Terminale SI : Séquence 1
Mobilité des personnes et des biens
Un des grands défis d’aujourd’hui est d’économiser au maximum l’énergie nécessaire au déplacement des biens et des personnes. Cela implique de pouvoir analyser et modéliser avec précision la dynamique de ces systèmes.
Le principe fondamental de la dynamique (PFD) permet de mettre en évidence une relation de causalité entre le mouvement d’un solide et les actions mécaniques qui lui sont appliquées. Les frottements participent activement à une déperdition d’énergie et il est nécessaire de pouvoir les quantifier afin d’améliorer les analyses.
EX1: Exercices sur les frottements (série n°1) (correction)
EX1bis: Exercices sur les frottements (série n°2) (correction)
EX2: Exercices sur le PFD (correction)
EX3: Exercices sur les théorèmes énergétiques (série n°1) (correction)
EX3bis: Exercices sur les théorèmes énergétiques (série n°2) (correction)
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CH1 : Frottements et roulements (version professeur)
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CH2 : Dynamique des mouvements plans (version professeur)
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CH3 : Théorèmes énergétiques (version professeur)
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TD1 : Fauteuil roulant (correction) On s’intéresse au comportement d’un fauteuil roulant électrique lors de la montée d’une pente. (Prérequis : CH1) |
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TD2 : Tapis roulant (correction) Le tapis roulant étudié est utilisé pour embarquer certains colis dans les avions. Il est essentiellement constitué d’une bande transporteuse, entraînée en rotation par un rouleau moteur situé en haut du tapis. (Prérequis : CH3) |
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TDBAC1 : Tramway Rennais (2018) (correction) Le métro de Rennes (de type VAL : Véhicule Automatique Léger) est un système de transport en commun entièrement automatique, développé par la société Siemens France. L’objectif du TD est d’analyser l’incidence du profil de la voie de circulation des rames sur le respect des contraintes horaires du métro. (Prérequis : CH1) |
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TDBAC2 : Camper Trolley (2012) (correction) Le système étudié est le tracteur caravane Camper trolley. Le sujet a pour objectif de vérifier que la motorisation utilisée dans le camper Trolley est capable de tracter la caravane. (Prérequis : CH1) |
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TDBAC3 : X-Track (2014) (correction) La retransmission d’événements sportifs est un enjeu majeur pour les différentes chaînes de télévision. La retransmission doit être de qualité et pour apporter plus de dynamisme, la société XD-motion utilise pour filmer l’épreuve d’athlétisme du 100m, le système X-Track qui est une caméra motorisée sur rails. L’objectif du TD est de vérifier les performances du système en terme de suivi d’un record du monde de 100m. (Prérequis : CH2) |
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TDBAC4 : SEAREV (2014) (correction) On estime que l’on pourrait installer en mer des parcs de machines avec une densité de puissance de l’ordre de 25 MW par km2 de mer occupée, ce qui pourrait alimenter environ 8 000 foyers français en électricité (moyenne annuelle hors chauffage). Le SEAREV grandeur réelle (24 m sur 14 m, 1 000 tonnes dont 400 tonnes pour la roue pendulaire) devrait avoir une puissance électrique installée de 500 kW. L’objectif du TD est d’analyser la dynamique de la roue pendulaire. (Prérequis : CH2) |
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TDBAC5 : Système de sécurité du panoramique des Dômes (2015) (correction) Le site du Puy-de-Dôme est devenu un site classé en 2000 et a été labellisé « Grand site de France » en 2008. Afin d’assurer le transport des visiteurs, le Conseil Général du Puy-de-Dôme a décidé de réaliser une voie ferrée pour un train à crémaillère appelé « Panoramique des Dômes ». L’objectif du TD est de vérifier que le système de freinage est correctement dimensionné. (Prérequis : CH1 et CH2) |
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TP1 : Buggy Core – Partie 1 L’objectif de cette première partie est de déterminer les frottements secs et les frottements fluides auxquels est soumis le Buggy. La détermination des frottements secs se fera de manière expérimentale, alors que la détermination des frottements fluides se fera à l’aide d’une simulation par éléments finis. |
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TP2 : Buggy Core – Partie 2 L’objectif de cette seconde partie est de déterminer les caractéristiques de la dynamique de la voiture. En particulier, on s’intéressera à la dynamique en translation et à la dynamique des amortisseurs. |
