Options : sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique, sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie électrique, sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie des constructions.

ANALYSE ET EXPLOITATION PÉDAGOGIQUE D'UN SYSTÈME PLURITECHNOLOGIQUE

Durée : 5 heures

Calculatrice autorisée selon les modalités de la circulaire du 17 juin 2021 publiée au BOEN du 29 juillet 2021.
L'usage de tout ouvrage de référence, de tout dictionnaire et de tout autre matériel électronique est rigoureusement interdit.

Il appartient au candidat de vérifier qu'il a reçu un sujet complet et correspondant à l'épreuve à laquelle il se présente.

Si vous repérez ce qui vous semble être une erreur d'énoncé, vous devez le signaler très lisiblement sur votre copie, en proposer la correction et poursuivre l'épreuve en conséquence. De même, si cela vous conduit à formuler une ou plusieurs hypothèses, vous devez la (ou les) mentionner explicitement.

NB : Conformément au principe d'anonymat, votre copie ne doit comporter aucun signe distinctif, tel que nom, signature, origine, etc. Si le travail qui vous est demandé consiste notamment en la rédaction d'un projet ou d'une note, vous devrez impérativement vous abstenir de la signer ou de l'identifier.
Le fait de rendre une copie blanche est éliminatoire.

INFORMATION AUX CANDIDATS

Vous trouverez ci-après les codes nécessaires vous permettant de compléter les rubriques figurant en en-tête de votre copie.

Ces codes doivent être reportés sur chacune des copies que vous remettrez.

Concours interne de l'Agrégation de l'enseignement public :

Option : sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique

Concours	Section/option	Epreuve	Matière
E\|A\|I

Option : Sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie électrique

Concours

Section/option

Epreuve

Matière

E|A|I

|A

1|0/1

7|8|0|9

Option : Sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie des constructions

Concours	Section/option	Epreuve	Matière
E\|A\|I

Concours interne de l'Agrégation de l'enseignement Privé :

Option : sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique

Concours	Section/option	Epreuve	Matière
E\|A\|H

Option : Sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie électrique

Concours

Section/option

Epreuve

Matière

E|A|H

|A

1|0/1

7|8|0|9

Option : Sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie des constructions

Concours	Section/option	Epreuve	Matière
E\|A\|H

COMPOSITION DU SUJET

SUJET : Réseaux de chaleur urbains (RCU)
Partie 1 : (Durée conseillée 2 heures)
Analyse énergétique, financière et environnementale des réseaux de chaleur existants et de leur interconnexion.

Partie 2 : (Durée conseillée 1 heure 30)
Vérification du dimensionnement de la distribution de l'énergie thermique de la chaufferie ECLA au regard de l'extension.

Partie 3 : (Durée conseillée 1 heure 30)
Recherche de solutions pour améliorer la disponibilité de la production de chaleur à partir de biomasse.

DOCUMENTS :

DOSSIER TECHNIQUE (DT 1 à 21) - Documents relatifs au support de l'étude DOSSIER RÉPONSES (DR 1 à 5) - Documents à compléter et à rendre par le candidat

Le sujet comporte trois parties indépendantes qui peuvent être traitées dans un ordre quelconque.
Toutes les réponses devront être détaillées sur copie et les résultats encadrés ou soulignés. Il sera nécessaire de préciser les unités des résultats numériques. Il sera tenu compte de la qualité de la rédaction et de la lisibilité de la copie.

Tous les documents réponses, remplis ou non, sont à rendre avec les copies.

Schéma de transition énergétique et écologique de Clermont Auvergne Métropole

Clermont Auvergne Métropole a adopté le 30 mars 2018 un schéma de transition énergétique et écologique qui constitue une feuille de route pour la préservation des ressources naturelles et la lutte contre le changement climatique.

Dans ce contexte, le bois-énergie constitue une ressource renouvelable et locale (taux de boisement de la région Auvergne : 28,6%). Afin de limiter la pollution atmosphérique, des chaufferies biomasse couplées à des réseaux de chaleur ont été retenues.

Réseaux de chaleur urbains (RCU) de Clermont Auvergne Métropole

Un réseau de chaleur urbain (figure 1) est un chauffage central à l'échelle d'un territoire, qui comprend :

-une ou plusieurs unités de production de chaleur ;
-un réseau de distribution primaire sous-terrain dans lequel la chaleur est transportée par un fluide caloporteur ;
-un ensemble de sous-stations d'échange, à partir desquelles les bâtiments sont desservis par un réseau de distribution secondaire en eau chaude basse température.

Figure 1 : Schéma de principe d'un réseau de chaleur

En 2021, il existait deux réseaux de chaleur clermontois :

-le réseau ECLA (figure 2) ;
-le réseau CLERVIA.

Figure 2 : Vue du réseau ECLA (source ECLA)

Ces deux réseaux profitent à 8000 « équivalents-logements » avec une production d'environ 80 GWh. L'équivalent-logement est une unité de quantité d'énergie qui caractérise la consommation moyenne d'un logement.

Fin 2022 :

-les réseaux ECLA et CLERVIA sont étendus de 15 km et interconnectés afin de raccorder 12000 « équivalents logements » ;
-deux sites industriels sont connectés aux réseaux ECLA et CLERVIA.

Des actions sont menées sur les deux réseaux de chaleur pour respecter les exigences synthétisées dans le document [DT1].

La figure ci-dessous (figure 3) synthétise les évolutions sur les réseaux ECLA et CLERVIA.

	2019	Avril 2022	Fin 2022
Création du réseau de chaleur ECLA et de la chaufferie bois du réseau CLERVIA	Adoption du schéma directeur des réseaux de chaleur clermontois	Connexion des réseaux ECLA et CLERVIA	Connexion des deux sites industriels au réseau de chaleur ECLA

Figure 3 : Historique de l'évolution des réseaux de chaleur ECLA et CLERVIA (source Clermont Auvergne Métropole)

La chaufferie du réseau de chaleur ECLA

En 2010, une société a été retenue pour créer et exploiter durant vingt-cinq ans le réseau de chaleur bois ECLA qui assure le chauffage des quartiers Croix-de-Neyrat (figure 4 et figure 5), de Champratel et des Vergnes. Le réseau a été mis en service en octobre 2013.

Figure 4 : La chaufferie ECLA du quartier de la Croix-de-Neyrat (Source Google Maps Sat)

Le document [DT2] présente les caractéristiques du réseau ECLA en 2019.

Figure 5 : Vue 3D de la chaufferie ECLA (Source ECLA)

La chaufferie du réseau de chaleur CLERVIA

La chaufferie de la Gauthière (figure 6) est exploitée en délégation de service.

Figure 6 : Chaufferie CLERVIA du quartier de la Gauthière (Source Google Maps)

Le document [DT3] présente les caractéristiques du réseau CLERVIA en 2019.
Objectifs de production pour les réseaux ECLA et CLERVIA
L'objectif de production pour ECLA était de 82% d'énergie renouvelable. En 2019, ECLA fournissait 94,4% de son énergie à partir de la biomasse.

À partir de 2023, Clermont Auvergne Métropole ajoute deux objectifs :

-l'interconnexion du réseau ECLA à celui de CLERVIA pour transférer de la chaleur d'origine renouvelable d'ECLA vers CLERVIA ;
-la connexion de deux sites industriels au réseau ECLA durant la période estivale.

Après l'agrandissement et l'interconnexion des réseaux, le taux d'énergie renouvelable devra être à minima de 75 % pour ECLA et de 76,2 % pour CLERVIA.

L'étude proposée, articulée en trois parties indépendantes, permet de valider tout ou partie des exigences synthétisées sur le document [DT1] pour atteindre les objectifs annoncés.

Partie 1 : analyse énergétique, financière et environnementale des réseaux de chaleur existants et de leur interconnexion.
Partie 2 : vérification du dimensionnement de la distribution de l'énergie thermique de la chaufferie ECLA au regard de l'extension.
Partie 3 : recherche de solutions pour améliorer la disponibilité de la production de chaleur à partir de biomasse.

Partie 1. Analyse énergétique, financière et environnementale des réseaux de chaleur existants et de leur interconnexion

Objectif : Clermont Auvergne Métropole souhaite étendre et interconnecter ses deux réseaux de chaleur afin de transférer la chaleur d'origine renouvelable du réseau ECLA vers celui de CLERVIA. Dans cette partie, il s'agit de vérifier si la production de chaleur du réseau ECLA est suffisante pour assurer les exigences d'une extension et d'une interconnexion mais aussi les rentabilités financières et l'impact environnemental (rejet des gaz à effet de serre).

1.1 Analyse financière

Le réseau de chaleur et les chaufferies associées ont été contractualisés pour une durée de 25 ans. En première approximation, l'installation d'une chaufferie gaz revient à 200000 € par MW installé alors qu'une chaufferie biomasse revient à 1000000 € par MW installé.

Coût de revient et prix de vente moyen de l'Énergie calorifique sur la durée du contrat ECLA hors variation de prix des énergies
Cout de revient, production de chaleur au gaz	$€ 0, 045€ \cdot kW^(- 1) \cdot h^(- 1)$
Cout de revient, production de chaleur « biomasse »	$€ 0, 03€ \cdot kW^(- 1) \cdot h^(- 1)$
Prix de vente moyen de la chaleur avant injection sur le réseau urbain	$€ 0, 05€ \cdot kW^(- 1) \cdot h^(- 1)$

Remarque : les prix indiqués ont été déterminés lors de l'étude du raccordement soit en 2019.

Question 1 : Pour une puissance installée de 12 MW et une production annuelle de

38, 5 \cdot 10^9 W \cdot h

, calculer le temps d'amortissement nécessaire pour chacune des installations sans considérer de variation de prix et à production constante (hors frais d'emprunt et inflation). Déterminer le temps nécessaire pour que la chaufferie biomasse soit plus rentable qu'une chaufferie gaz. Justifier la durée du contrat qui a été négocié par rapport à la durabilité des équipements et la rentabilité. Justifier le choix de Clermont Auvergne Métropole de réseaux de chaleur urbains alimentés par de la chaleur issue de la biomasse.

