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15ET2D 1/25 SESSION 2015 BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE Sciences et Technologies de

15ET2D 1/25 SESSION 2015 BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE Sciences et Technologies de l’Industrie et du Développement Durable ENSEIGNEMENTS TECHNOLOGIQUES TRANSVERSAUX Coefficient 8 – Durée 4 heures Aucun document autorisé Calculatrice autorisée Robot de traite autonome Lely Astronaut • Dossier sujet (mise en situation et questions à traiter par le candidat) o Mise en situation ................................................ Pages 2 à 3 o PARTIE 1 (3 heures) .............................................. Pages 4 à 9 o PARTIE 2 (1 heure) ................................................ Pages 10 à 11 • Dossiers techniques ..................................................... Pages 12 à 22 • Documents réponses .................................................... Pages 23 à 24 Le sujet comporte 24 pages numérotées de 1/24 à 24/24. ! Le dossier sujet comporte deux parties indépendantes qui peuvent être traitées dans un ordre indifférent. ! Les documents réponses DR1 à DR4 (pages 23 à 24) seront à rendre agrafés avec vos copies. ! Rédiger sur feuilles de copie quand il n’est pas précisé de compléter un document réponse. 15ET2D 2/25 Mise en situation L’industrie laitière en France est une industrie du domaine agroalimentaire, elle est le premier secteur de cette industrie, 23 milliards de litres de lait ont été extraits en 2012 avec un cheptel de plus de 3 millions de vaches laitières réparties dans 90 000 exploitations. Les produits laitiers sont transformés sur plus de 700 sites qui emploient environ 57 000 personnes. Les contraintes associées à la production laitière sont nombreuses et diverses. Il y a tout d’abord les contraintes de qualité sanitaire qui imposent le respect de règles strictes et donc le maintien ou l’évolution du matériel de traite respectant ces normes. Les contraintes principales sont au niveau de l’agriculteur. En effet, l’agriculteur qui exploite un troupeau de vaches laitières doit être particulièrement présent dans son exploitation, il faut assurer le suivi des animaux et la gestion du troupeau au quotidien, mais surtout effectuer la traite deux fois par jour, 365 jours par an. La traite est une opération difficilement sous-traitable, elle est la principale source de revenu de l’agriculteur et elle permet en même temps le suivi visuel des vaches. Pour libérer l’agriculteur d’une partie de ces contraintes, il existe des robots de traite. Ceux-ci permettent l’automatisation complète de la traite, c’est la vache laitière qui se présente elle-même pour se faire traire par la machine. Une identification individuelle de l’animal permet à la machine le suivi de la quantité de lait produit, l’apport d’un complément alimentaire adapté. La pesée permet une bien meilleure connaissance de son état de santé. Dans un contexte de raréfaction des ressources en énergie fossile et d’accentuation du phénomène de réchauffement climatique, une loi de programme fixant les orientations de la politique énergétique a été votée le 13 juillet 2005. Elle vise notamment à réduire les émissions de gaz à effet de serre de 3 % par an, à baisser la consommation énergétique de 2 % par an d’ici 2015. L’activité agricole représente une faible part de la consommation nationale d’énergie directe (2 à 3 %). Néanmoins, les éleveurs, consommateurs d’énergie sous différentes formes, sont concernés par les objectifs de réduction des consommations. Les consommations d’énergie en bâtiment d’élevage laitier Les équipements électriques en élevage laitier sont multiples. L’essentiel de ces équipements est lié au bloc traite : • le tank à lait pour permettre le refroidissement du lait de 35 °C à 4 °C et son stockage pendant un à trois jours ; • le chauffe-eau pour l’approvisionnement en eau chaude sanitaire nécessaire au lavage de l’installation ; 15ET2D 3/25 • l’éclairage du bloc traite, mais également de la stabulation des vaches laitières, des génisses et de la nurserie ; • les équipements de nettoyage tels que le nettoyeur haute pression ou le surpresseur ; • et les autres postes tels que la pompe à lait, l’allaitement des veaux, les portillons de la salle de traite et les équipements de l’atelier (compresseur, poste à souder). Réduction de l’empreinte carbone de la ferme Pour réduire l’empreinte carbone de la ferme, l’installation d’un champ de production d’électricité solaire photovoltaïque est envisagée. Le champ de modules solaires photovoltaïques renvoie toute sa production d’énergie au réseau électrique. L’énergie électrique continue produite par les modules solaires est renvoyée sur le réseau électrique EDF alternatif en passant par un onduleur. L’onduleur