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STAEAH_B-ExtSesS1_11_101207 BAT 1/14 CONCOURS DE RECRUTEMENT AU PROFESSORAT DE

STAEAH_B-ExtSesS1_11_101207 BAT 1/14 CONCOURS DE RECRUTEMENT AU PROFESSORAT DE L’ENSEIGNEMENT TECHNIQUE AGRICOLE CAPETA SESSION 2011 Concours : EXTERNE Section : Sciences et technologies des agroéquipements et des équipements des aménagements hydrauliques. Option B : Equipements des aménagements hydrauliques. ÉPREUVE ÉCRITE D’ADMISSIBILITÉ N°1 Culture disciplinaire (Coefficient : 2 - Durée : 5 heures) Matériel(s) et document(s) autorisés : Calculatrice Rappel : Au cours de l’épreuve, la calculatrice est autorisée pour réaliser des opérations de calculs, ou bien élaborer une programmation, à partir des données fournies par le sujet. Tout autre usage est interdit. Le sujet est composé de quatre groupes de questions indépendantes : Question A : La régulation des écoulements à surface libre (12 points/40) Question B : Les transferts d’énergie dans les systèmes hydrauliques (12 points/40) Question C : Le traitement d’eau au chlore (10 points/40) Question D : Le fonctionnement d’un système hydraulique avec pompage( 6 points/40) Les annexes sont à rendre avec la copie SUJET STAEAH_B-ExtSesS1_11_101207 BAT 2/14 Question A La régulation des écoulements à surface libre La régulation (niveaux ou débits) constitue souvent une nécessité pour améliorer les performances des réseaux à écoulements à surface libre. Différentes technologies sont utilisées, certaines sont fondées sur l’application du ‘Principe d’Archimède’. Le document 1 explicite partiellement, à partir d’extraits de la notice de l’équipement, le fonctionnement d’une vanne de régulation utilisée dans les réseaux d’assainissement pluviaux. A1 Décrire, en utilisant la représentation GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande Etapes/Transitions), le fonctionnement de cette vanne de régulation. A2 Sur la notice du constructeur, le matériau constituant la vanne est identifié par sa norme américaine (AISI), qui correspond à la norme EN 10088-2 X2CrNi18.09 . Il comporte aussi du molybdène dans sa composition. Expliciter la référence X2CrNi18.09 ; Citer la principale propriété de ce matériau. A3 Citer, de façon précise, la fonction de cette vanne de régulation. A4 Enoncer le ‘Principe d’Archimède’. Ecrire le bilan des forces exercées sur un cube fictif immergé dans l’eau sans mouvement. Conclure. A5 Calculer le moment (par rapport à l’axe de rotation de la vanne de régulation) de l’action du bras articulé lorsque le flotteur est à moitié immergé. Commenter ce résultat en fonction de la position du centre de gravité du bras articulé. Nota : • Caractéristiques du flotteur : - diamètre externe = 500 mm ; longueur externe = 750 mm ; - distance entre l’axe du flotteur et l’articulation = 0,7 m ; - réalisation : tôles d’épaisseur 6 mm en acier inox 304L (masse volumique =7,90 kg.dm-3). • Négliger la force de poussée sur le bras articulé. A6 La courbe caractéristique de la vanne de régulation est décrite sommairement dans le document 1. Expliciter l’allure de son tracé. Préciser les lois associées aux parties A et C. A7 La vanne de régulation est située en amont d’une conduite de diamètre 500 mm dont l’écoulement en régime uniforme occupe la demi-section de la conduite. A71 Déterminer la perte de charge unitaire dans la conduite. Justifier la réponse. A72 Déterminer la dimension du coefficient de rugosité de la formule de Manning-Strickler. En déduire son unité dans le Système International. A73 Calculer le débit dans la conduite. STAEAH_B-ExtSesS1_11_101207 BAT 3/14 Nota : • A toutes fins utiles, on rappelle la formule de Manning-Strickler : H 2 1 3 2 H s S i R K Q = Avec Q : débit en m3.s-1 ; KS : coefficient de rugosité (selon Manning-Strickler); RH : rayon hydraulique en m ; SH : section mouillée en m2 ; i : pente du radier en m/m. • Prendre pour coefficient de rugosité, KS = 80 et pour pente du radier = 6 m/km ; • Négliger l’épaisseur de la conduite. A8 La fixation murale de la vanne de régulation s’effectue par chevilles à expansion par vissage pour béton non fissuré de type ‘Spit-fix’ M12-40/100 (Cf Annexe A) Dessiner, sur l’Annexe A, la partie filetée, la rondelle et l’écrou de cette cheville ; Préciser l’échelle utilisée. Question B Les transferts d’énergie dans les systèmes hydrauliques Les transferts d’énergie dans les écoulements hydrauliques peuvent être globalement explicités par deux théorèmes : le théorème de Bernoulli et celui d’Euler. Malgré cette apparente simplicité, la résolution des problèmes associés aux systèmes hydrauliques est plus ou moins complexe et nécessite la mise en œuvre de techniques calculatoires spécifiques. Question B1 B11 Ecrire, le théorème