BTS électrotechnique sujet métropole E41-session 2016 - Eduscol

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR ÉLECTROTECHNIQUE SESSION 2016 -------------------- ÉPREUVE E.4.1 Étude d'un système technique industriel Pré-étude et
modélisation Durée : 4 heures - Coefficient : 3 Matériel autorisé :
Calculatrice à fonctionnement autonome autorisée conformément à la
circulaire N°99-186 du 16/11/99.
L'usage de tout autre matériel ou document est interdit.
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Le sujet comporte 21 pages numérotées de 1/21 à 21/21. Les documents réponses (pages 19, 20 et 21) sont à remettre avec la
copie.
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Il sera tenu compte de la qualité de la rédaction, en particulier
pour les réponses aux questions ne nécessitant pas de calcul. Le (la) correcteur (trice) attend des phrases construites
respectant la syntaxe de la langue française. Chaque réponse sera
clairement précédée du numéro de la question à laquelle elle se
rapporte. Les notations du texte seront scrupuleusement respectées.
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|Épreuve E.4.1 : Étude d'un système technique |Repère : |Page 1/21 |
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MISE EN SÉCURITÉ DU TUNNEL DE NEUILLY
Présentation générale Créée en 2006, la DIRIF (Direction Interdépartementale des Routes d'Ile-de-
France) a pour mission d'assurer l'entretien, l'exploitation, la gestion
et la modernisation du réseau francilien de routes nationales et
d'autoroutes non concédées.
À ce titre, la DIRIF est en charge d'un programme de modernisation et de
mise en sécurité de 22 ouvrages routiers d'Île-de-France représentant 45
km de tunnels.
En effet, la circulaire du 25 août 2000 a conduit à l'élaboration d'un
diagnostic de sécurité sur l'ensemble des tunnels français de grande
longueur. La parution d'un décret le 24 juin 2005 et sa circulaire
d'application n°2006-20 du 29 mars 2006 ont rendu obligatoire la mise en
conformité des tunnels routiers de plus de 300 mètres.
Figure 1 : carte des tunnels d'Ile-de-France
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Ces tunnels sont surveillés 24h sur 24h par quatre Postes de Contrôle
Trafic et Tunnel (PCTT), répartis géographiquement autour de Paris et qui
gèrent également le trafic sur le reste du réseau. Dans chaque PCTT, des
opérateurs sécurité trafic travaillent en permanence pour veiller à la
fluidité du trafic et à l'absence d'incidents, aux côtés des forces de
l'ordre. Le tunnel de Neuilly est l'un de ces 22 tunnels, il dépend du PCTT de
Nanterre, à l'ouest de Paris.
Les travaux de modernisation de ces tunnels routiers de grande longueur
visent à assurer une sécurité améliorée pour les franciliens qui
empruntent ces tunnels chaque jour.
Pour l'ensemble des tunnels, les travaux représentent un investissement de
800 millions d'euros sur la période 2009 à 2014.
Caractéristiques du tunnel de Neuilly
Le tunnel de Neuilly-sur-Seine se situe dans le département des Hauts-de-
Seine (92) sur la RN13 entre le pont de Neuilly-sur-Seine et le boulevard
périphérique, dans une zone fortement urbanisée. Il constitue un axe
important entre l'autoroute A14 et Paris. Chiffres clefs : Construction : 1990-1992. Longueur : 440 m.
Trafic : 140 000 véhicules par jour dont 5 % de poids lourds. Gabarit
routier : 4,50 m.
Type : tunnel urbain à deux tubes unidirectionnels à trafic non faible
interdit aux transports de marchandises dangereuses.
Système de ventilation : semi-transversal réversible. Vitesse maximale
dans l'ouvrage : 70 km/h. Le tunnel de Neuilly est composé de deux tubes (voir la vue en plan page
4) :
. Le tube nord permet la circulation dans le sens Paris vers province
sur trois voies.
. Le tube sud permet la circulation dans le sens province vers Paris
sur quatre voies. La ventilation et l'éclairage du tube nord sont gérés depuis l'usine est.
