bac SI

13SISCMLR1 BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SÉRIE SCIENTIFIQUE ÉPREUVE DE SCIENCES DE L'INGENIEUR Session 2013 Durée de l'épreuve : 4 heures Coefficient 4,5 pour les candidats ayant choisi un enseignement de spécialité autre que sciences de l'ingénieur Coefficient 6 pour les candidats ayant choisi l'enseignement de sciences de l'ingénieur comme enseignement de spécialité Aucun document autorisé Calculatrice autorisée, conformément à la circulaire n° 99-186 du 16 novembre 1999 Page 1 sur 23 13SISCMLR1 Thermographie aérienne d'une station de ski par ballon captif Constitution du sujet texte .................................................................................. pages 3 à 18 1. Analyse du besoin 2. Réponse au besoin 3. Analyse des écarts entre la traction attendue et les résultats obtenus avec le modèle de calcul en altitude 4. Comparaison, en termes d'autonomie, des résultats de l'expérimentation réalisée en plaine avec les résultats obtenus avec un modèle multiphysique 5. Décodage des informations issues de la carte GPS en vue de leur exploitation 6. Conclusion sur la réponse apportée à la problématique initiale documents techniques ..................................................... pages 19 et 20 documents réponses ........................................................ pages 21 à 23 Le sujet comporte 30 questions. Les documents réponses DR1 à DR3 sont à rendre avec les copies. Page 2 sur 23 13SISCMLR1 Thermographie aérienne d'une station de ski par ballon captif La thermographie infrarouge est un outil de diagnostic permettant de détecter des variations thermiques locales et des déperditions de chaleur (ensemble des fuites calorifiques) sur des bâtiments publics ou privés. La technique est basée sur la captation d'images par une caméra thermique, l'énergie émise ayant un rapport direct avec la température du matériau. La thermographie infrarouge se limite à la mesure de températures de surfaces. La visualisation de défauts d'isolation, ignorés ou soupçonnés, peut être ainsi mise en évidence, tant sur des bâtiments anciens (visualisation des défauts à traiter en priorité) que sur des bâtiments neufs (qualité de réalisation). Le rayonnement capté par la caméra est analysé et corrigé par un logiciel de calcul thermographique et le résultat final est une image correspondant à la répartition de la température sur la scène filmée. Le thermogramme est généralement présenté en couleurs ou niveaux de gris. Chaque couleur ou niveau de gris représente un niveau de température défini. Figure 1 : thermogramme d'une maison individuelle (http://www.projetvert.fr) Les déperditions, ainsi mises en évidence, peuvent être dues à : - - - - des isolants de mauvaise qualité, dégradés ou sous-dimensionnés ; une existence de ponts thermiques(1) ; une présence d'humidité ; des défauts d'étanchéité. La thermographie terrestre permet de réaliser des mesures sur les façades et sur des toitures peu élevées à l'aide d'un mât télescopique. La mise en oeuvre est, dans ce cas, simple et particulièrement économique mais le champ d'action reste limité en hauteur. (1) Un pont thermique est une zone ponctuelle ou linéaire qui, dans l'enveloppe d'un bâtiment, présente une variation de résistance thermique. Il est généralement situé à la jonction de deux parois. Page 3 sur 23 13SISCMLR1 La thermographie aérienne permet de réaliser des cartographies ther miques de toitures de bâtiments d'une grande hauteur, mais elle offre d'autres applications : - - - - détection des cavités souterraines ; détection de fuites hydrauliques souterraines importantes ; contrôle de centres d'enfouissement ; recherche des pollutions sur terre et en mer. Type Hélicoptère léger (2/3 places) Hélicoptère mono-turbine (5/6 places) Avion de tourisme ULM Consommation de carburant 30 à 40 L h -1 100 à 140 L h 27 L h -1 -1 12 à 14 L h -1 Ballon captif Niveau sonore Prix de l'heure de vol Hauteur de prise de vue Émission de CO2 Type de mesures 70 d B à 500 m 250 EUR Mini 400 m Oui Toitures sur grande zone 70 d B à 500 m 500 EUR Mini 400 m Oui Toitures sur grande zone 70 d B à 500 m 35 d B à 500 m 110 EUR Mini 400 m Oui 60 EUR Mini 400 m Oui 0 dB à 30 m 30 EUR Maxi 150 m Non Toitures sur grande zone Toitures sur grande zone Toitures, façades et sites difficiles d'accès Tableau 1 : différents moyens de transport utilisés pour la thermographie aérienne La thermographie par ballon captif (ballon relié au sol par un câble) permet de cibler plus précisément un bâtiment. Elle présente l'avantage de réduire les délais d'intervention, de simplifier les démarches administratives, et elle est sans danger pour les personnes présentes sur la zone d'intervention. Le ballon, gonflé à l'hélium (gaz porteur plus léger que l'air), peut être équipé d'un système de géo référencement intégrant un récepteur GPS. La caméra thermique est fixée sur une nacelle, l'ensemble est piloté depuis le sol par un système de radiocommande. Les images sont visualisées en temps réel depuis le sol sur u n écran de contrôle grâce à un système de transmission vidéo sans fil. Pourquoi un tel projet ? Le maire d'une commune de montagne incluant u ne station de ski située à 1 800 m d'altitude désire lancer une opération de thermographie aérienne. Lors des vacances d'hiver, la venue des vacanciers génère un revenu important pour la commune mais elle est aussi un facteur influant sur les dépenses énergétiques. Le but de cette opération sera de valider le travail réalisé sur les constructions neuves et de mesurer les progrès effectués sur les bâtiments en cours de réhabilitation. Cette étude qui portera autant sur les toitures que les façades devra se dérouler en période froide pour être exploitable. Elle devra donc être sans nuisance pour les vacanciers qui affluent dans la station pendant cette période. Une politique de maîtrise de l'énergie est un facteur de communication important auprès du grand public. Le maire espère donc, par la publication des résultats des travaux entrepris via un site internet, la presse et les plaquettes de l'office du tourisme, la valorisation de sa station. Page 4 sur 23 13SISCMLR1 1. Analyse du besoin Objectifs de cette partie : analyser le besoin à l'origine des prises de vues thermographiques et comparer la sol...