1.2 Analyse de la production de chaleur du réseau ECLA

Les chaudières biomasses COMPTE-R des réseaux sont prévues pour fonctionner avec une régulation modulée de la charge de 25 à 100% de la charge nominale dans le respect des valeurs d'émissions (particules, Nox, CO, ...). En fonction du besoin, certaines d'entre elles peuvent être arrêtées, mais leur redémarrage prend plusieurs heures contrairement aux chaudières gaz qui peuvent démarrer instantanément.

Question 2 : À partir de la présentation du support d'étude, proposer un diagramme de contexte et un diagramme structurel du système.
Question 3 : À partir des données précédentes et des documents [DT2] et [DT3], compléter le tableau de synthèse [DR1]. La puissance calorifique fournie aux abonnés du réseau ECLA a oscillé le 12 juillet 2019 entre 554 kW et 1815 kW, pour le réseau CLERVIA, elle a oscillé entre 469 kW et 1685 kW. Au regard du document [DR1], conclure sur la possibilité d'exploiter les chaudières biomasse en été pour chacun des réseaux puis les réseaux interconnectés.

1.3 Respect du pourcentage d'énergie renouvelable.

La demande de chaleur du 16 janvier 2019 correspond au pic annuel de demande. Il convient d'analyser ce jour critique dans le cadre de l'extension du réseau à de nouveaux clients. L'augmentation de la taille du réseau génère une augmentation de la puissance souscrite par les abonnés de 52%. Dans une première approche, on considère que le profil des consommations est inchangé et que l'augmentation de la taille du réseau évite les arrêts des chaudières alimentées par biomasse en période estivale.

Question 4 : En comparant les deux courbes du document [DR2], justifier le décalage entre la courbe de puissance thermique demandée et la courbe de puissance thermique injectée. Citer au moins trois éléments qui expliquent les fortes fluctuations de la demande. Compléter le tableau du document [DR2] en indiquant les générateurs qui doivent être mis en marche en fonction de la période de la journée. Préciser si les puissances des générateurs sur le site d'ECLA sont suffisantes pour permettre la connexion de nouveaux clients et quelles en seront les conséquences en termes de production de chaleur bas-carbone.

1.4 Analyse de l'interconnexion des réseaux

La société CLERVIA a choisi d'éteindre sa chaudière biomasse sur la saison estivale (du

1^(er)

juin au 30 septembre), la société ECLA souhaite maximiser l'usage de ces générateurs de chaleur à partir de biomasse.

L'extension des deux réseaux ECLA et CLERVIA les rapproche d'une distance de 824 m, cela pourrait permettre de les connecter et de transférer la chaleur d'origine renouvelable du réseau ECLA vers le réseau CLERVIA.

Fourniture de chaleur aux réseaux

L'interconnexion des deux réseaux doit permettre de substituer une énergie fossile comme le gaz par une énergie renouvelable comme la biomasse. Dans une première approche, on estime que cette substitution permettrait de ne pas produire 3830 tonnes de

CO_2

par an à partir de gaz fossile.

L'interconnexion des réseaux ECLA et CLERVIA doit être réalisée avec des produits « Wannipipe » (figure 7).

Figure 7 : Extrait de la brochure commerciale du tube WANNIPIPE

Pour ce type de tuyauterie, il est possible de déterminer théoriquement le flux de chaleur perdu à partir de la formule simplifiée suivante :

La perte de chaleur dans la tuyauterie est estimée par le fabriquant à

18, 84 W \cdot m^(- 1)

en régime permanent, pour un fluide à

85^\circC

et une vitesse de circulation de

1 m \cdot s^(- 1)

(coefficient de convection estimé dans ce cas :

34 W \cdot m^(- 2) \cdot K^(- 1)

L'interconnexion va conduire à la réalisation de travaux d'aménagement importants définis en trois phases :

-phase 1 : réalisation des tranchées ;
-phase 2 : dépôt des tuyauteries calorifugées (une pour l'aller et une pour le retour) pour des portions données (sur une longueur totale de 824 m) ;
-phase 3 : remise en état du site (chaussée, bordure...).

Question 5 : On considère que la perte de chaleur dans les tuyauteries peut être considérée comme constante sur l'année et en première approximation estimée à

18, 84 W \cdot m^(- 1)

, justifier cette proposition en analysant les variations de chaque paramètre. Déterminer les pertes de chaleur maximales pour une année. En considérant que la chaleur fournie au réseau de chaleur génère

17 \cdot 10^(- 6) kgCO_2 \cdot W^(- 1) \cdot h^(- 1)

, estimer la production de

CO_2

annuelle en kg générée par les pertes de chaleur dans la tuyauterie de l'interconnexion.

Bilan carbone dans le domaine des travaux publics

Outre la fourniture des tubes, il sera nécessaire de renouveler les matériaux de comblement, et les matériaux de voirie (Béton bitumineux, Grave non traité, Sablon...).
L'ensemble de ces différents travaux va générer des gaz à effet de Serre qui sont regroupés dans le domaine des travaux publics en trois catégories :

Catégorie d'émissions		Poste d'émission	Part dans le BEGES	Remarques
Scopes 1 et 2	Energie	Combustibles, Vapeur, Chaud, Froid et Electricite.	10-80%	Poste particulièrement important pour les installations industrielles (usines de liant, postes d'enrobage, ...).
	Energie	Carburant des véhicules et des engins.	10-50%	Poste important pour le métier de Terrassement (engins) ou pour les métiers disposant de flottes de véhicules importantes (ex : services énergétiques).
	Hors Energie	Fuite de gaz de climatisation.	<5%	Poste minoritaire mais important dans le cadre de la réglementation européenne $^(11)$ .
Scope 3	Matériaux et services	Matériaux et services.	30-60%	Poste principal pour la majorité des métiers.
	Fret	Fret amont chantier.	10-20%
	Fret	Fret sortant chantier.	10-20%
	Déplacements	Déplacements domicile-travail.	<5%
	Déplacements	Déplacements professionnels.	<5%
	Amortissements	Amortissements.	5-10%
	Déchets	Déchets.	<5%

Remarque : BEGES signifie Bilan d'Émissions de Gaz à Effet de serre, le

CO_2

est un gaz à effet de serre parmi d'autres.

Question 6 : À partir du document [DT7], justifier en quoi l'amortissement du matériel de chantier contribue au bilan des émissions de gaz à effet de serre et plus particulièrement du

CO_2

Bilan carbone des consommations des engins de chantier
Pour réaliser le terrassement, on envisage de constituer une équipe de trois ouvriers, une pelle mécanique pour le terrassement et un camion pour l'évacuation.

La phase de préparation de chantier a conduit aux conditions de réalisation suivantes :

-sciage du sol avant toute intervention de la pelle mécanique ;
-pelle mécanique à pneus MECALAC 9 MWR ;
-volume du godet avec refus : $0, 640 m^3$ (volume maximal du godet avec des terres décompactées) ;

-un chauffeur expérimenté est prévu sur le chantier ;
-matériaux terrassés fins et compacts ;
-foisonnement estimé (décompactage des terres excavées en volume) : 125% ;
-production Gaz effet de serre Gasoil : $2, 67 kg[CO_2] \cdot l^(- 1)[GNR :$ gasoil non routier] ;
-consommation horaire de gasoil (GNR) de la pelle mécanique : $12, 5I \cdot h^(- 1)[GNR :$ gasoil non routier].

Question 7 : À partir des documents [DT4] et [DT5], déterminer le volume des terrassements puis la durée de fonctionnement nécessaire de la pelle pour réaliser ces travaux. Déterminer la consommation de combustible fossile (GNR) et la production de dioxyde de carbone lié à cette phase (Scope 1).

Bilan carbone d'un des matériaux nécessaires à la réalisation du chantier

Un des postes les plus importants de production de

CO_2

va être la remise en état des voiries à l'aide d'enrobé à chaud (Scope 1 et 3). Ces émissions ont été quantifiées dans la fiche FDES du produit (Fiche de Données Environnementales et Sanitaires) fournie dans le document [DT6].

Question 8 : À partir du document [DT6], déterminer la quantité de dioxyde de carbone générée par la construction d'un mètre carré de route puis pour la totalité du projet (l'unité fonctionnelle retenue (UF) dans le bilan carbone est le mètre carré de route réalisée) (Scope 1 et 3). La fiche FDES propose d'autres indicateurs environnementaux, indiquer les autres impacts à surveiller. La durée de vie proposée pour une route est de 100 ans, critiquer cette proposition et les conséquences sur les indicateurs proposés.

Bilan carbone des moyens mis à disposition par l'entreprise

Des moyens de l'entreprise sont mis à disposition pour la durée du chantier, il s'agit de la base vie (cabane de chantier, conteneur), de moyens de transport de chantier, de matériel, mais aussi des infrastructures. Pour être construits et entretenus, ces équipements ont nécessité et nécessitent toujours des ressources qui peuvent générer du

CO_2

(Scope 3).

Les rejets de

CO_2

de ces équipements ont été quantifiés dans l'entreprise et représentent

12642 kg[CO_2] \cdot an^(- 1)

par équipe type (équipe standard pour ce type de chantier : un chef de chantier, deux ouvriers polyvalents, un chauffeur de pelle mécanique, un conducteur de camion, l'équipe est disponible 204 jours par an).

Dans la phase de préparation de chantier, un premier tronçon « test» de 52 m a été étudié. Le tableau suivant présente toutes les étapes qui ont été envisagées.

CODE

DÉSIGNATION DES OUVRAGES

Pré-décesseur

U.M.

