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CONCOURS GENERAL DES LYCEES SESSION 2003 SCIENCES ET TECHNIQUES INDUSTRIELLES G

CONCOURS GENERAL DES LYCEES SESSION 2003 SCIENCES ET TECHNIQUES INDUSTRIELLES GENIE ELECTRIQUE (Classe de terminale STI) ELECTROTECHNIQUE Durée : 6 heures STATION DE SKI DE "LA FOUX D’ALLOS" LE SYSTEME "YORK" DE FABRICATION DE LA NEIGE Ce dossier comprend : • La présentation du système de fabrication de la neige Cahier N°1 • L'étude de l'alimentation hydraulique des canons à neige partie A Cahier N°2 • Le dimensionnement du moteur d'entraînement de la pompe partie B Cahier N°3 • L'étude des automatismes partie C Cahier N°4 • La protection du matériel et des personnes partie D Cahier N°5 • Un cahier réponse • Un plan général au format A2 IMPORTANT : L'épreuve se compose de quatre parties, A, B, C et D totalement indépendantes. Chaque partie comprend l'énoncé du travail demandé ainsi que la documentation technique afférente. Dès la distribution des documents, assurez vous que votre dossier est complet. 9 Les parties A et B seront traitées par l'ensemble des candidats. 9 Les parties C et D seront traitées "au choix". Chaque candidat optera pour l'une OU l'autre de ces deux parties. Vous répondrez uniquement sur le cahier réponse, aux emplacements prévus à cet effet. CAHIER N° 1 : PRESENTATION STATION DE SKI DE "LA FOUX D’ALLOS" LE SYSTEME "YORK" DE FABRICATION DE LA NEIGE 9 Intérêt de la fabrication de la neige de culture 9 Fabrication de la neige de culture 9 La station de "La Foux d'Allos" 9 Le système "York" de fabrication de la neige 9 La zone d'étude sur l'enneigement Ce dossier de présentation contient les documents suivants : 4 8 pages numérotées de PR 1 à PR 8 - PR 1 - INTERET DE LA FABRICATION DE LA NEIGE DE CULTURE Depuis deux décennies, le tourisme hivernal s’est affirmé comme une composante essentielle de l’économie des zones de montagne, en apportant aux populations des massifs français d’importantes possibilités de développement. D’abord localisées dans les secteurs de haute altitude, les stations de sports d’hiver ont eu ten- dance à se multiplier à des altitudes plus basses bénéficiant d’un enneigement naturel moindre. Le souci majeur des exploitants de domaines skiables reste, sur une période d’ouverture et de fermeture pré-décidée souvent antérieurement, de pouvoir offrir à leur clientèle la garantie de possibilité de pratique du ski et ce, dans des conditions optimum de qualité et de quantité du manteau neigeux. La production de neige de culture n’est donc pas une fin en soi, mais simplement le moyen d’honorer le contrat moral existant entre le prestataire de service et le client. Cette production doit se do- ter de moyens suffisants pour permettre la constitution partielle ou totale d’un manteau neigeux dans les cas les plus défavorables, de manière à offrir une prestation entière qui sera invariablement proportion- nelle aux recettes envisagées. FABRICATION DE LA NEIGE DE CULTURE Pour produire de la neige de culture, il faut projeter dans un air à température négative, un brouil- lard d'eau très finement pulvérisé, à grande distance. Sous l'influence de l'air froid, les gouttelettes d'eau se refroidissent, se congèlent, avant de retomber congelées sur le sol. (Il n'est économiquement pas concevable de fabriquer de la neige à une température supérieure à -4°C humide). Contrairement à la neige naturelle, la formation du cristal de neige de culture ne provient pas d'un phénomène de condensation solide de la vapeur d'eau (passage direct de l'état gazeux à l'état solide), mais simplement de la solidification des gouttelettes d'eau (passage de l'état liquide à l'état solide) : c'est pourquoi les cristaux de neige de culture ont l'apparence de granules de formes sphériques. Propriétés physiques de la neige de culture Plus stable sur les plans thermodynamiques et mécaniques, la neige de culture ne se tasse que très peu. Sa densité, en moyenne 4 fois supérieure à la neige naturelle fraîche et sèche (masse volumique de 400 kg/m3), confère à ce matériau une plus grande facilité de cohésion et un potentiel de résistance mécanique plus élevé. La qualité de fabrication peut être sélectionnée en faisant varier le débit instanta- né d'eau. Il est couramment admis que l'on produit deux m3 de neige de culture à partir d'un m3 d'eau. Qualités de la neige de culture En fonction de la teneur en eau liquide au sein de la neige produite, on distingue plusieurs qualités de neige : ¾ Avec une teneur en eau proche de 0%, la neige est dite "sèche". Difficilement préhensible, elle ne permet pas la formation de boules de neige