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TP3 : Buggy Core – Partie 3 L’objectif de cette dernière partie est d’établir le modèle de simulation Matlab / Simulink du buggy afin de relever la dynamique en translation. Après avoir comparé les valeurs obtenues (accélération, vitesse et position) en simulation avec les expériences menées précédemment, on s’attachera à consolider le modèle. |
| Séquence n°1 : Mobilité des personnes et des biens | ||||||
| Compétences | Compétences développées | Connaissances associées | Modalités pédagogiques | |||
| TP | Cours | EXOS/TD | TDBAC | |||
| Analyser | Analyser les charges appliquées à un ouvrage ou une structure | Charge permanente, charge d’exploitation | TP1,2 | CH1,2 | EX1bis,2 TD1 | TDBAC1,2,3,5 |
| Analyser des résultats d’expérimentation et de simulation | Lois physiques associées au fonctionnement d’un produit Critères de performances | TP1,2,3 | TDBAC5 | |||
| Quantifier les écarts de performances entre les valeurs attendues, les valeurs mesurées et les valeurs obtenues par simulation | Écarts de performance absolu ou relatif, et interprétations possibles Erreurs et précision des mesures expérimentales ou simulées Traitement des données : tableaux, graphiques, valeurs moyennes, écarts types, incertitude de mesure Choix pertinent d’un ou plusieurs critères de comparaison | TP3 | ||||
| Rechercher et proposer des causes aux écarts de performances constatés Valider les modèles établis pour décrire le comportement d’un objet | Analyse des écarts de performances | TP3 | ||||
| Modéliser | Proposer et justifier des hypothèses ou simplification en vue d’une modélisation | Hypothèses simplificatrices Modélisation plane | TP3 | TDBAC1,2,3 | ||
| Modéliser les mouvements Modéliser les actions mécaniques | Trajectoires et mouvement | TP3 | CH1,2 | EX2 | TDBAC1,2,3,4 | |
| Déterminer les actions mécaniques (inconnues statiques de liaisons ou action mécanique extérieure) menant à l’équilibre statique d’un mécanisme, d’un ouvrage ou d’une structure | Modèle de frottement – Loi de Coulomb | TP3 | CH1 | EX1,1bis TD1 | TDBAC1,2,3,4 | |
| Déterminer les grandeurs géométriques et cinématiques d’un mécanisme | Positions, vitesses et accélérations linéaire et angulaire sous forme vectorielle | TP2 | CH2 | EX2 | TDBAC1,4 | |
| Déterminer la grandeur flux (vitesse linéaire ou angulaire) lorsque les actions mécaniques sont imposées Déterminer la grandeur effort (force ou couple) lorsque le mouvement souhaité est imposé | Principe fondamental de la dynamique Solide en rotation autour d’un axe fixe dont le centre de gravité est sur l’axe de rotation Notion d’inertie et d’inertie équivalente Solide en translation rectiligne | CH2,3 | EX2,3,3bis | TDBAC1,2,3,4 | ||
| Quantifier les performances d’un objet réel ou imaginé en résolvant les équations qui décrivent le fonctionnement théorique | Méthodes de résolution analytique et numérique | TP3 | CH1,2,3 | EX1,2,3,3bis | TDBAC1,2,3,4 | |
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Expérimenter Simuler |
Proposer et justifier un protocole expérimental | Règle de raccordement des appareils de mesure et des capteurs | TP1,2 | |||
| Modifier les paramètres influents et le programme de commande en vue d’optimiser les performances du produit | Processus itératif d’amélioration des performances | TP3 | ||||
| Mettre en œuvre une simulation numérique à partir d’un modèle multi-physique pour qualifier et quantifier les performances d’un objet réel ou imaginé | Paramètres de simulation : durée, incrément temporel, choix des grandeurs affichées, échelles adaptées à l’amplitude et la dynamique des grandeurs simulées | TP3 | ||||
| Valider un modèle numérique de l’objet simulé | Écarts entre les performances simulées et mesurées Limites de validité d’un modèle | TP3 | ||||
| Communiquer | Présenter un protocole, une démarche, une solution en réponse à un besoin Présenter et formaliser une idée | Diagrammes fonctionnels, schémas, croquis | TP1,2,3 (oraux) | |||
| Rendre compte de résultats | Tableau, graphique, diaporama, carte mentale | |||||
| Collecter et extraire des données Comparer, traiter, organiser et synthétiser les informations pertinentes | ENT, moteurs de recherche, internet, blog, base de données, dossiers techniques | |||||
| Travailler de manière collaborative Trouver un tiers expert Collaborer en direct ou sur une plateforme, via un espace de fichiers partagés | Espaces partagés et de stockage, ENT | |||||
| Adapter sa communication au public visé et sélectionner les informations à transmettre Scénariser un document suivant le public visé | Média, outils multimédia, outils bureautiques, carte mentale, diagramme de l’ingénierie système, schéma, croquis, prototype | |||||
| Communiquer de façon convaincante | Placement de la voix, qualité de l’expression, gestion du temps | |||||