiel du système de manœuvre)

Version2

CommentaireLecture et analyse du document technique, comprendre le fonctionnement du système.

SUJE

T ZE

ROPARTIE 3Objectif de cette partie :

-modéliser et simuler les chaînes d'énergie et d'information liées à la tâche « manœuvrer une vanne » pour valider les choix des concepteurs et prévoir son comportement dans les différentes situations du cahier des charges ;- vérifier la capacité opérationnelle du barrage en cas de coupure du réseau

QuestionnementEtude de l’action de l’eau sur la vanne : - Expression de l’action de l’eau sur une surface élémentaire,- Déterminer le moment de l’action élémentaire de l’eau sur la vanne- Déduire le torseur de l’action globale de l’eau en un point de l’axe de rotation.

pas d’influence sur la dynamique de fonctionnement - Expression du torseur (expression de la résultante fournie)

Version2

SUJE

T ZE

ROPARTIE 3Objectif de cette partie :

-modéliser et simuler les chaînes d'énergie et d'information liées à la tâche « manœuvrer une vanne » pour valider les choix des concepteurs et prévoir son comportement dans les différentes situations du cahier des charges ;- vérifier la capacité opérationnelle du barrage en cas de coupure du réseau

QuestionnementVérification de la capacité de l’alimentation de secours en cas de rupture du réseau- Calcul et analyse de puissances électriques, - analyse et conclusion en cas de rupture du réseau, comparaison au cdcf.

Version2

ECART R-A

Domaine du client

SYSTÈMEATTENDU

Domaine du laboratoire

SYSTÈMERÉEL

Valider les performances

SUJE

T ZE

ROPARTIE 4

Objectif de cette partie : - analyser des écarts entre les niveaux des critères mesurant la performance du barrage.

QuestionnementAnalyse d’un modèle dynamique multiphysique- Compléter les flux dans les chaînes d’énergie et d’information- Analyse du modèle multiphysique (analogie entre les domaines)

Version1-2

SUJE

T ZE

ROPARTIE 4

Objectif de cette partie : - analyser des écarts entre les niveaux des critères mesurant la performance du barrage.

QuestionnementAnalyse des écarts lors d’une journée d’exploitation

Version1-2

ECART R-A

Domaine du client

SYSTÈMEATTENDU

Domaine du laboratoire

SYSTÈMERÉEL

Valider les performances

SUJE

T ZE

ROPARTIE 4Objectif de cette partie :

- analyser des écarts entre les niveaux des critères mesurant la performance du barrage.

QuestionnementConstruire un modèle dynamique multiphysique- Analyse des écarts lors d’une journée d’exploitation

Version1-2

SUJE

T ZE

ROPARTIE 5

Objectif de cette partie : - proposer une synthèse du travail réalisé.

Questionnement- Estimation de l’efficacité du barrage (deux images de la topographie du

lieu)- Validation des choix des concepteurs du projet par rapport à la

problématique du sujet.

Version1-2

20092011

SUJE

T ZE

ROGRILLE D’EVALUATION

A - Analyser  

A1 - Analyser le besoin Définir le besoin, définir les fonctions de service, identifier les contraintes, traduire un besoin fonctionnel en problématique technique

La fonction globale est clairement précisée Q21        Les fonctions de service sont définies sans omission          Les contraintes principales sont identifiées Q1 Q2      Les contraintes sont ordonnées          La problématique technique est énoncée sans ambiguïté Q21        

A2 - Analyser le système

Identifier et ordonner les fonctions techniques qui réalisent les fonctions de services et respectent les contraintes, identifier les éléments transformés et les flux, décrire les liaisons entre les blocs fonctionnels

Les fonctions techniques sont identifiées sans omission et correctement ordonnancées Q3        

Les flux et éléments transformés sont précisés Q3 Q14      

La frontière de l'étude est définie          Les blocs fonctionnels sont identifiés          Les liaisons entre les blocs fonctionnels sont décrites en conformité avec la nature des échanges Q5 Q14      

Identifier l’organisation structurelle, identifier les matériaux des constituants et leurs propriétés en relation avec les fonctions et les contraintes

L'organisation structurelle est définie          Les familles de matériaux sont identifiées          Les propriétés essentielles des matériaux constitutifs du système sont identifiées          

Les choix des matériaux constitutifs du système sont validés en regard de leur utilisation          

A3 - Caractériser des écartsComparer les résultats expérimentaux avec les critères du cahier des charges et interpréter les écarts, comparer les résultats expérimentaux avec les résultats simulés et interpréter les écarts, comparer les résultats simulés avec les critères du cahier des charges et interpréter les écarts

Le modèle de simulation est conçu ou complété et validé de manière pertinente Q20 Q11      

Les critères essentiels du cahier des charges pouvant caractériser les écarts sont extraits          

Les écarts sont quantifiés et expliqués en regard des données disponibles Q4 Q12 Q17 Q19 Q20

B - Modéliser          

B1 - Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un

modèle

Définir, justifier la frontière de tout ou partie d’un système et répertorier les interactions et choisir les grandeurs et les paramètres influents en vue de les modéliser

La frontière de l'étude est définie et justifiée          Les flux sont précisés (nature, grandeurs) Q4        Un bilan énergétique du système est réalisé Q13        

Les interactions sont correctement qualifiées Q6 Q10      

Les principaux facteurs influents sur le comportement du système sont identifiés précisément Q4 Q15 Q16 Q19  

B2 - Proposer ou justifier un modèle

Associer un modèle à un système ou à son comportement, préciser et justifier les limites de validité du modèle envisagé

Le modèle proposé est justifié Q12 Q16      

Les paramètres sont choisis judicieusement Q18        Les hypothèses simplificatrices sont précisées et justifiées Q20 Q11      

B3 - Résoudre et simuler Choisir et mettre en œuvre une méthode de résolution

La méthode de résolution choisie est pertinente en regard du problème posé          

La méthode de résolution est mise en œuvre sans erreur Q7 Q8 Q9 Q12  

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T ZE

ROCONCLUSION

SUR LES 2 VERSIONS

- Bon niveau de réflexion- Rupture dans l’approche par rapport aux sujets

précédents- Mener une réflexion, tirer des conclusions de résultats- Répondre à des problématiques techniques- Evaluation de la stratégie de résolution du candidat- Méthodes de calcul connues et appliquées- Pour élèves : entrainement pour développer une

méthodologie de travail

MODÈLE REPÈRE