T. U.

Moyens « humains »

Moyens « matériels »

Préparation du chantier (sécurisation, dépose des éléments d'aménagement)

3, 96 \cdot 10^(- 5)U \cdot s^(- 1)

pour une tâche (soit 7 h pour réaliser la tâche)

Chauffeur Pelle

Ouvrier 1

Chauffeur camion

Pelle mécanique

Camion (15t)

Découpage de la voirie (épaisseur estimée : 8 cm)

1, 39 \cdot 10^(- 3)m \cdot s^(- 1)

pour un ouvrier

Ouvrier 1

Scie à sol

Décroutage de la voirie, chargement des croutes (épaisseur estimée : 8 cm)

m^2

2, 99 \cdot 10^(- 2)m^2 \cdot s^(- 1)

pour une pelle mécanique

Chauffeur Pelle

Ouvrier 2

Chauffeur camion

Pelle mécanique

Camion (15t)

Terrassement et recherche des canalisations enfouies

B, C

m^3

2, 57 \cdot 10^(- 2)m^3 \cdot s^(- 1)

pour une pelle mécanique

Chauffeur Pelle

Ouvrier 1

Chauffeur camion

Pelle mécanique

Camion (15t)

Recherche des canalisations existantes, sondage manuel

B, C

1, 39 \cdot 10^(- 3)m \cdot s^(- 1)

pour un ouvrier

Ouvrier 2

Pose des canalisations enterrées y compris soudure TIG

D, E

2, 77 \cdot 10^(- 4)m \cdot s^(- 1)

Prestation entreprise extérieure, l'équipe de travaux publics n'est pas présente sur le site

Comblement des tranchées, y compris compactage

m^3

7, 77 \cdot 10^(- 3)m^3 \cdot s^(- 1)

pour une pelle mécanique

Chauffeur Pelle

Ouvrier 1

Ouvrier 2

Chauffeur camion

Pelle mécanique

Camion (15t)

Réfection de voirie

m^2

1, 05 \cdot 10^(- 2)m^2 \cdot s^(- 1)

pour un atelier d'enrobé (contexte urbain, tranchée)

Présence de l'équipe complète

Équipe dédiée de l'entreprise en renfort

Atelier d'enrobé (mini-finisseur, camion équipé)

Semi-remorque bâchée pour livraison

Question 9 : Déterminer le temps nécessaire pour chacune des étapes du chantier, compléter sur le document réponse [DR3] le diagramme des potentiels correspondant à la portion de 52 m. Réaliser sur copie le diagramme de Gantt correspondant. En déduire la durée approximative du chantier totale puis la production de

CO_2

générée par les installations nécessaires au travail des ouvriers et les installations administratives (durée de travail quotidienne : 7 h).

Rentabilité Carbone de l'extension

Un premier bilan carbone du chantier a donné les résultats suivants :

POSTE	Production de $CO_2$ [kg $CO_2$ / UF]
Terrassement (y compris découpe et évacuation)	3541
Fret chantier	2616
Remplissage (fourniture de matériaux)	2452
Remise en état des aménagements urbains (bordure, réseaux...)	354
Remise en état des voiries (matériaux, livraison et pose)	59410
Amortissement des équipements, transport des ouvriers, administration centrale	3264
TOTAL	71637

Remarque : ici l'unité fonctionnelle (UF) est le mètre carré de route.

Question 10 : Déterminer le temps de retour sur investissement de l'extension en termes de

CO_2

. Conclure sur la rentabilité « carbone » d'une telle opération, lister au moins trois autres critères de préservation de l'environnement qui doivent être pris en compte lors d'une telle opération.

1.5 Synthèse de la partie 1 - Démarche développement durable

Question 11 : À partir de l'ensemble des questions de la partie 1, identifier les critères qui mettent en évidence le fait que ce projet suit une démarche de développement durable.

1.6 Projet de terminale STI2D

Le système étudié dans ce sujet est adapté pour une exploitation dans le cadre du projet de fin de première. Le système répond à une problématique sociétale et couvre les champs Matière, Énergie et Information.

Question 12 : Afin de définir un projet pour un groupe de trois élèves dans le cadre de l'enseignement «Ingénierie, innovation et développement durable » (2I2D), proposer sur feuille de copie : la thématique du projet, une formulation du besoin initial, la finalité du produit en lien avec la thématique et le problème technique à résoudre.

Partie 2. Vérification du dimensionnement de la distribution de l'énergie thermique de la chaufferie ECLA au regard de l'extension

Objectif : La chaleur produite par la chaufferie ECLA est transportée par un fluide caloporteur (eau chaude) qui circule dans un réseau de canalisations comprenant un réseau primaire de production et des réseaux secondaires de distribution. Dans cette partie, il s'agit de vérifier le dimensionnement des pompes du « réseau primaire » ainsi qu'une stratégie de pilotage du groupe surpresseur.

Dans le cas d'un réseau de chauffage urbain, le bilan énergétique ne se résume pas au seul bilan d'énergie thermique (quantités de chaleur produites et distribuées ou perdues). Il peut aussi intégrer les consommations d'électricité des pompes et auxiliaires, indispensables au fonctionnement du réseau.

Le groupe de surpression du réseau de chaleur est équipé de quatre pompes verticales KSB Multitec (figure 8) pour le transport de l'eau sous pression. Ces pompes sont équipées de moteurs asynchrones Siemens de 110 kW pilotés par variateur Danfoss VLT AQUA Drive FC 202.

Le schéma ci-dessous (figure 9) détaille l'association des pompes réseau ECLA.

Figure 8 : Pompes réseau ECLA

Figure 9 : Schéma des pompes réseau ECLA

2.1 Gestion des pompes du réseau ECLA

Le schéma des pompes réseau ECLA (figure 9) précise que les pompes sont dimensionnées pour une puissance thermique de 24000 kW pour une variation de température, notée

ΔT

30^\circC

Le fluide utilisé dans le réseau de chaleur est de l'eau chaude dont les températures varient entre 95°C en départ de chaufferie (Tdep) et 65°C en retour de chaufferie (Tret). La variation de température

ΔT

est donc de 30°C.

Soit :

-P = Puissance thermique en [kW]
- $Q_(meau) =$ Débit massique de l'eau $[kg \cdot s^(- 1)]$
- $Q_(veau) =$ Débit volumique de l'eau $[m^3 \cdot s^(- 1)]$
- $ρ_(veau) =$ Masse volumique de l'eau $[kg \cdot m^(- 3)]$
- $C_(peau) =$ Chaleur massique de l'eau $[kJ \cdot kg^(- 1) \cdot K^(- 1)]$
- $ΔT =$ Différence de température entre départ eau chaude et retour eau froide [°C] ou [K]

Les caractéristiques de l'eau chaude sont prises à la température moyenne

T = 80^\circC

, et sont les suivantes :

	$ρ_(veau)[kg \cdot m^(- 3)]$	$C_(peau)[kJ \cdot kg^(- 1) \cdot K^(- 1)]$
Eau à 80 °C	971,6	4,195

Une analyse dimensionnelle permet de retrouver la relation entre la puissance thermique et le débit volumique des pompes.

Question 13 : Justifier par calcul que les pompes de réseau sont capables d'assurer le débit nécessaire pour transférer une puissance thermique de 24000 kW sous une différence de température

ΔT

de 30°C.

Les quatre pompes montées en parallèle pilotées par variateurs vont constituer un groupe de surpression permettant de distribuer l'eau chaude à un débit et à une pression adaptés (figure 9 et figure10).

La hauteur manométrique totale (HMT) d'une pompe représente la différence de pression du liquide la franchissant, exprimée en mètres de colonne du liquide considéré.

Une manière efficace d'exploiter le réseau est d'imposer la hauteur HMT constante et de faire varier le débit des pompes par variateur de fréquence.

Figure 10 : Évolution de la pression sur le réseau de chaleur

La puissance utile Pu d'un moteur électrique de pompe peut se déterminer par la formule suivante :

Pu = (HMT \cdot Q_(veau) \cdot ρ_(veau) \cdot g)/(η_(pompe))

avec

ρ_(veau)[kg \cdot m^(- 3)] = 971, 6

80^\circC; g = 9, 81[ m \cdot s^(- 2)]

η_(pompe)

, le rendement de la pompe.
Question 14 : À partir de la courbe caractéristique d'une pompe ETALINE MULTITEC V100 [DT9] et du rendement de la pompe [DT10], calculer, pour le point de fonctionnement nominal de la pompe, la puissance utile du moteur électrique à associer à la pompe.

Question 15 : À partir des caractéristiques du moteur Siemens associé à la pompe ETALINE-MULTITEC données dans le document [DT10] et pour un réseau électrique en 400 V triphasé, calculer la puissance électrique absorbée, le couple et le rendement du moteur pour le point de fonctionnement nominal à la puissance utile de 110 kW de ce moteur électrique.

2.2 Optimisation énergétique du pilotage des pompes par variation de fréquence

Pour une plage de fonctionnement allant de

80 m^3 \cdot h^(- 1)

180 m^3 \cdot h^(- 1)

, les pompes peuvent être pilotées selon deux stratégies, le mode 1 ou le mode 2 :

-Mode 1 : pilotage du moteur électrique de la pompe en imposant une fréquence fixe d'alimentation à 45 Hz par le variateur de fréquence ;
-Mode 2 : le variateur de fréquence est configuré en régulation de HMT constante. La fréquence d'alimentation du moteur varie ainsi automatiquement entre 40 et 45 Hz pour maintenir la HMT constante en fonction du débit demandé par les consommateurs.

Dans le cadre de cette étude, on considère le rendement du moteur constant à 94% indépendant du débit de la pompe et le rendement du variateur égal à 100%.

Question 16 : En vous basant sur le réseau de caractéristiques de la pompe donnée en [DT9] ainsi que la courbe de rendement de la pompe donnée en [DT10], calculer la puissance électrique absorbée par le moteur pour les pilotages en mode 1 et en mode 2 pour des débits de

80 m^3 \cdot h^(- 1)

180 m^3 \cdot h^(- 1)

. Présenter les résultats sous la forme du tableau proposé ci-dessous. Justifier l'intérêt de la variation de vitesse dans le cadre de la stratégie de réduction de consommation électrique des pompes réseau ECLA.

Format du tableau attendu :

	Débit $80 m^3 \cdot h^(- 1)$	Débit $180 m^3 \cdot h^(- 1)$
Mode 1 : Pilotage du variateur en fréquence f fixe de 45 Hz	$η_(pompe) = \dots$ HMT $= \dotsPu = \dots$ Pelec = …	$η_(pompe) = \dots$ HMT $= \dotsPu = \dots$ Pelec_ = ...
Mode 2 : Pilotage du variateur en en HMT constant et fréquence f variant de 40 Hz à 45 Hz	$η_(pompe) = \dots$ HMT $= 110 mPu = \dots$ Pelec $= \dots$	$η_(pompe) = \dotsHMT = 110 mPu = \dots$ Pelec = ...

2.3 Supervision et communication ModBus-RTU

Les pompes centrifuges du réseau ECLA sont équipées d'un transmetteur de pression intelligent, les KSB PumpMeter (figure 11).