La ventilation et l'éclairage du tube sud sont gérés depuis l'usine ouest.
Le fonctionnement des deux usines étant identiques, seule l'usine ouest
sera étudiée lors de cette épreuve.
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[pic]
Vue en plan de l'usine Ouest
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Principe de la ventilation "semi-transversale réversible"
Dans chaque tube du tunnel, la ventilation a deux fonctions :
. la ventilation sanitaire ;
. le désenfumage. La ventilation sanitaire permet d'assurer le renouvellement d'air frais
pour assurer l'extraction des polluants provenant des gaz d'échappement
des véhicules (monoxyde de carbone, gaz carbonique, monoxyde d'azote,
oxyde d'azote, particules). Le désenfumage a pour fonction de maîtriser les quantités de fumées en cas
d'incendie. Si un feu de forte intensité se déclare (par exemple un
incendie de poids lourd), il faut évacuer les fumées du tunnel de façon à
réduire les risques d'asphyxie pour les personnes encore présentes à
l'intérieur. En ventilation "semi-transversale réversible", la ventilation sanitaire
est assurée par des ventilateurs qui insufflent de l'air frais dans les
gaines de soufflage ; cet air frais est diffusé par des bouches de
ventilation dans le tube sur toute sa longueur (voir vue en plan page
4). L'air vicié est expulsé par les extrémités du tube. Enjeu
Il s'agit principalement d'assurer une sécurité améliorée pour les usagers
qui empruntent le tunnel de Neuilly chaque jour. La mise en sécurité
impose : - d'assurer le désenfumage et la ventilation sanitaire conformément au
décret de mise en conformité des tunnels de grande longueur ; - de maintenir l'alimentation électrique des usines de ventilation du
tunnel ; - d'assurer la communication des équipements avec le poste de contrôle
trafic et tunnel (PCTT). Problématique E41
Le sujet est composé de 4 parties indépendantes notées A, B, C et D. - La partie A aborde le dimensionnement des groupes motoventilateurs
pour permettre le désenfumage d'un tube en cas d'incendie dans le
tunnel. - Les différents points de fonctionnement des moteurs asynchrones sont
étudiés dans la partie B. - La partie C étudie la structure du variateur de vitesse et les
limites dynamiques de l'inversion du sens de rotation d'un
motoventilateur. - Dans la partie D, la modélisation du transformateur de distribution
HTA/BT conduit au calcul du courant de court-circuit au secondaire.
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Partie A. Dimensionnement des motoventilateurs.
L'objectif de cette partie est de vérifier le dimensionnement des groupes
motoventilateurs de l'usine ouest afin d'assurer l'extraction des fumées
en cas d'incendie dans le tube sud.
1 Débit de désenfumage.
L'instruction technique relative aux dispositions de sécurité dans les
nouveaux tunnels routiers règlemente la ventilation de désenfumage en cas
d'incendie. Pour les tunnels urbains de longueur supérieure à 300 m, on a
extrait les prescriptions pour le désenfumage en ventilation semi-
transversale :
Données pour le tube sud du tunnel de Neuilly : - section transversale intérieure du tube sud : S = 67,5 m2 ; - circuit d'extraction des fumées : . réalisé à l'aide de 176 bouches réparties le long du tunnel ;
. bouches de désenfumages rectangulaires et de dimensions 0,5 m x
0,2 m ;
. débit supposé identique pour chaque bouche. 1. Déterminer le débit d'extraction minimum, noté Qmin pour
assurer le désenfumage compatible avec les prescriptions. 2. Pour une vitesse moyenne de l'air de 15 m/s au niveau de
chaque bouche de désenfumage vérifier que le débit d'air
traversant chaque bouche noté, Qbouche est égal à 1,5 m3/s.
En déduire le débit maximum appelé Qmas assuré par
l'ensemble des bouches de désenfumage. 3. En pratique, l'extraction des fumées est assurée par 2
motoventilateurs, qui, en fonctionnement simultané,
possèdent chacun un débit nominal de 125 m3/s. Montrer que
ce choix permet un débit d'extraction compris entre Qmin
et Qmas déduit de la circulaire n°2000-63.
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