Baccalauréat scientifique sciences de l’ingénieur SUJET ZERO Baccalauréat scientifique Épreuve écrite de sciences de l’ingénieur Sujet zéro

Baccalauréat scientifique SUJET ZERO Baccalauréat scientifique support pluritechnique authentique problématique générale problématiques techniques outils scientifiques et technologiques chaque partie conclusion valide la démarche les objectifs sont annoncés la dernière partie : synthèse

Baccalauréat scientifique SUJET ZERO Baccalauréat scientifique Les candidats modéliser, analyser calculer argumenter conclure Ecart R-A Domaine du client Système Attendu Ecart S-A Ecart R-S Domaine de la simulation Système Simulé Domaine du laboratoire Système Réel Valider les performances Créer et vérifier le modèle Prédire le comportement Les auteurs Indicateurs de performance Compétences à évaluer

Présentation du support SUJET ZERO Présentation du support Sujets & « bonnes copies » 1 sujet 2 versions patrimoine mondial de l’Unesco Figure 1 : vue d’un Mont-Saint-Michel au caractère maritime rétabli

Présentation du support SUJET ZERO Présentation du support Contexte Ce 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. Pourquoi? Rétablissement du caractère maritime du Mont-Saint-Michel Une opération d’aménagement touristique durable vue du Mont-Saint-Michel au caractère maritime rétabli

Présentation du support SUJET ZERO Présentation du support Solutions envisagées Supprimer les parkings au pied du mont Construction d’un barrage sur le fleuve Création d’une passerelle L’étude proposée ici permet de vérifier que le barrage, opérationnel depuis 2009, répond à l’objectif général de son cahier des charges: permet de couvrir les champs MEI exploiter des ressources dans le domaine de la mécanique, du génie civil, du génie électrique, hydraulique : modélisation multi physiques des chaines d’énergies et d’informations liées au fonctionnement des vannes secteurs du barrage 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 Fonctionnement du barrage SUJET ZERO Présentation du support Fonctionnement du barrage 1 couvre moins de domaines.

Présentation du sujet SUJET ZERO – 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 3 : modélisation du comportement dynamique du barrage. la version 2 couvre plus largement le programme.uvre moins de domaines.

Partie 1 SUJET ZERO Questionnement Commentaire Version1-2 Partie 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). Calculs simples Commentaire Faire réfléchir les candidats sur les deux solutions envisagées, les amener à voir la pertinence de chaque solution choisie.

Partie 2 SUJET ZERO Questionnement Commentaire Version1-2 Objectif : - analyser la solution retenue pour créer et réguler un flux d'eau capable de repousser les sédiments au-delà du Mont-Saint-Michel. Questionnement Fonctionnement séquentiel du barrage (5 phases détaillées, indiquer sur chaque étape la phase correspondante) GRAFCET fourni Calcul de débit de chasse Ecart R-A Domaine du client Système Attendu Domaine du laboratoire Système Réel Valider les performances Commentaire Comprendre comment le phénomène de chasse est réalisé. Comprendre le séquencement du fonctionnement d’une vanne (interaction chaîne d’information et chaîne d’énergie).

Partie 2 SUJET ZERO Questionnement Objectif : Version1 Objectif : - 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.

Partie 2 SUJET ZERO Questionnement Objectif : Version1 Objectif : - analyser la solution retenue pour créer et réguler un flux d'eau capable de repousser les sédiments au-delà du Mont-Saint-Michel. Questionnement Détection et codage de la position des vannes Le 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

Partie 3 SUJET ZERO Objectif de cette partie : Version1 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.

Partie 3 SUJET ZERO 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 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) Commentaire Vérifier que la précharge est suffisante pour maintenir l’appui plan. Vérifier que la pression de contact est inférieure à la pression admissible du béton.

Partie 3 SUJET ZERO Questionnement Commentaire Version2 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) Commentaire Lecture et analyse du document technique, comprendre le fonctionnement du système.

Partie 3 SUJET ZERO Questionnement 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 Version2 Questionnement Etude 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)

Partie 3 SUJET ZERO Questionnement Objectif de cette partie : Version2 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 Vérification 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. Ecart R-A Domaine du client Système Attendu Domaine du laboratoire Système Réel Valider les performances

Partie 4 SUJET ZERO Questionnement Objectif de cette partie : Version1-2 Objectif de cette partie : - analyser des écarts entre les niveaux des critères mesurant la performance du barrage. Questionnement Analyse d’un modèle dynamique multiphysique Compléter les flux dans les chaînes d’énergie et d’information Analyse du modèle multiphysique (analogie entre les domaines)

Partie 4 SUJET ZERO Questionnement Objectif de cette partie : Version1-2 Objectif de cette partie : - analyser des écarts entre les niveaux des critères mesurant la performance du barrage. Questionnement Analyse des écarts lors d’une journée d’exploitation Ecart R-A Domaine du client Système Attendu Domaine du laboratoire Système Réel Valider les performances

Partie 4 SUJET ZERO Questionnement Objectif de cette partie : Version1-2 Objectif de cette partie : - analyser des écarts entre les niveaux des critères mesurant la performance du barrage. Questionnement Construire un modèle dynamique multiphysique Analyse des écarts lors d’une journée d’exploitation Consigne=évolution souhaitée de la hauteur de la vanne. réel atteint la valeur finale de la consigne (erreur nulle). la hauteur finale à chaque palier atteinte par le modèle, conserve une erreur Le modèle n’est pas suffisamment précis. réglage de l’écart : correcteur P Le modèle atteint plus rapidement sa valeur finale que le réel. possible de régler la réponse du modèle. En fonction de l’objectif souhaité du modèle: peut convenir, ou revoir le bloc de correction

Partie 5 SUJET ZERO Questionnement Version1-2 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. Estimation : partie entière des démarches de l’ingénieur. Situation complexe : c’est la méthode qui compte Question difficile pour un élève de terminale 2011 2009

GRILLE D’EVALUATION SUJET ZERO B - Modéliser A1 - Analyser le besoin   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 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 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 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 écarts Comparer 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 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) 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 Q15 Q16 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 Les paramètres sont choisis judicieusement Q18 Les hypothèses simplificatrices sont précisées et justifiées 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

Conclusion sur les 2 versions SUJET ZERO Conclusion 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 Assez long et difficile globalement Niveau scientifique élevé MODÈLE REPÈRE