Les informations suivantes sont fournies par le KSB PumpMeter :

-affichage de la pression d'aspiration, de la pression de refoulement, ainsi que la hauteur manométrique ou pression différentielle ;
-indication qualitative du point de fonctionnement actuel de la pompe ;
-profil de charge de la pompe ;
-sortie du débit, de la pression de refoulement ou de la pression différentielle via une sortie analogique 4-20 mA ou via une interface série RS485, Modbus RTU.

Figure 11 : KSB PumpMeter (Source KSB)

À chacune des pompes réseau est associée un module KSB PumpMeter qui transmet les informations via l'interface série RS485 en utilisant le protocole Modbus RTU. Ces informations sont remontées dans un automate WAGO 750-8202 qui va centraliser les données pour assurer la supervision.

Question 17 : En vous basant sur les documents [DT11], [DT12], [DT15] et [DT16], tracer sur le document réponse [DR4] les connexions à réaliser pour assurer la liaison RS485 entre les différents KSB PumpMeter et l'automate Wago ainsi que l'alimentation 24 Vdc .

Avant de programmer la liaison Modbus RTU dans l'automate Wago, on souhaite valider la bonne communication d'un module KSB PumpMaster avec un PC portable. Pour cet essai, on utilise le logiciel qModMaster qui permet de générer des requêtes Modbus-RTU ainsi qu'un adapteur USB-RS485 pour connecter le KSB PumpMeter à un port USB du PC portable.

Question 18 : Sur le document réponse [DR5], indiquer les valeurs à affecter aux paramètres de configuration de la liaison série du logiciel qModMaster pour assurer la communication avec le PumpMeter afin de mesurer le débit (Flow-Rate) de la pompe. Les paramètres Modbus du module PumpMeter sont donnés dans les documents [DT12], [DT13] et [DT14].

Les informations suivantes sont relevées sur le moniteur du logiciel qModMaster (figure 12) :

Bus Monitor

图

Raw Data

[RTU]> Tx > 21:46:26:731 - F7 03 45 06 00 02 25 90
[RTU]>Rx > 21:46:26:845 - F7 03 04 00 0B E6 E0 56 16

Figure 12 : Trames ModBus RTU (Requête - Réponse)
[RTU] > Tx correspond à la trame de requête envoyée par le logiciel qModMaster [RTU] > Rx correspond à la trame de réponse du KSB PumpMeter

Question 19 : En analysant la trame de requête et de réponse (des exemples sont donnés sur le document [DT14]), indiquer le paramètre qui est évalué ainsi que la valeur mesurée.

Les tests réalisés ont permis de valider le fonctionnement de la communication individuelle de chaque module KSB PumpMaster avec le PC portable. Toutefois, la communication n'est plus opérationnelle quand deux ou plus des modules sont connectés.

Question 20 : À l'aide du document [DT12], déterminer les causes de ce dysfonctionnement.

2.4 Exploitation pédagogique

Dans le cadre du projet de terminale STI2D, un groupe de trois élèves (un élève en spécialité AC, un élève en spécialité EE, un élève en spécialité SIN) travaille dans l'objectif de valider l'exigence 1.3.1 : la consommation électrique de l'ensemble du réseau doit être maitrisée [DT1].

Pour répondre à cette exigence, il est nécessaire de :

-maîtriser le rendement instantané des pompes et ainsi déterminer les puissances hydrauliques et électriques ;
-évaluer les consommations électriques face aux énergies calorifiques distribuées et ainsi estimer le rendement mensuel ou annuel du système de pompage.

Question 21 : À l'aide des différents écrans de supervision du site de production listant les points de mesure disponibles et les données du variateur (documents [DT17] et [DT18]), identifier les grandeurs physiques mesurées nécessaires pour déterminer chacune des puissances (thermique, hydraulique, électrique) et des énergies.

Question 22 : Proposer un protocole d'essais afin que les élèves puissent déterminer le rendement instantané d'une pompe à la date du 9 février 2022 à 17h30, le rendement mensuel d'une pompe pour le mois de janvier 2022 ainsi que l'évaluation des énergies caloriques distribuées face aux consommations électriques. Les élèves ont accès aux écrans de supervision de la chaufferie ([DT17] et [DT18]) et dans le cadre de ce protocole d'essai, on considèrera le rendement du moteur constant à 94% indépendant du débit de la pompe et le rendement des variateurs égal à 100%.

Le groupe d'élèves est sur le point de démarrer la phase « tests et validation » (figure 13). Ils ont à leur disposition, le protocole pour réaliser les essais et un modèle à valider.

Figure 13 : Les phases d'un projet 2I2D

Question 23 : En complétant le tableau du document réponse [DR6], proposer, les tâches des élèves permettant de développer les compétences CO7.1 et CO7.2 et de valider l'exigence 1.3.1.

Question 24 :Dans le cadre du projet 2I2D (figure 13) s'appuyant sur le contexte du dossier d'étude, proposer une question que l'élève pourrait présenter pour l'épreuve du grand oral [DT8]. Rédiger un argumentaire robuste sur le plan scientifique et technologique permettant de développer une réponse à la question.

Partie 3. Recherche de solutions pour améliorer la disponibilité de la production de chaleur à partir de biomasse

Objectif : Actuellement la chaudière ECLA doit être arrêtée durant 15 jours en été et 15 jours en hiver afin de contrôler et changer certaines pièces d'usures. La pièce d'usure principale est le barreau du foyer de combustion. Des investigations sont menées pour étudier une modification du choix du matériau de ces barreaux afin d'améliorer la disponibilité de la production de chaleur. Dans cette partie, il s'agit de quantifier la durée de vie de la pièce d'usure et d'envisager des solutions alternatives pour réduire le temps de maintenance.

Le phénomène d'usure étudié est généré par le mouvement relatif entre les barreaux mobiles et les barreaux fixes de la grille de combustion de la chaudière ECLA. Le document [DT19] décrit le fonctionnement de la grille de combustion. Le cahier des charges impose le remplacement des barreaux lorsque l'épaisseur d'usure atteint la valeur limite

z_(max) = 5 mm

Le phénomène d'usure est étudié à l'aide de la loi de Preston-Archard. La figure 14 illustre la modélisation associée à cette loi. L'usure est générée par le mouvement relatif entre deux pièces A et B à une vitesse relative V supposée uniforme sur la surface de contact et qui sont soumises à une pression surfacique uniforme p.

Figure 14 : Modélisation de la loi d'usure de Preston-Archard

La loi de Preston-Archard permet de déterminer l'épaisseur d'usure z de la pièce A au contact de la pièce B sous la forme :

z = k \cdot p \cdot L

(équation 1).

L'épaisseur d'usure z est proportionnelle à la pression surfacique p au contact et à la longueur de glissement L de la pièce A sur B. La constante k est appelée coefficient de vitesse d'usure, et dépend du couple de matériau en contact dans les conditions d'utilisation et s'exprime en

mm^3 \cdot N^(- 1) \cdot m^(- 1)

L'étude vise à déterminer le nombre de mois d'utilisation des barreaux avant d'atteindre l'épaisseur d'usure limite zmax d'après la loi de Preston-Archard.

3.1 Détermination de la vitesse relative V entre les barreaux fixes et mobiles.

Le document [DT19] décrit les mouvements relatifs des différents éléments dans la chambre de combustion et propose une modélisation cinématique des principales classes d'équivalences afin de déterminer la vitesse relative V entre les barreaux fixes et mobiles.

Question 25 : À partir du schéma cinématique du premier barreau fixe (BF) avec le bâti (0) (figure C du [DT19]), citer le nom des trois liaisons élémentaires modélisées en précisant leurs éléments de réduction (centre, axe, normale, ou autre).

Question 26 : Démontrer par l'analyse des degrés de mobilité que la liaison équivalente aux trois liaisons élémentaires d'un barreau fixe (BF) par rapport au bâti (0) est une liaison encastrement. En déduire s'il existe un degré de mobilité entre le tube fixe (TF) et le barreau fixe (BF) lorsqu'il est positionné selon le schéma cinématique (figure C du [DT19]).

Question 27 : Préciser si la mise en position du barreau fixe (BF) sur le bâti (0) est isostatique ou hyperstatique en justifiant la réponse.

L'alimentation en combustible du foyer de combustion est réalisée par un convoyeur de biomasse. Ce dernier est constitué d'un ensemble de 13 gradins, alternativement fixes et mobiles. Chaque gradin est constitué d'une ligne de 14 barreaux.

L'ensemble des gradins mobiles est lié à un chariot mobile, lui-même mis en mouvement de translation alternative par un vérin hydraulique de diamètre utile

Du = 16 mm

et de débit moyen de q = 1,2 litre

\cdot min^(- 1)

Question 28 : Déterminer l'expression littérale de la vitesse relative V entre les barreaux mobiles et les barreaux fixes en fonction des données Du et q. En déduire la valeur numérique de V en

m \cdot s^(- 1)

. Préciser le nom de la liaison équivalente qui permet ce seul degré de mobilité.

3.2 Détermination de la pression surfacique p entre les barreaux fixes et mobiles.

Les barreaux (fixes ou mobiles) sont recouverts d'une couche de combustible (biomasse) de hauteur

H = 50 cm

et dont la masse volumique mv est

700 kg \cdot m^(- 3)

. On suppose que chaque barreau (fixe ou mobile) est recouvert de combustible sur une surface projetée rectangulaire S de dimension 100 mm par 400 mm. On s'intéresse aux actions mécaniques qui s'appliquent sur un barreau mobile.

Question 29 : Déterminer l'expression littérale de la masse Mc de combustible sur un barreau en fonction des paramètres H, mv et S. En déduire la valeur numérique en N du poids du combustible, noté Pc qui s'applique sur le barreau.

On considère que le poids du combustible Pc s'applique au point C , représenté sur la figure 15 . L'isolement d'un barreau mobile (pièce A) soumis au poids du combustible Pc permet de déterminer l'action mécanique Fa qu'exerce un barreau fixe sur un barreau mobile au niveau du point A.

Figure 15 : Bilan des actions mécaniques appliquées sur un barreau mobile

Question 30 : Énoncer le principe qui permet de déterminer les actions mécaniques appliquées au barreau mobile en O et en A en fonction du poids Pc. Déterminer l'expression littérale de l'action mécanique du barreau fixe sur le barreau mobile Fa en A. En déduire la valeur numérique de Fa en N.

