Agrégation concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
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Support : Stade Pierre Mauroy

1 Présentation

L’étude porte sur un projet mené par l’entreprise Eiffage, un des leaders mondiaux dans le domaine de la construction. Le stade Pierre Mauroy, représenté sur la figure 1, est le premier ouvrage français prévu dès l’origine pour accueillir deux types d’événements, sportifs et culturels. L’ouvrage comporte deux dispositifs mobiles : un toit escamotable acoustique et une pelouse qui se soulève sur sa moitié et se déplace pour venir se superposer à la moitié restante. Dans l’espace libéré, des gradins rétractables supplémentaires situés en dessous du niveau de la pelouse et un nouveau sol complètent la transformation. L’enceinte constitue alors une salle de spectacle de 30 000 places (mode Aréna). La capacité, pour le mode stade, est de 50 000 spectateurs.

L’étude porte plus particulièrement sur le changement de configuration du plateau mobile supportant la pelouse qui laisse place à une salle de spectacle couverte, comme le montre la figure 2.

Le plateau est levé de 5,7 m par 12 vérins, puis après transfert des charges sur des chariots rouleurs, translaté de 63 mètres afin de superposer les deux moitiés de pelouse et laisser libre la zone Aréna. Avec toutes les manoeuvres annexes (mise en position des tribunes télescopiques et du rideau), il faut environ 24 heures pour changer de configuration.

Les trois phases de changement de configuration sont :

• position posée, le plateau mobile est posé au fond de la fosse sur des vérins de calage (figure 3) ;
• position de levage, le plateau mobile est supporté par des vérins de levage ;
• position de translation, le plateau mobile est supporté par les bras pivotants et se déplace sur ses chariots rouleurs.

L’objectif général de ce sujet est de vérifier divers points de dimensionnement du système dans les phases de levage et de translation pour valider l’exigence relative à la durée de ce changement de configuration. Un diagramme partiel des exigences associées est présenté dans le DT1.

1.1 Géométrie d’ensemble du plateau mobile

Le plateau mobile est composé d’une structure métallique qui supporte une dalle orthotrope (elle possède deux plans de symétrie orthogonaux entre eux) constituée d’une tôle de 10 mm d’épaisseur, renforcée par des augets dans sa grande longueur. La hauteur de l’ensemble est 3,4 m, la surface est de 75 m x 55 m. Il est composé de 2 poutres de rive (PRE et PRO), de 12 poutres treillis principales (PP) et de 9 poutres secondaires (PS) (voir DT2, DT3). Cette dalle est étanchée par une feuille antiracine et comporte toutes les réservations nécessaires à ancrer les poteaux de football ou de rugby et à installer l’arrosage de l’aire de grand jeu.

En position posée, le plateau mobile est inséré dans une fosse. Il repose sur des appuis élastiques (vérins de calage) situés aux intersections des poutres, principales et secondaires, et sur des vérins de levage, sous les poutres de rive (figure 3).

1.2 Le levage du plateau

Le plateau, recouvert de pelouse, pèse 5 250 tonnes. Douze vérins permettent d’effectuer la phase de levage. Ils sont répartis en deux ensembles de six vérins, à l’est et à l’ouest, au droit des poutres de rive comme décrit sur la figure 4 et le DT2.

Il s’agit de vérins simple-tige double-effet, de 1 050 tonnes de poussée chacun. Ce choix permet de poursuivre une manoeuvre malgré la défaillance totale d’un vérin par côté.

1.3 La translation du plateau

Une fois le plateau tenu en position haute, les bras de translation sont ouverts et l’ensemble plateau est posé sur des unités de translation (figures 5 et 6).

Chaque unité de translation est composée d’un moteur hydraulique, d’un vérin et d’un chariot rouleur.

2 Études proposées :

Le sujet s’articule autour de 4 parties qui s’intéressent à des contraintes de fonctionnement présentant chacune un haut niveau de criticité dans la phase de changement de configuration de l’ouvrage, en moins de 24 heures :

• étude de la structure du plateau mobile ;
• étude du cycle de chauffe du fluide du système hydraulique de levage ;
• étude du levage du plateau mobile ;
• étude de la commande du système hydraulique de translation du plateau.

La synthèse générale porte sur la validation de l’exigence liée au temps de changement de configuration.