par compression. ¾ Avec une teneur en eau liquide proche de 2%, la neige est dite "peu humide". Elle autorise la formation de boules de neige par compression et retrouve son apparence initiale après fragmentation. ¾ Avec une teneur en eau liquide comprise entre 2 et 4%, la neige est dite "humide". Elle permet la formation de boules de neige sans retour possible à l'état initial après fragmenta- tion. ¾ Avec une teneur en eau liquide supérieure à 4%, la neige est dite mouillée. Une boule de neige formée prend la couleur de la glace, elle ne se fragmente pas et de nombreuses gouttelettes se forment pendant la compression. - PR 2 - Principe de fabrication de la neige de culture Différentes phases : 9 Atomisation ou fragmentation La première étape dans la transformation de l'eau en neige est l'atomisation du jet d'eau en fines gouttelettes dont la taille permet la cristallisation en glace dès qu'elles sont projetées dans l'air ambiant à température négative. Le diamètre courant des gouttelettes varie de 0, 2 à 0,8 mm. 9 Nucléation La nucléation est la formation en parallèle avec l'atomisation de microcristaux de glace (noyaux de nucléation) qui serviront à inséminer les gouttelettes d'eau à la sortie de l'enneigeur. La formation de ces noyaux de nucléation se fait à travers les étapes suivantes : ¾ Mélange air/eau sous pression avec une très forte proportion en air dans la chambre d'un nucléateur, ¾ Expulsion et fragmentation du mélange par un orifice finement calibré du nucléateur, ¾ Détente brutale de l'air qui provoque un fort refroidissement ambiant en sortie de nucléa- teur, ¾ Cristallisation immédiate à température négative des particules d'eau formant ainsi des noyaux de nucléation. 9 Insémination L'insémination qui est la rencontre du flux de nucléation et du flux d'eau principal atomisé permet la transformation des gouttelettes en grains congelés. L'eau pure ne congèle pas naturellement à 0°C, mais autour de -8°C à -12°C. L'insémination oc- casionne le déclenchement de la congélation en rompant l'état d'équilibre de l'eau en surfusion et per- met ainsi de ramener le seuil vers -2°C humide. 9 Dispersion La dispersion des particules dans l'air ambiant froid permet à l'eau de se transformer en glace avant de tomber sur le sol. Cette dispersion est nécessaire pour donner du temps à l'introduction de noyaux de nucléation et permettre les différents échanges thermiques entre la goutte et l'air ambiant. La dispersion est obtenue de différentes façons : Détente d'air comprimé, Flux d'air d'un ventilateur, Détente d'eau à forte pression, Combinaison des trois techniques précédentes. Portées de 20 à 80 m suivant les enneigeurs Dispersion Atomisation 5 à 50 cm Nucléation 0,1 à 1 m Insémination 0,2 à 2 m Evaporation 1 à 5 m Convection 2 à 80 m EAU NEIGE Enneigeur - PR 3 - 9 Evaporation Lorsque la gouttelette est projetée dans l'air ambiant, sa partie extérieure s'évapore en utilisant les calories contenues dans l'eau, ce qui entraîne un abaissement de la température et facilite la congéla- tion. 9 Convection Cette étape caractérise l'échange de chaleur entre l'air ambiant et l'eau. LA STATION DE LA FOUX D’ALLOS Photo: office de tourisme d'Allos Située dans les Alpes de haute Provence, la station de la Foux d'Allos est l'une des plus grandes stations du Val d'Allos (vallée du Haut Verdon). Elle présente, en liaison avec les stations voisines, 230 km de pistes de ski alpin et plus de 100 km de pistes de ski de fond. La station de la Foux d'Allos dis- pose d'un très bon enneigement et du soleil réputé des Alpes du sud. LE SYSTEME "YORK" DE FABRICATION DE LA NEIGE 9 Les enneigeurs Il existe deux technologies communément appelées bifluide et monofluide, qui selon le cas, font appel à des réseaux d'alimentation en air, eau, énergie électrique. Les enneigeurs de type "RUBIS R10", principalement utilisés pour le système "YORK" étudié, sont de type bifluide à mélange externe : Ce canon utilise le principe de la pulvérisation direct d'eau à travers trois circuits, équipés chacun de deux buses calibrées. Le premier ensemble de buses est alimenté directement par la vanne de piste, le deuxième et le troisième sont alimentés en fonction des températures extérieures par deux vannes additionnelles. La nucléation est assurée par deux nucléateurs qui pulvérisent de l'air. - PR 4 - A partir d'une température de -4°C humide, les gicleurs "N°1" sont alimentés, lorsque la tempéra- ture baisse, les gicleurs "N°2" puis "N°3" sont à leur tour alimentés. L'alimentation en air par les gicleurs d'air est continue. Pour les canons uploads/Industriel/ presentation-partie-a 1 .pdf