La surface de contact Sab entre un barreau fixe et un barreau mobile au niveau du point A est assimilée à une surface rectangulaire de dimension 100 mm par 5 mm .

Question 31 : Calculer la pression de contact surfacique p entre un barreau fixe et un barreau mobile au niveau du point A en

N \cdot mm^(- 2)

3.3 Quantification de l'usure par la loi de Preston-Archard

Dans le cas des barreaux fixes et mobiles de cette étude, le coefficient de vitesse d'usure k décrit dans la loi de Preston-Archard est estimé à

k = 1, 7 \cdot 10^(- 5) mm^3 \cdot N^(- 1) \cdot m^(- 1)

.
La chaudière fonctionne 24h/24 en dehors des deux quinzaines de maintenance d'été et d'hiver.
Quels que soient les résultats trouvés précédemment, la vitesse relative V et la pression surfacique sont supposées constantes et de valeur numérique

V = 0, 1 m \cdot s^(- 1)

p = 0, 2 N \cdot mm^(- 2)

On rappelle que, selon la loi de Preston-Archard, l'épaisseur d'usure z est déterminée par la relation

z = k \cdot p \cdot L

où

p

est la pression surfacique au contact, L est la longueur de glissement et k est le coefficient de vitesse d'usure.

Question 32 : Appliquer la loi de Preston-Archard afin de déterminer le temps T de fonctionnement en mois avant d'atteindre l'épaisseur d'usure

z_(max)

de 5 mm d'un barreau mobile. Comparer le temps T aux périodes de maintenance actuelle sur la chaudière et conclure.

3.4 Recherche d'un matériau alternatif par la méthode « Fonction-Objectif-Contraintes »

Dans la pratique, le coefficient de vitesse d'usure k est inversement proportionnel à la dureté du matériau, noté HV.

Par ailleurs, durant la combustion, de l'air comprimé est envoyé périodiquement dans la chambre de combustion afin de décoller le contact entre les barreaux fixes et mobiles. Cette opération génère un choc entre les barreaux fixes et mobiles et impose ainsi de maximiser la ténacité du matériau.

La démarche environnementale vise également à minimiser l'empreinte

CO_2

du matériau retenu.
À partir de ces contraintes, la recherche d'un matériau alternatif est envisagée en suivant la méthode « Fonction-Objectif-Contraintes », définie par Ashby.

Le cahier des charges « Fonction-Objectif-Contraintes » du matériau du barreau est le suivant :

○Fonction : Convoyer la biomasse ;
○Objectif : Maximiser la dureté et la ténacité (résistance aux chocs) ;
○Contraintes :
- -Température de fonctionnement : 350°C ;
- -Prix ;
- -Empreinte CO2.

Les barreaux actuels sont en fonte. Le document [DT20] fournit des ressources pour la sélection d'un matériau.Le document [DT21] présente deux cartes de sélection pour rechercher un matériau alternatif pour le barreau.

Question 33 : À partir de la carte de sélection 1 du document [DT21], proposer une ou plusieurs familles de matériaux permettant de respecter les contraintes de dureté HV et de température d'utilisation.

Une recherche de matériau par l'analyse d'un indice de performance, noté lp est envisagée. Pour cela, on note HV, la dureté Vickers et T, la ténacité, tel que l'indice de performance retenu s'exprime par la relation

Ip = HV \cdot T^2

.
Il est rappelé que les cartes de sélection sont représentées en échelle logarithmique.

Question 34 : Exprimer la relation

Ip = HV \cdot T^2

sous la forme

log(T) = a \cdot log(HV) + b \cdot log(lp)

en précisant les valeurs de a et de b. À partir de cette relation, expliquer la méthode permettant de placer la droite d'équation

log(T) = a \cdot log(HV) + b \cdot log(lp)

maximisant lp sur la carte de sélection 2 du document [DT21]. En déduire le matériau le plus performant selon ce critère.

Question 35 : À partir des deux cartes de sélection du document [DT21], conclure sur le choix d'un matériau alternatif au vu de l'objectif.

3.5 Synthèse des investigations liées à la problématique.

Question 36 : Proposer une synthèse de l'étude de cette partie au vu de la problématique.
3.6 Exploitation pédagogique de l'étude en enseignement de spécialité IT de Première STI2D

Le programme de la spécialité IT de Première STI2D évoque la méthode « Fonction-Objectif-Contraintes », défini par Ashby.

L'extrait du programme concernant ce point est rappelé en figure 16 .

4.2.2. Choix des matériaux

Liens sciences

I2D

ITEC

SIN

Commentaires

-Caractéristiques des matériaux naturels et artificiels.
-Critères et principes de choix des matériaux, méthodes structurées d'optimisation d'un choix, critères environnementaux.

PC : organisation de la matière, propriétés des matériaux.

Mettre en œuvre une démarche structurée et argumentée de choix de couple matériau/ procédé sur des cas simples. Les approches multi contraintes et multi objectifs visent à montrer que les choix de matériaux relèvent de compromis entre des critères opposés selon la méthode d'Ashby. En EE : se contenter du choix de matériau du point de vue de leur comportement énergétique.

Figure 16 : Extrait du référentiel de STI2D

Question 37 : Proposer une fiche de synthèse, d'une page maximum, structurant une démarche de choix de matériau pour les élèves.

Dans le cadre de l'Enseignement Technique en Langue Vivante (ETLV), les élèves doivent réaliser un poster et une présentation orale portant sur un choix d'un matériau innovant selon l'axe thématique 6 : Innovations scientifiques et responsabilité.

Question 38 : Lister au moins trois attendus pour la réalisation du poster. Proposer les critères et les modalités d'évaluation de la présentation orale.

RD [Modèle] Data [: Diagramme d'exigences ]

Id = "6"

α

Besoin Service Attendu Equivalents logements Text = "Le nombre d'équivalents logements pour le nord de Clermont-Ferrand doit passer de 8000 à

12000^('')

Id = "1"

clMissions Mission du système Text = "Mise en place du schéma de transition énergétique et écologique"

& deriveReqts

Id = "9" Text = "Minimiser les émissions de CO2 lors du émissions de CO2 lors du chantier" chantier"

DT2 : Caractéristiques du réseau ECLA

La chaufferie centrale du réseau ECLA est constituée de :

-2 chaudières bois :
- -une chaudière bois COMPTE-R d'une puissance nominale de 8 MW,
- -une chaudière bois COMPTE-R d'une puissance nominale de 4 MW.
-2 chaudières d'appoint mixtes gaz et fioul domestique Viessman d'une puissance nominale de 15 MW chacune.

Les deux chaudières d'appoint mixtes gaz-fioul sont nécessaires pour assurer les pics de consommation de chaleur durant les périodes les plus froides de l'année.

En 2019 :

-le réseau ECLA comptait 77 points de livraison ;
-la longueur du réseau était de 13,5 km ;
-en décembre 2019, l'ensemble des puissances souscrites atteignait 29458 kW ;
-en 2019, l'énergie totale livrée était de 40808 MWh ;
-l'énergie calorifique a été produite à partir de :
- -94,4% de bois ;
- -5,6% de gaz.
-le bilan carbone de la production est de $17 gCO_2$ / kWh facturé ;
-la quantité de bois utilisée pour le réseau de chaleur a été en de 17682 tonnes soit 52580 MWh d'énergie primaire ;
-les achats de gaz ont été de 3005 MWh sur PCS (Pouvoir Calorifique Supérieur).

ÉNERGIE LIVRÉE À L'ENSEMBLE DES ABONNÉS ECLA

Jan-19	Feb-19	Mar-19	Apr-19	May-19	Jun-19	Jul-19	Aug-19	Sep-19	Oct-19	Nov-19	Dec-19
7555	5412	4801	3815	2992	1034	721	728	900	2155	5057	5638

DT3 : Caractéristiques du réseau CLERVIA

La chaufferie centrale est constituée de :

-1 chaudière bois COMPTE-R de 7,7 MW ;
-1 cogénération gaz fournissant une puissance thermique de 1,6 MW et une puissance électrique de 1,4 MW ;
-1 chaudière gaz LOOS de 9,7 MW ;
-1 chaudière gaz LOOS de 2,5 MW ;
-1 chaudière gaz BUDERUS de 5,2 MW.

En 2019 :

-le réseau CLERVIA comptait 33 points de livraison ;
-la longueur du réseau était de 5,6 km ;
-en décembre 2019, l'ensemble des puissances souscrites formaient un total de 29458 kW ;
-en 2019, l'énergie totale livrée était de 36360 MWh ;
-la production de chaleur a été réalisée à partir de :
- -35,1% de gaz ;
- -13,8% de cogénération ;
- -51,1% de bois (biomasse).
-les achats de gaz ont été à hauteur de 3005 MWh sur PCS (Pouvoir Calorifique Supérieur).

