Mise en situation
Contexte de l'étude
Les hydroplaneurs sont développés et utilisés par des équipes de scientifiques, comme celles de l'IFREMER (Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer) pour mesurer certaines caractéristiques physico-chimiques de l'eau de mer, en surface et en profondeur (pression, température, salinité, ...).
Pour capter et enregistrer ces caractéristiques, on peut utiliser différents systèmes, comme les bouées, les stations sous-marines fixes ou les bateaux. Les hydroplaneurs complètent ces systèmes classiques. Ils sont conçus pour naviguer en plongée la majeure partie du temps.
Comme les planeurs aériens, ces engins ne sont pas équipés de système de propulsion et utilisent la portance de leurs ailes et les courants marins pour naviguer sous la mer. Pour transmettre l'ensemble des informations acquises durant la phase de plongée, il remonte régulièrement à la surface pour communiquer avec des satellites et des bases terrestres spécialisées dans l'acquisition et le traitement de ces données.
L'hydroplaneur support du sujet a été développé par la société Bluefin Robotics (U.S.A.). Il embarque son énergie dans un nombre limité de batteries sans qu'il soit prévu de les recharger pendant la mission.
La Figure 1 donne le diagramme de contexte de l'hydroplaneur.
Présentation du système
Les concepteurs de l'hydroplaneur ont donc été soumis à de fortes contraintes notamment celles liées à la consommation énergétique. Ils ont cherché les solutions techniques les plus économiques pour permettre à l'appareil de passer plusieurs mois en mer avant d'être repêché.
La Figure 2 rassemble les exigences du système dans un diagramme.
L'hydroplaneur est principalement constitué d'une enveloppe étanche assurant la flottabilité et la protection des organes internes, d'un système de puissance gérant le tangage et le roulis, d'un système hydraulique gérant la montée et la descente et enfin d'un système électronique permettant la mesure des caractéristiques physico-chimiques de l'eau de mer et la transmission des données.
Problématique et objectifs de l'étude
Les missions d'observation sont réalisées en autonomie, c'est-à-dire sans apport ou récupération d'énergie. Une des problématiques principales est donc l'optimisation de la consommation énergétique du sous-marin. Lors d'une mission d'observation, les principales sources de consommation énergétique se situent aux niveaux suivants :
- la consommation des moteurs déplaçant les masses mobiles du planeur « roll pack » et « pitch pack » ;
- la consommation des cartes électroniques d'acquisition, de traitement et de stockage ;
- la consommation due à la communication avec les satellites ;
- la consommation de la pompe hydraulique gérant les cycles de plongée et de remontée.
Contenu de l'épreuve
L’étude est composée de 5 parties indépendantes.
Il est proposé au candidat de répartir son temps de travail sur les différentes parties de l’étude de la façon suivante :
- Partie I : Mise en situation - 10 min
- Partie II : Modélisation et validation du comportement du planeur - 1 h 10 min
- Partie III : Chaînes de puissance de tangage et de roulis - 50 min
- Partie IV : Validation du dimensionnement de la structure du planeur - 1 h 30 min
- Partie V : Conclusion vis-à-vis de la problématique - 20 min