de Bernoulli sous ses trois formes usuelles (énergie, pression, hauteur de fluide). Expliciter tous les termes et les unités associées. B12 Expliquer, ce qui différencie principalement les théorèmes de Bernoulli et d’Euler. B13 L’utilisation de formules monômes de pertes de charge unitaires simplifie les techniques calculatoires en hydraulique. Ecrire sous forme monôme, en respectant les notations ci-dessous, la formule de Manning et Strickler (appliquée aux écoulements en charge) ; En déduire la valeur des coefficients lorsque le coefficient de rugosité, KS est égal à 80. Nota : Se référer aux notations suivantes : m - n D Q a J = Avec J : perte de charge unitaire en mCE/km ; Q : débit en m3.s-1 ; D : diamètre intérieur en m STAEAH_B-ExtSesS1_11_101207 BAT 4/14 Question B2 ( points) Le document 2 représente le système hydraulique simple permettant de mettre en œuvre des techniques calculatoires plus ou moins complexes. Ce système est constitué d’un réservoir de grande dimension et d’une cheminée d’équilibre (réservoir qui peut évacuer tout le débit entrant, quel que soit celui-ci). Un ensemble de conduites de même nature (AB, BD, CD et DE) relie le réservoir et la cheminée d’équilibre. Nota : • Considérer que les sorties du réservoir (A, C) et l’entrée de la cheminée (E) sont toujours immergées. • Calculer les pertes de charge linéaires à l’aide de la formule de LECHAPT ET CALMON : j= 1,1 L Q1,89 D-5,01 Avec j : perte de charge linéaire en mCE ; L : longueur de la conduite en km ; Q : débit en m3.s-1 ; D : diamètre intérieur en m. • Négliger les pertes de charge singulières. B21 Déterminer la différence de charge entre A et C ; Justifier la réponse. B22 Lorsque le débit transité de C vers D est égal à 15 L.s-1, B221 Calculer la cote minimale du plan d’eau du réservoir. B222 Tracer, sur l’annexe B, le plan de charge et la ligne piézométrique pour le parcours A B D E. B23 Lorsque la différence de niveau différence de niveau entre le réservoir et la cheminée d’équilibre est de 10 m, Calculer les débits dans les conduites. B24 Lorsque l’on prélève au point B un débit 10 L.s-1 et que la différence de niveau entre le réservoir et la cheminée d’équilibre est de 5 m, les vitesses dans les conduites ne dépassent pas 2,5 m.s-1. B241 Déterminer graphiquement, sur l’annexe C, les pertes de charge dans les conduites. Préciser le point du système à partir duquel vos tracés de courbes caractéristiques sont réalisés. B242 Calculer les débits dans les conduites par la méthode d’Hardy-Cross ; Présenter, dans un tableau, au moins deux itérations successives. Question C Le traitement d’eau au chlore Outre le mouvement hygiéniste, certaines idées ou évolutions sociales se conjuguent pour favoriser la mise en place des réseaux d’eau. Vers 1850, des fontaines publiques à poussoir et des robinets d'eau apparaissent à Paris dans certaines cours d'immeubles. En 1854, le Baron Haussmann, préfet de la Seine, est très dubitatif quant à la fiabilité de l'eau de la Seine (qui constitue alors la principale source d'alimentation en eau) et est favorable à des captages de sources proches de Paris. A la fin du XIXème siècle, la qualité sanitaire de l'eau potable devient un objectif majeur. Des procédés de filtration lente de l'eau sont mis en place à Saint-Maur et à Ivry. Dés 1906, les villes de Nice et de Chartres sont parmi les premières villes de France à utiliser l'ozone pour désinfecter l'eau. Toutefois, le recours au chlore et à ses dérivés se développe après la Première Guerre mondiale. C1 Expliciter les principales idées défendues par le mouvement hygiéniste. STAEAH_B-ExtSesS1_11_101207 BAT 5/14 C2 La solution de Berthollet (eau chlorée) évolua au cours du 19ème siècle. Les chimistes Cotelle et Fouchet mirent au point dès 1868 un procédé de fabrication industrielle ; mais il faut attendre la fin des années 1950 pour voir apparaître sur le marché une solution d'hypochlorite de sodium concentrée. C21 Citer le nom usuel de la solution d'hypochlorite de sodium vendue dans le commerce. C22 Dans les pays francophones, cette solution est caractérisée par son degré chlorométrique. Exemple : sur un berlingot de 250 mL , 48° chl dépar t usine. C221 Définir le terme « degré chlorométrique ». C222 Ecrire l’équation chimique de formation du dichlore en milieu acide. C223 Déterminer, d'après les indications de l'étiquette (exemple ci-dessus), la concentration molaire en ions hypochlorites et la concentration massique en dichlore. C224 Représenter, en utilisant la méthode de Lewis, la molécule d’acide hypochloreux HClO. En déduire le nombre (degré) d’oxydation de l’élément chlore dans la formule HClO. C3 La destruction des micro-organismes de l’eau, en uploads/Geographie/ capeta-staeah-ext-s1 1 .pdf