ÉNERGIE LIVRÉE À L'ENSEMBLE DES ABONNÉS CLERVIA

DT4 : Extrait du CCTP, prescription des terrassements et tranchée type

Extrait CCTP : prescription terrassement

DT5 : Rendement horaire d'une pelle mécanique

-Rendement horaire [ $m^3 \cdot h^(- 1)$ ]
- $Nb_(cycle)$ (nombre de godet par minute) : $2U \cdot min^(- 1)$ en moyenne sur ce type de chantier
- $V_(godet)$ : volume du godet avec refus $[m^3]$
-K1 : coefficient « matériaux »
- -1 : (alluvionnaire, boues, liquide)
- ○1,25 (matériaux fins et compacts)
- -0,8 (gravats, démolition)
-K2 : coefficient « chauffeur »
- -1 : expérimenté
- ○0,8 : moyen
- ○0,7 : débutant

Impacts environnementaux pour

1 m^2

de chaussée en enrobé bitumineux à chaud
UF : Mettre à disposition une surface de

1m^2

de chaussée en enrobé bitumineux représentative du marché français, sur la base d'une durée de vie de référence de 100 ans

Impacts environnementaux

Étape de fabrication

Étape de mise en œuvre

Étape de vie en œuvre

Étape de fin de vie

Total cycle de vie

de vie de vie de vie

charges au-delà charges au-delà charges au-dela charges au-dela svstème svstème

Total A1-A3 Production

A4 Transport

A5 Installation

Total mise en œuvre

B1 Usage

B2 Maintenance

B3 Réparation

B5 Réhabilitation

B6 Utilisation de l'énergie

B7 Utilisation de l'eau

Total vie en œuvre

C1 démolition

C2 Transport des déchets

C4 Décharge

Total fin de vie

Réchauffement climatique kg CO2 eq/UF

2,51E+01

2,86E+00

1,25E+00

4,11E+00

0,00E+00

4,29E+01

0,00E+00

4,29E+01

0,00E+00

7,21E+01

-2,54E+01

Appauvrissement de la couche d'ozone kg CFC

11eq/UF

3,68E-06

5,24E-07

2,48E-07

7,72E-07

0,00E+00

6,65E-06

0,00E+00

6,65E-06

0,00E+00

1,11E-05

-3,48E-06

Acidification des sols et de l'eau kg SO2 eq/UF

1,22E-01

1,16E-02

9,16E-03

2,08E-02

0,00E+00

2,19E-01

0,00E+00

2,19E-01

0,00E+00

3,62E-01

-1,40E-01

Eutrophisation

kg(PO_4)^2

eq/UF

1,64E-02

1,97E-03

1,90E-03

3,87E-03

0,00E+00

3,27E-02

0,00E+00

3,27E-02

0,00E+00

5,29E-02

-1,94E-02

Formation d'ozone photochimique kg Ethene eq/UF

8,18E-03

4,98E-04

1,55E-02

1,60E-02

0,00E+00

3,11E-02

0,00E+00

3,11E-02

0,00E+00

5,53E-02

-2,04E-02

Épuisement des ressources abiotiques (éléments) kg Sb eq/UF

3,01E-05

9,30E-06

5,09E-07

9,81E-06

0,00E+00

5,96E-05

0,00E+00

5,96E-05

0,00E+00

9,94E-05

-3,41E-05

Épuisement des ressources abiotiques (fossiles) MJ/UF

1,41E+03

4,35E+01

1,98E+01

6,34E+01

0,00E+00

2,13E+03

0,00E+00

2,13E+03

0,00E+00

3,60E+03

-1,74E+03

Pollution de l'eau m3/UF

9,90E+00

1,01E+00

4,85E-01

1,49E+00

0,00E+00

1,69E+01

0,00E+00

1,69E+01

0,00E+00

2,83E+01

-1,12E+01

Pollution de l'air m3/UF

2,93E+03

4,17E+02

8,77E+03

9,18E+03

0,00E+00

1,47E+04

0,00E+00

1,47E+04

0,00E+00

2,68E+04

-9,84E+03

DT 7 : Bilan carbone des travaux publics, Fiche n°10, amortissement des installations annexes au chantier

Fiche №10

Amortissement

Description du poste d'émission

Emissions de GES résultant de la fabrication des équipements et des locaux utilisés par l'organisation.

Ce poste recouvre les 2 catégories suivantes :
Matériel

-les engins détenus ou loués et utilisés sur le chantier
-les véhicules détenus ou loués par l'entreprise
-les installations industrielles (centrale à béton/enrobés...)
-les équipements du parc informatique

Bâtiment

-les bâtiments (agences de travaux, parkings...)

Méthode préconisée

Données opérationnelles à collecter

Type

Service(s) à solliciter

- Typologie et caractéristique du matériel (engins, véhicules...)

- Surface des bâtiments (en

m^2

)

Données primaires

Services généraux

Périmètre d'analyse

-Matériel

Tous les équipements détenus ou loués par l'organisation entrent dans le périmètre de ce poste d'émission. Les émissions liées à la fabrication du matériel (engins, installations, véhicules...) sont étalées sur la durée d'amortissement. Ainsi les émissions considérées ne sont pas affectées dans leur totalité mais au prorata de leur durée d'utilisation pendant l'année.

Il est recommandé d'exclure du périmètre les émissions des amortissements des équipements du parc informatique (ordinateurs, serveurs, imprimantes...), ces émissions étant négligeables par rapport aux amortissements des autres catégories de matériel.

-Bâtiment

Ce poste concerne l'amortissement des bâtiments administratifs et des agences de travaux. Seuls les locaux en cours d'amortissement comptable sont à prendre en compte.

L'amortissement des installations base-vie (baraquements de chantier type bungalows et autres commodités) représente un impact suffisamment faible pour ne pas être considéré.

^(17)

« Le Grand oral »

-L'expérience vécue par l'élève lors de la réalisation du projet, fil rouge au grand oral en :
- -étant le support de sa présentation pendant le premier temps de l'épreuve ;
- -préparant l'élève aux questions du deuxième temps d'échanges avec le jury ;
- -éclairant ses choix d'orientation lors du troisième temps.
-Les questions sont choisies par l'élève, elles doivent être singulières et personnelles

DT9 : Caractéristiques pompe ETALINE Multitec V 100/2-8.1 10.81

Débits mini et débits maxi par fréquences

Fréquence	Débit mini	Débit Maxi	HMT Maxi
35 Hz	45 m3/h	145 m3/h	85 m
40 Hz	50 m3/h	170 m3/h	112 m
45 Hz	60 m3/h	200 m3/h	142 m
48 Hz	63 m3/h	212 m3/h	168 m
50 Hz	67 m3/h	220 m3/h	180 m

Point de fonctionnement nominal :
Débit

= 180 m^3 \cdot h^(- 1)

HMT

= 135 m

(13.5 bar)
Fréquence

= 48 Hz

HMT : Hauteur Manométrique Totale en [m]

DT10 : Courbe de rendement de la pompe ETALINE Multitec V 100/2-8.1 10.81 et caractéristiques des moteurs Siemens

Les moteurs SIEMENS montés sur les pompes ETALINE-MULTITEC chez ECLA possèdent les caractéristiques suivantes :

Data sheet for three-phase Squirrel-Cage-Motors SIMOTICS Motor type : 1CV2310A SIMOTICS SD - 315 S - IM B3-2p

Duty type

1) L10mh according to DIN ISO 2811012010

2) at rated power / at full load 2) at rated power / at full load

Electrical data

Safe Area

U [V]

f [Hz]

P [kW]

I [A]

n [1/min]

M [Nm]

4/4

2/4

4/4 0.90

M_A/M_N T/T_N

M_k/M_N T_8/T_N

IE-CL

400

110.00

187.00

2982

0.90

0.88

0.82 0.82

7.3

2.4

3.0

IE2

690

110.00

108.00

2982

0.90

0.88

0.82

7.3

2.4

3.0

IE2

460

123.00

182.00

3582

0.90

0.89

0.83

7.0

2.4

3.0

IE2

460

110.00

162.00

3585

7.9

2.6

3.3

IE2

IM B3 / IM 1001

FS 3155

720 kg

IP55

Environmental conditions : -20 °C - +40 °C / 1000 m

Caractéristiques du Moteur Siemens associé à la pompe (Source Siemens)

DT 11 : KSB PumpMeter Connexion

1	N1 / port for the suction -side pressure sensor
2	N2 / port for the discharge-side pressure sensor
3	Service interface
4	EXT / extemalport for energy supply and signaloutput

External port for power supply and signal output

✓The place of installation meets the requirem ents described above.
✓The device is firm ly fitted to the pum p.
✓The sensorshave been fitted at the factory.
1.Connect the M 12 plug to the extemal in terface (4).

Assignm ent of the external "EXT" port (bottom of the display unit)

Assignmentof the extemal (EXT) port

Connections at the device

Function

Conductor colours

^(6))

Supply (+24 V DC ± 15% ,m in m um 150 m A)

Pin 1 = brown

Pin 3 = blue

Analog output (

4\dots20 m

RS485 B D+ (not e lectrically iso la ted )

2 = w

hite

Ground (GND)

Pin 4 = black

Analog input formotorcontrol frequency

(0...10 V co rresponds to

0f_(max)

)

RS485 A / D - (no t e lectrically iso la ted )

Pin 5 = grey

DT 12 : KSB PumpMeter Paramètrage ModBus-RTU

Modbus
The device has an RS485 interface w ith ModbusRTU protocol to specification V1.1b.
Description of ModbusRTU

Characteristic

Value

Communication protocol

Modbus RTU

Bus terminator

120 ohm s (depending on the hardw are, (→ Section 4 3,Page 11) )

Hardware version 01 to 04:

bus term inator fixed, provided in temally

Hardware version 05 or higher:

bus term inatornot provided in temally

In te rface

EA -485 (RS485)

Transmission rate

38,400 bit/s (adjustable)

Device type

Slave

^(9))

Bus access

Polling betw een m aster and slave

Pre-set device address

0xF7 (247)

Communication param eters

-Parity:Even
-Stop bits: 1
-Data bits:8

If several PumpMeter devices are connected via Modbus, they must be assigned different addresses within the range of 1 to 246.

Measured values and parameters via Modbus
Various measured values and param eters are provided as device in form ation via the Modbus system.

Reading/writing device information

Function

Function code

Reading

Function code 03

(0x03 Read Holding Registers)

Writing

Function code 16

(0x10 Write Multiple Registers)

Coil Command

Function code 05

(0x05 Write Single Coil)

ModbusRTU uses an exclusive 16 -bit register. Values which are saved as 32 -bit values require two registers to be read.
Register and length are shown ashexadecim als and can be transferred directly to the Modbus RTU protocol in this format.

NOTE
The registers (4500 ... 4537) can be read out via function code 03 (0x03 Read Holding Registers)asone unit. If an address is incom plete or if read access is denied, 00 is returned.