retenu pour l’étude est un modèle qualifié d’onduleur universel. Il permet une grande diversité de raccordements des champs solaires ainsi que des algorithmes performants de gestion de l’énergie. MPPT : Maximal Point Power Tracking. Un algorithme de type MPPT est un algorithme qui permet d’exploiter le champ solaire en déterminant en permanence le point de fonctionnement à la puissance maximale produite. Ceci quelles que soient les conditions de luminosité et d’ombrage sur les modules solaires. Pour améliorer encore plus les performances, une installation de type OPALE de la société Sycomoreen est envisagée : OPALE: Optimisations Photovoltaïques Autonomes avec Liquides en Écoulement. C’est un système complet comprenant des moyens automatisés de ruissellement de divers fluides sur un champ photovoltaïque. Les principales optimisations réalisées sont les suivantes, par ordre d’importance : 1. le refroidissement des panneaux (sauf l’hiver) ; 2. le déneigement / dégivrage des panneaux (l’hiver) ; 3. Le nettoyage des panneaux (toute saison). En été, OPALE utilise de l'eau de pluie préalablement stockée dans un réservoir. Cette eau ruisselle sur le champ photovoltaïque et le refroidit intensément. Le gain instantané net de production peut aller jusqu'à 40%. L'eau circule en circuit bouclé entre les rampes d'arrosage et les réservoirs grâce à une pompe contrôlée par divers relais thermostatiques, photosensibles et temporisés. onduleur 15ET2D 4/25 PARTIE 1 : Augmenter la productivité de la ferme tout en limitant les impacts environnementaux 1.1 Utilisation d’un robot de traite, comment préserver la qualité du lait ? Le robot de traite permet de rendre autonome la traite d’une vache, il faut assurer la meilleure qualité possible du lait ; qualité qui ne doit pas se dégrader depuis le prélèvement jusqu’à la conservation dans le tank à lait. Il est également nécessaire de préserver la santé des animaux. Question 1.1.1 À partir du diagramme d’exigences : - relever les conditions qui assurent une bonne qualité du lait ; - relever les deux exigences principales qui préservent la bonne santé des animaux. DT1 Question 1.1.2 En utilisant les informations des documents techniques : - donner le nom des six ensembles principaux du robot ASTRONAUT ; - relever le nom des différentes parties qui composent l'unité de traite. DT2, DT3 1.2 Comment rendre autonome la traite d’une vache ? Pour assurer la traite, il est nécessaire de positionner automatiquement en temps réel l’unité de traite sous les pis de la vache. La position de la vache dans la cabine de traite est détectée par la mesure de la position de son centre de gravité. Pour pouvoir se positionner de façon précise, les mouvements de l’unité de traite sont assurés par des actionneurs pneumatiques, vérin V1, vérins V2 et vérin V3. Question 1.2.1 Donner la nature des mouvements du chariot par rapport au bâti Mvt(1/0), du bras supérieur par rapport au chariot Mvt(2/1) et du bras par rapport au bras supérieur Mvt(3/2). Préciser le nom de l'actionneur (V1, V2 ou V3) qui assure chacun de ces mouvements. DT3, DT4 Une fois la vache identifiée, le système va déterminer sa position. Le sol du box est constitué d'une plateforme de pesage équipée de capteurs d'effort situés aux quatre coins C1, C2, C3, et C4 définis sur le schéma ci-dessous. Les capteurs mesurent les efforts verticaux P1, P2, P3, et P4 du sol sur la plateforme respectivement en C1, C2, C3, et C4. Ils sont réglés lors de l'installation de telle sorte que P1 = P2 = P3 = P4 = 0 N lorsque la plateforme est inoccupée. 15ET2D 5/25 Lorsqu'une vache est présente, la plateforme est soumise aux efforts P1, P2, P3, et P4 ainsi qu'au poids de la vache modélisé par une résultante de norme P appliquée au point Gv, centre de gravité de la vache. Question 1.2.2 Etablir la relation entre le poids P de la vache et les efforts P1, P2, P3, et P4. Une étude plane de la plateforme permet de calculer la projection de la position du centre de gravité de la vache dans le plan (x,y). Celle-ci est donnée par les relations suivantes où Xv et Yv s'expriment en mm. Question 1.2.3 Pour les mesures suivantes, P1 = 1670 N, P2 = 1770 N, P3 = 1425 N et P4 = 1520 N. Calculer la position du centre de gravité Xv et Yv. Lorsque la vache avance sur la plateforme de pesage, les valeurs de P1 et P3 vont augmenter, celles de P2 et P4 vont donc diminuer. La somme P1 + P2 + P3 + P4 reste constante. Question 1.2.4 DT3, DT4 Expliquer comment va évoluer la valeur de Xv. Préciser quel est l'actionneur qui va permettre au bras de traite de suivre le mouvement d'avance de la vache pour assurer la continuité de la traite. Question 1.2.5 Conclure sur la capacité du robot Astronaut à détecter puis à s’adapter aux mouvements de uploads/Industriel/ 7034-sujet-et-sti2d-vf-20jan15 1 .pdf