DT 13 : KSB PumpMeter Messagerie ModBus-RTU

Register	Length in byte	Type/format	Parameter	Parameter description	Unit	Access	Read out
Register	Length in byte				Unit	Access	PLICESOF	그둠ϑㅡㄶ동́ㄷ….
4500	0002	UINT32	1-1-1	Active error, bit code	Bit 1 = error code E01...bit 20 Error code E20	Read only	×	-
4502	0002	INT32	1-1-2	Measured suction pressure	$Pa(1bar = 1 \times 10^5 Pa)$	Read only	×	-
4504	0002	INT32	1-1-3	Measured discharge pressure	$Pa(1bar = 1 \times 10^5 Pa)$	Read only	×	-
4506	0002	INT32	1-1-4	Calculated differential pressure	$Pa(1bar = 1 \times 10^5 Pa)$	Read only	×	-
4508	0002	UINT32	1-1-5	Calculated head	1/1000 m	Read only	×	-
4515	0002	UINT32	1-1-6	Flow rate	$m^3/h \times 1000$	Read only	×	-
45 0C	0002	UINT32	1-1-8	Pump input power	Watt	Read only	×	-
45 OE	0001	ENUM	1-1-9	Qualitative indication of the operating point (→ Section 6.1, Page 32)	0 = flow rate not displayed 1 = extreme part load (1st quarter) 2 = moderate part load (2nd quarter) 3 = BEP (3rd quarter) 4 = overload (4th quarter) 5 = part load (1st and 2nd quarter) 6 = error EXX (display of operating point disabled)	Read only	×	-
45 OF	0001	ENUM	1-1-10	Display of EFF icon	0 = EFF icon not displayed (pump operating efficiently) 1 = EFF icon displayed (optimisation required)	Read only	×	-
4510	0001	ENUM	1-1-11	Analog output mode	Output 0 = discharge pressure Output 1 = differential pressure Output 2 = flow rate Q	Read only	×	-
4511	0002	UINT32	1-1-12	Operating hours of PumpMeter	h	Read only		-
4513	0002	UINT32	1-1-13	Number of pump starts	-	Read only	×	-
45 1C	0002	UINT32	1-1-14	Measured value Q PumpDrive	$m^3/h \times 1000$	Read / write $^(10))$	×	-
45 1E	0001	UINT16	1-1-15	Current speed	rpm	Read only	×	-
45 1F	0001	UINT16	1-1-16	Frequency inverter output frequency	$Hz \times 10$	Read / write $^(3))$	×	-
4520	0001	UINT16	1-1-17	Rotational speed of PumpDrive	rpm	Read / write $^(3))$	×	-
4521	0002	UINT32	1-1-18	Effective power of PumpDrive	$kW \times 100$	Read / write $^(3))$	×	-
4524	0001	ENUM	1-1-19	Source of speed value	$0 =$ nominal speed of the motor 1 = PDrive frequency inverter 0... 10V 2 = PDrive Modbus	Read only	×	-
4525	0002	UINT32	1-1-20	Flow rate based on head	$m^3/h$	Read only	×	-
4529	0002	UINT32	1-1-21	Flow rate based on pump power output	$m^3/h$	Read only	×	-
4535	0001	ENUM	1-1-22	Source of flow rate value	$0 =$ estimated value $Q_(est)$ 1 = PumpDrive $Q_(Portive)$	Read only	×	-
4536	0001	ENUM	1-1-23	Pump status	0 = pump OFF 1 = pump running	Read only	×	-
4537	0002	UINT32	1-1-24	Pump operating hours	Depending on Register 0102 *Time Unit Operation" (default = h)	Read only	x	-
3400	0001	UINT8	3-10-1	Modbus address	Default 247	Read / write	-	×
3401	0001	ENUM	3-10-2	Modbus baud rate	0 = 9600 1 = 19200 $2 = 38400$ 3 = 115200	Read / write	-	×
3402	0001	UINT8	3-10-3	Modbus Timeout	Default 15s	Read / write	-	×
3403	0001	ENUM	3-10-4	IO Mode	$0 =$ Modbus timeout (1 = analog ON/OFF) $^(11))$ 2 = Modbus permanent	Read / write	-	×
3309	0001	ENUM	3-3-12	Operating point display	$0 = ON$ 1 = OFF	Read / write	-	×
3304	00001	UINT8	3-3-9	EFF tolerance	0 ... 100 %	Read / write	-	×
33 0D	0001	ENUM	3-3-14	Selectable display value	$0 =$ as connected 1 = head 2 = differential pressure	Read / write	-	×
4624	0001	ENUM	3-3-15	Selectable analog output	$0 =$ as connected 1 = head 2 = differential pressure 3 = flow rate Q	Read / write	-	×
4566	0001	ENUM	3-1-21	Detection of blade passing frequency	$0 = ON$ 1 = OFF	Read / write	-	×
0044	0002	UINT 16	3-7-3	Fluid density	$kg/m^3$	Read / write	-	×
0102	0001	ENUM	3-5-1	Time unit operation	$0 =$ seconds 1 = minutes 2 = hours 3-days	Read / write	-	×
70 7B	0002	UINT32	3-9-4	Nominal frequency	Hz	Read / write	-	×

Table 12: Overview of coil commands

Function code	Output address	Output value	Description
0x05	0x0001	0xFF00	Coil command for resetting the device
0x05	0x0003	0xFF00	Coil command for storing the changed data

DT 14 : KSB PumpMeter exemples de requêtes et réponses ModBus-RTU

Request:	Example: read parameter 1-1-2 (4502) suction pressure
	F7	03	4502	00026451
	F7			Slave address (247 = F7 hex)
	03			Function code (read Analog Output Holding Registers)
	45	02		Data address of first requested register
	00	02		Total number of requested registers
	64	51		CRC value $^(12)$ (cyclic redundancy check) for error monitoring
Response:	F7	03	0400	00
	F7			Slave address (247 = F7 hex)
	03			Function code (read Analog Output Holding Registers)
	04			Number of following data bytes (2 registers × 2 bytes = 4 bytes)
	00		000554	554 hex (value of parameter 0×4502 in [Pa])
	6E	93		CRC value (cyclic redundancy check) for error monitoring

Example: write parameter 1-1-20 (4520) Speed PumpDrive -> 2500 rpm

Request:

F7
F7
10
45
00
02
09
9D

104520

00010209 C4 9D 93

Slave address (247 = F7 hex)

Function code (Preset Multiple Registers 16 = 10 hex)

Data address of first register

Number of registers to be written

Number of following data bytes (1 register

\times 2

bytes = 2 bytes)

Value to be written in register 4520

CRC value (cyclic redundancy check) for error monitoring

Response:

4520

00010199

Slave address (247 = F7 hex)

Function code (Preset Multiple Registers 16 = 10 hex)

Data address of first register

Number of registers to be written

CRC value (cyclic redundancy check) for error monitoring

Example: Changing the Modbus address of PumpMeter (parameter 3-10-1) via Modbus

Writing parameter 3-10-1	F7 10340000010200013707
Writing parameter 3-10-1	F7			S	Slave address

DT 15 : Connectivité RS485 WAGO 750-8202

Contrô leurs PFC 200 ;2èm e génération;2 x ETHERNET,RS -232/-485 750-8212

Données
Données techniques

Communication

BACnet/IP, nécessite une licence supplémentaire Modbus (TCP, UDP) ETHERNET

EtherNet/IP -Adapter (esclave), Bibliothèque pour e!RUNTIME Modbus RTU Interface RS -232 Interface RS - 485 MQTT EtherCAT-Master, nécessite une licence supplémentaire

Tensiondalm entation systèm e	24 V DC ( $- 25\dots + 30%$ ); surniveaude cablage (connexion CAGE CLAMP $^®$ )
Courantd en trée typ.en charge (24 V)	550 m A
Courant to talpouralm entation système ( 5 V)	1700 m A
Tensondalm entation terran	$24 VDC(- 25\dots + 30%)$ ; vi contacts de puissance

DT 16 : Connectivité RS485 WAGO 750-8202

RS-232/RS-485 - Communication Interface - X3

WAGO I/O System 750
750-8202 PFC200; 2ETH RS

Table : Legend for Figure " RS-485 - Communication Interface - X3"

Contact	RS-485
Contact	Signal	Description
1	NC	Not assigned
2	NC	Not assigned
3	A (Tx/Rx+)	Transmit/receive data +
4	NC	Not assigned
5	FB_GND	Ground
6	FB_5V	Power Supply
7	NC	Not assigned
8	B (Tx/Rx-)	Transmit/receive data -
9	NC	Not assigned
Enclosure	Shield	Shielding

Operating as an RS-485 Interface
To minimize reflection at the end of the line, the RS-485 line must be terminated at both ends by a cable termination. If required, one pull-up or pull-down resistor may be used. These resistors ensure a defined level on the bus when no subscriber is active, i.e., when all subscribers are in "Tri-state".
Attention - bus termination!
The RS-485 bus must be terminated at both ends!
No more than two terminations per bus segment may be used!
Terminations may not be used in stub and branch lines!
Operation without proper termination of the RS-485 network may result in transmission errors.

IMPORTANT : la connexion des résistances de Pull-Up entre A et 5 V et Pull-Down entre B et 0 V n'est pas nécessaire pour l'application PumpMaster.

DT 18 : Supervision variateurs / Supervision compteur énergie thermique C0
Mesure au 9 février 2022 à 17h30
Supervision des variateurs du groupe de pompes P5.1 à P5.4

Fréquence :

Fréquence :

Fréquence : 45 Hz

Fréquence : 0.2 Hz

Puissance élec. : 0.1 kW

Historique énergie électrique absorbée groupe pompes P5.1 à P5.4

Energie Electrique mensuelle pour le groupe de pression du 01/01 au 31/01 2022

Energie Electrique mensuelle pour le groupe de pression du 01/12 au 31/12 2021

Energie Electrique mensuelle pour le groupe de pression du 01/11 au 30/11 2021

Mesure au 9 février 2022 à 17h30
Supervision du compteur d'énergie thermique C0 (départ réseau)

Historique Compteur CO (départ réseau)
Energie Thermique livrée mensuelle du 01/01 au 31/01 2022

Energie Thermique livrée mensuelle du 01/12 au 31/12 2021

Energie Thermique livrée mensuelle du 01/11 au 31/11 2021

DT 19 - Description du convoyeur de biomasse

Structure générale :
La chambre de combustion de la chaudière est alimentée en combustible (biomasse) par une couche de biomasse d'épaisseur 50 cm. Cette alimentation en combustible est réalisée sur le haut du convoyeur de biomasse incliné et représenté sur la figure ci-dessous.

Ce convoyeur de biomasse est constitué d'un ensemble de 13 gradins, alternativement fixes et mobiles. Chaque gradin est constitué d'une ligne de 14 barreaux.

L'ensemble des 6 gradins mobiles est solidaire d'un chariot mobile, mis en mouvement de translation alternative par un vérin hydraulique de diamètre 16 mm , de débit moyen de 1,2 litre/min et dont la course est de 200 mm.

Le mouvement des 6 gradins mobiles permet ainsi une descente de la biomasse du haut du convoyeur vers la zone d'évacuation des cendres.

Figure A: Architecture du convoyeur de biomasse.

Figure B: Positions extrêmes des barreaux mobiles par rapport aux barreaux fixes

Remplacement de barreaux lors des deux périodes de maintenance de 15 jours.
Lors de l'opération de maintenance du convoyeur, tous les barreaux fixes et mobiles sont démontés, analysés visuellement et remplacés si l'épaisseur d'usure admissible de 5 mm est dépassée. Cette usure est localisée au niveau des surfaces de frottements entre les barreaux fixes et mobiles.

Le montage des barreaux fixes et mobiles sur leur gradin respectif doit être simple et rapide pour réduire les temps de maintenance. La procédure de montage est la suivante :

A- Montage des barreaux fixes du premier gradin fixe en bas de la grille du côté de l'évacuation des cendres:
- -Le premier barreau fixe (BF) est positionné sur le tube fixe (TF) du premier gradin, en appui sur le mur-bâti et en appui sur la poutre support ;
- -Les barreaux fixes (BF) suivants sont positionnés sur tube fixe (TF) du premier gradin, en appui sur le barreau fixe précédent et en appui sur la poutre support.
- -L'ensemble des tubes fixes (TF) de l'ensemble des gradins fixes sont encastrés sur un bâti.

La mise en position d'un barreau fixe peut est modélisée par le schéma cinématique suivant :

Figure C: Modélisation de la mise en position d'un barreau sur son gradin.

B- Montage des barreaux mobiles sur le premier gradin mobile:
- -Le premier barreau mobile (BM) est positionné sur le tube mobile (TM) du premier gradin mobile, en appui sur le mur-bâti et en appui sur le premier gradin fixe.
- -Les barreaux mobiles (BM) suivants sont positionnés sur le tube mobile (TM) du premier gradin mobile, en appui sur le barreau mobile précédent et en appui sur le premier gradin fixe.
- -L'ensemble des tubes mobiles (TM) de l'ensemble des gradins mobiles sont encastrés sur un chariot mobile.

Le montage des autres gradins fixes et mobiles suit le même principe.

DT 20 - Ressources pour la sélection d'un matériau

A)Exemples de caractéristiques intrinsèques d'un matériau :
○Générales : Volume atomique, Densité, Contenu énergétique, Fraction recyclable, Prix ;
○Mécaniques : Module de Young, Module de cisaillement, Module de compressibilité, Limite d'élasticité, Dureté, Résistance en traction, Ductilité, Ténacité, Limite d'endurance, Coefficient d'amortissement
○Thermiques : Point de fusion, Transition vitreuse, Température maximale d'utilisation, Chaleur latente de fusion, Chaleur spécifique, Conductivité thermique, diffusivité thermique, Coef.de dilatation
○Électriques : Résistivité, Constance diélectrique, Potentiel de claquage.
B)Exemples de caractéristiques interactives d'un matériau :

Résistance à l'eau douce, à l'eau de mer, aux acides, aux bases, aux solvants, à l'oxydation, aux UV, à l'usure.

C)Exemple de carte de sélection de matériau :
Le placement d'une droite de pente -1 permet d'isoler, sous la droite, les matériaux qui minimisent le prix et la masse volumique.

DT 21 - Diagrammes d'Ashby

Carte de sélection 1 : Dureté (HV) en fonction de la température maximale d'utilisation

Carte de sélection 2 : Dureté HV et ténacité

Tous les documents réponses sont à rendre, même non complétés.

DR 1 : Relevé de puissances thermiques produites et fournies au sein d'ECLA

	Puissance thermique disponible en MW
	ECLA	CLERVIA	ECLA et CLERVIA interconnectés
Cas 1 : toutes les chaudières fonctionnent à pleine puissance
Cas 2 : seules les chaudières biomasse fonctionnent à pleine puissance
Cas 3 : la plus petite chaudière biomasse fonctionne à puissance minimale

DR 2 : Relevé de puissances thermiques produites et fournies au sein d'ECLA

La figure suivante présente le relevé des puissances thermiques produites et fournies le 16 janvier 2019. Les données sont issues de compteurs d'énergie installés au niveau de la chaufferie (injection) et pour l'ensemble des sous-stations du réseau (demande).

Tranche horaire	1-2	3-4	5-6	7-8	9-10	1112	1314	1516	1718	1920	2122	2324
Puissance moyenne injectée en MW le 16 janvier 2019	12	10,88	12,75	15,26	13,25	9,56	5,25	5,21	10,37	14,68	12,35	11,68
Puissance moyenne demandée en MW le 16 janvier 2019	11,35	10,15	11,41	13,87	12,75	8,81	4,68	5	10,06	14,06	11,94	10,93
Chaudière bois 8 MW
Chaudière bois 4 MW
Chaudière 15 MW
Chaudière 15 MW

Remarque : mettre une croix lorsque la chaudière est en marche

Tous les documents réponses sont à rendre, même non complétés.

A compléter ：（FlowRate）en m3／h ？
Slave Addr＝

____

Start Address＝

____

Number of Registers＝
Paramètres du protocole Modbus－RTU

____

Function Code est conservée à Read Holding Registers（0x03）
Quelles valeurs faudrait－il modifier aux paramètres de QmodMaster afin de tester la communication ModBus－RTU des modules PumpMeter et lire la valeur du débit

Paramètres du protocole Modbus－RTU

Baud＝
Data Bits＝
Parity＝

____

Stop Bits＝

____

____

____

RTS est laissé à Disable

EAI STI 1

DR6

Tous les documents réponses sont à rendre, même non complétés.

DR 6 : Liens tâches élèves et compétences

Phase - Tests et validation	Élève 1 EE	Elève 2 SIN	Élève 3 AC	CO7.1. Réaliser et valider un prototype ou une maquette obtenus en réponse à tout ou partie du cahier des charges initial.		CO7.2. Mettre en œuvre un scénario de validation devant intégrer un protocole d'essais, de mesures et/ou d'observations sur le prototype ou la maquette, interpréter les résultats et qualifier le produit.
Tâches Élèves	Tps (h)	Tps (h)	Tps (h)	Les moyens mobilisés pour la réalisation du prototype sont adaptés.	Le prototype réalisé permet de valider les performances attendues.	Les conditions de l'essai sont identifiées et justifiées	Le protocole est adapté à l'objectif	Les incertitudes sont estimées.	L'expérimentation est correctement mise en œuvre

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AGRÉGATION CONCOURS INTERNE ET CAER

Section : SCIENCES INDUSTRIELLES DE L'INGÉNIEUR

ANALYSE ET EXPLOITATION PÉDAGOGIQUE D'UN SYSTÈME PLURITECHNOLOGIQUE

INFORMATION AUX CANDIDATS

COMPOSITION DU SUJET

Schéma de transition énergétique et écologique de Clermont Auvergne Métropole

Réseaux de chaleur urbains (RCU) de Clermont Auvergne Métropole

La chaufferie du réseau de chaleur ECLA

La chaufferie du réseau de chaleur CLERVIA

Partie 1. Analyse énergétique, financière et environnementale des réseaux de chaleur existants et de leur interconnexion

1.1 Analyse financière

1.2 Analyse de la production de chaleur du réseau ECLA

1.3 Respect du pourcentage d'énergie renouvelable.

1.4 Analyse de l'interconnexion des réseaux

Fourniture de chaleur aux réseaux

Bilan carbone d'un des matériaux nécessaires à la réalisation du chantier

Bilan carbone des moyens mis à disposition par l'entreprise

Rentabilité Carbone de l'extension

1.5 Synthèse de la partie 1 - Démarche développement durable

1.6 Projet de terminale STI2D

Partie 2. Vérification du dimensionnement de la distribution de l'énergie thermique de la chaufferie ECLA au regard de l'extension

2.1 Gestion des pompes du réseau ECLA

2.2 Optimisation énergétique du pilotage des pompes par variation de fréquence

2.3 Supervision et communication ModBus-RTU

2.4 Exploitation pédagogique

Partie 3. Recherche de solutions pour améliorer la disponibilité de la production de chaleur à partir de biomasse

3.1 Détermination de la vitesse relative V entre les barreaux fixes et mobiles.

3.2 Détermination de la pression surfacique p entre les barreaux fixes et mobiles.

3.3 Quantification de l'usure par la loi de Preston-Archard

3.4 Recherche d'un matériau alternatif par la méthode « Fonction-Objectif-Contraintes »

3.5 Synthèse des investigations liées à la problématique.

DT2 : Caractéristiques du réseau ECLA

ÉNERGIE LIVRÉE À L'ENSEMBLE DES ABONNÉS ECLA

DT3 : Caractéristiques du réseau CLERVIA

ÉNERGIE LIVRÉE À L'ENSEMBLE DES ABONNÉS CLERVIA

DT4 : Extrait du CCTP, prescription des terrassements et tranchée type

DT5 : Rendement horaire d'une pelle mécanique

DT 7 : Bilan carbone des travaux publics, Fiche n°10, amortissement des installations annexes au chantier

Fiche №10

Amortissement

« Le Grand oral »

DT9 : Caractéristiques pompe ETALINE Multitec V 100/2-8.1 10.81

DT10 : Courbe de rendement de la pompe ETALINE Multitec V 100/2-8.1 10.81 et caractéristiques des moteurs Siemens

DT 11 : KSB PumpMeter Connexion

DT 12 : KSB PumpMeter Paramètrage ModBus-RTU

DT 14 : KSB PumpMeter exemples de requêtes et réponses ModBus-RTU

DT 15 : Connectivité RS485 WAGO 750-8202

DT 16 : Connectivité RS485 WAGO 750-8202

DT 19 - Description du convoyeur de biomasse

DT 20 - Ressources pour la sélection d'un matériau

DT 21 - Diagrammes d'Ashby

Tous les documents réponses sont à rendre, même non complétés.

DR 2 : Relevé de puissances thermiques produites et fournies au sein d'ECLA

Tous les documents réponses sont à rendre, même non complétés.

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